Итоги № 29 (2013)

Вот и вышел человечек / Парадокс

Вот и вышел человечек

/ Парадокс

Может ли гомо сапиенс эволюционировать до уровня мышей?

Общеизвестно: главное, что есть в наших клетках, — это ДНК. Однако удивительно, что на гены в ДНК человека приходится не более 5—20 процентов, а остальная часть ДНК признается лишней. Орган, отличающий нас от животных, — это высокоразвитый мозг. Но состоит он, как выясняется, из клеток, аналогичных нейронам животных, что удивительно. Профессор Первого Московского государственного медицинского университета им. Сеченова, доктор биологических наук Николай Мушкамбаров выдвинул гипотезу, суть которой в том, что так называемая лишняя часть ДНК вовсе не лишняя: именно благодаря этому «избытку» стволовые нервные клетки делятся столько раз, что образующихся нейронов хватает аккурат на формирование нашего, человечьего мозга.

Близнецы-братья

Клетки у нас и у животных (по крайней мере, млекопитающих) почти идентичны. Приходится признать: клетки разных типов, в том числе и нейроны, — это универсальные детали «конструктора», из которых собраны все жители планеты Земля. Практически одинаково и большинство белков, образующих клетки.

«Конечно, некоторые отличия имеются, — говорит Николай Мушкамбаров. — Скажем, на поверхности клеток есть специфические белки, отличающие один вид животных от другого. Но доля таких белков в общей массе клеточных протеинов очень невелика. И главное, эти белки вряд ли увеличивают наши умственные способности, если речь идет о нейронах. Основная задача этих белков — маркировка «своего», чтобы не путать с «чужим».

Несмотря на то что «детали» одинаковы, из них можно соорудить разные конструкции. Наш мозг, безусловно, сложнее мозга всех остальных животных, хотя и состоит из таких же клеток. Просто нервных клеток у нас больше, и поэтому они образуют более мощные по объему, а значит, и по функциональным способностям структуры. Примерно как в компьютере: вставили дополнительный элемент памяти — и возможности машины возрастают. Так и в наш мозг, грубо говоря, «вставлено» больше нервных клеток.

При этом биологи констатируют: у людей катастрофически мало генов. Раньше думали — от 100 до 300 тысяч. Потом опустили потолок до 50 тысяч. В рамках масштабного международного проекта «Геном человека» насчитали всего 30 с небольшим тысяч генов. А сейчас иные горячие головы вообще говорят о «позорных» 20 тысячах. При этом у мыши — 30 тысяч генов, причем, видимо, мало отличающихся от наших. Получается, и по генам, и по белкам, и по клеткам человек и мышь — близнецы-братья? Но что же тогда делает человека человеком? Почему, если клетки и гены у нас, как у мыши, на выходе получается гомо сапиенс?

Хлам от природы

«Генов у человека действительно не очень много, — поясняет Николай Мушкамбаров. — Кодируемые ими белки можно разделить на три группы: строительные белки, из которых состоят наши ткани, белки-ферменты, благодаря которым в клетках происходят определенные реакции, а также регуляторные белки. Последние всем и распоряжаются. Это как госаппарат, который направляет потоки по нужным для развития государства направлениям».

Только вот вопрос: имеется ли у этого «госаппарата» детальная, расписанная на десятилетия вперед программа, которой он руководствуется и с которой постоянно сверяется? Или существует некий свод тезисов, заданных условий, и этого оказывается достаточно? Или, наконец, белки-регуляторы настолько вышколены эволюцией, что им не требуются ни программа, ни технические условия? Ни один из этих вариантов исключить априори нельзя. А какой из них используется в действительности, все еще неизвестно. Однако не так давно представления ученых начали меняться. Тому способствовали удивительные результаты уже упоминавшегося проекта «Геном человека». Оказалось, что гены человека не просто малочисленны, но и представляют собой весьма редкие находки в своей собственной ДНК. На все гены у человека приходится лишь один процент всей хромосомной ДНК. Ну еще несколько процентов надо накинуть на некодирующие участки ДНК в самих генах (так называемые интроны), а также на те участки вне генов, которые служат для связывания определенных ферментов и регуляторных белков. Но все равно картина малопривлекательная: как если бы на премьере Большого театра в каждом ряду сидело по одному зрителю.

