Знание-сила, 2008 № 07 (973)

Слоны и люди

М. Эшер. Кожура, 1955 г.

В январе 2008 года британская газета «Дейли телеграф», со ссылкой на «зоологов из Оксфордского университета», рассказала читателям любопытную историю. Оказывается, на протяжении последних 150 лет средняя длина бивней африканских слонов уменьшилась вдвое. Аналогичное изменение претерпели бивни азиатских слонов в Индии. Об этом говорят как данные рынка слоновой кости, так и показания самих охотников за бивнями. По мнению одного из зоологов, Иана Гамильтона, это уменьшение может быть результатом хищной охоты, направленной прежде всего на слонов с длинными бивнями. Уничтожая этих слонов (которые чаще выходят победителями в борьбе за самок), охотники увеличивают шансы на размножение слонам с короткими бивнями. В результате, средняя длина бивней в общем слоновьем поголовье неизбежно должна уменьшаться.

Комментируя это сообщение, газета пишет: «Исследователи считают, что это яркий пример дарвинизма в действии, только в данном случае изменения, которые обычно происходят за тысячи лет, здесь произошли всего за полтора столетия» (что составляет, добавим, время смены пяти поколения у слонов). Впрочем, в действительности, Гамильтон высказал лишь осторожное предположение, что это явление «может иметь эволюционный характер», одновременно указав, что оно могло быть вызвано и просто тем, что браконьеры, в погоне за увеличением добычи и прибыли, сегодня все чаще отстреливают молодых слонов, тем самым не позволяя им вырасти и отрастить длинные бивни. Понятно, что и в этом случае в наличном поголовье слонов тоже начнут преобладать слоны с короткими бивнями, — просто потому, что более старых животных в основном уже уничтожили охотники. (Нужно иметь в виду, что уничтожение африканских слонов имеет поистине чудовищный размах: 30 лет назад поголовье слонов в Африке оценивалось в 1,2 миллиона, сегодня — всего в 0,5 миллиона.)

Тем не менее предложенное специалистами эволюционное объяснение тоже нельзя сбросить со счетов, и это ставит вопрос, может ли происходить столь ускоренная эволюция. Прежде всего заметим, что вышеописанная история действительно напоминает стандартный случай эволюции, а точнее — обычной животноводческой селекции, когда отбор осуществляет не естественная среда, а селекционер-человек. Человеку не впервой выступать в такой роли, он издревле выступал в ней — и как скотовод, и как охотник. В качестве скотовода он приручал, скрещивал и отбирал животных по самым нужным ему свойствам (причем не обязательно по свойству наибольшей приспособленности, как это делает естественный отбор), а в качестве охотника, везде и всюду, производил селекцию посредством удаления, уничтожения самых нужных ему особей в данном поголовье. При этом в обоих случаях он существенно уменьшал разнообразие поголовья, а там самым уменьшал и поле возможного выбора для последующей естественной эволюции.

В случае со слонами мы видим то же самое: охотники-«селекционеры» удалили из слоновьего поголовья самых больших животных с самыми длинными бивнями, и в результате более мелкие животные получили больше возможностей завоевывать себе самок, и их потомство стало более многочисленным.

Селекция животных, осуществляемая людьми-селекционерами, не требует особенно большого числа поколений, и хотя в случае слонов это число оказалось уж очень мало (всего 5), возможность селекции (то есть эволюции) и здесь нельзя исключить. Но если это эволюция, то ее незаурядная в данном случае скорость все-таки поражает воображение и невольно наводит на вопрос: может ли так же быстро происходить естественная эволюция? И в частности — у людей? А если так, то произошла ли какая-то эволюция человека за последние тысячелетия или даже столетия?

Ответ на все эти вопросы зависит от того, что понимать под эволюцией. Эволюционные генетики скажут вам, что эволюция на молекулярном уровне вовсе не требует тысячелетий, она происходит всегда и непрерывно и состоит в непрестанном появлении все новых мелких изменений в единичных химических звеньях, составляющих ДНК. Каждое такое изменение в какой-либо цепи порождает ее новую разновидность (аллель). С точки зрения молекулярной биологии, эволюция — это непрерывный процесс появления таких аллелей. Он происходил в древнейших бактериях миллиарды лет назад и происходит сегодня в ДНК всех живых существ.

В том числе и человека. Как показали недавние (особенно в 2007 году) исследования геномов многих тысяч людей, такие единичные изменения ДНК (они называются «снипсы»), складываясь в те или иные специфические комбинации у каждого данного человека, зачастую влияют на организм в целом, порождая его восприимчивость к тем или иным заболеваниям. Но не только к болезням. Одно из самых интересных открытий такого рода показало, что один из снипсов как будто бы влияет даже на то, в какой степени тот или иной индивидуум способен учиться на собственных ошибках! (Эта работа немецкого психолога Т. Клайна была опубликована в журнале Science от 7.12.2007.)

В целом «снипсовые» исследования 2007 года (которые кое-кто уже назвал «новой генетической революцией») показали, что люди сильно различаются по этим своим точечным вариациям, причем, что особенно интересно в плане нашего вопроса, это разнообразие появилось буквально в последние тысячи лет. Стало быть, появление «снипсового разнообразия» (или разнообразия «аллелей») можно считать очень важным примером быстрой эволюции. По словам антрополога Генри Харпендинга, «мы обнаружили, что эволюция человека идет очень быстро, и началось это недавно». Харпендинг полагает, что этот новый, быстрый виток человеческой эволюции начался несколько тысяч лет назад, когда кончился последний ледниковый период, люди расселились по всему земному шару и стали жить в самых разнообразных условиях. К тому же и самих людей стало больше, то есть полигон для появления изменений стал шире.

Внутреннее строение глаза

Таким образом, по мнению большинства ученых, эволюция на молекулярном уровне (в том числе и у человека) происходит всегда и отнюдь не требует тысячелетий, а в определенных условиях вполне может ускоряться за счет роста популяции и разнообразия