А что же остальные «кресла» — оставшиеся 95 процентов хромосомной ДНК? Считается, что они просто бездарно пустуют. Так что эти 95 процентов ДНК уже окрестили уничижительными прозвищами: «эгоистическая», «мусорная», «неизвестная, «избыточная», «лишняя», «некодирующая», «повторяющаяся» ДНК. Последний термин отражает тот факт, что в этой ДНК содержится огромное количество повторяющихся фрагментов всего нескольких видов. Что это за венец эволюции, 95 процентов ДНК которого — ненужный хлам?! Видимо, для ответа на этот вопрос вскоре после окончания проекта «Геном человека» был запущен новый глобальный проект — ENCODE (Encyclopedia of DNA Elements). По существу, он был призван скорректировать результаты первого проекта, вызвавшего в научном мире некоторое недоумение. Коррекция оказалась крутой: было объявлено, что доля используемой ДНК, то есть участвующей в синтезе РНК (транскрипции) или в его регуляции, составляет 80 процентов, в то время как несколькими годами раньше она не дотягивала и до 5 процентов. Однако знающие люди говорят, что цифра в 80 процентов накручена искусственным путем, а реально данный показатель — не более 20. Так что 95 или «только» 80 процентов составляет «избыточная» ДНК — принципиальной разницы нет. «Получалось, что ДНК длительной эволюцией лишена всяких функций и превращена лишь в банального паразита человека, своего рода огромный вирус, что она является, по сути дела, мертвой ДНК, перетаскиваемой из поколения в поколение, — говорит профессор Мушкамбаров. — Однако мне это умозаключение показалось глубоко неверным».

Исследуя в свое время термодинамику биохимических процессов, профессор убедился в том, сколь трепетно относилась эволюция к каждому джоулю энергии. А тут — такое безумное расточительство материальных и энергетических ресурсов. И у него родилась мысль: а не эта ли ДНК определяет видовые и прочие особенности развития организмов? Тем более что у бактерий такой «избыточной» ДНК практически нет — у простых организмов она появляется в небольших количествах, и далее, по мере усложнения организмов, ее представительство в геноме возрастает. При этом, подчеркивает Николай Мушкамбаров, детальная программа, контролирующая судьбу каждой клетки организма, не поместится не только в генах, но и во всей прочей ДНК. Значит, существует иной механизм, который мог бы определять конечные размеры наших органов. А эти размеры зависят, в частности, от числа делений клеток-предшественников. И в результате из мышиной зиготы получается мышонок, а из человеческой — человечек. Но как это происходит?

Методом деления

«Среди 23 пар хромосом человека есть пара чуть ли не самых маленьких 21-х хромосом, — объясняет Николай Мушкамбаров. — Но эти «малыши» очень важны для развития нервной системы. Представим, что в этих хромосомах есть хотя бы один ген, который активен только в делящихся предшественниках нервных клеток. Причем очередное деление этих клеток возможно лишь при условии, что данный ген вновь включился после предыдущего деления. И, наконец, допустим, что при каждом включении гена расходуется определенное количество повторов той самой «избыточной» ДНК, расположенных в каких-то иных хромосомах. Тогда от числа повторов, выделенных эволюцией именно для этого гена, будет зависеть количество делений стволовых нервных клеток». Для наглядности профессор приводит такой пример. Вы хотите посетить как можно больше фильмов кинофестиваля. Просмотр любого из них стоит 1 доллар. Сунули доллар в специальный аппарат — и экран включается строго на один фильм. А у вас — только куча контрамарок, которые обмениваются на доллары в другом аппарате по курсу 1000 к 1. Контрамарки — это повторы ДНК. Доллар — тот самый ген, который, включаясь за определенное количество контрамарок, в свою очередь, включает экран на один фильм, то есть запускает клетку в очередной клеточный цикл. Следовательно, количество просмотренных фильмов (количество делений стволовых нервных клеток) определяется исходным запасом контрамарок (повторов ДНК). Так, если у вас 10 тысяч контрамарок, то при указанном курсе обмена вы посмотрите всего 10 фильмов, или стволовые клетки совершат 10 делений. Это и определит объем приобретенной вами «культуры», а в нашем случае — объем мозга. Николай Мушкамбаров уверен: абсолютный и, главное, относительный размер мозга имеет решающее значение. Фактически ученый доказывает, что избыточная ДНК представляет собой ту условную валюту, которая выделяется для обеспечения делений стволовых клеток. Валюта кончается — деления прекращаются. Но образовавшиеся зрелые клетки остаются. И от их количества зависят размеры нашего мозга. Те самые размеры, которые во многом и определяют, кому быть мышью, а кому — человеком.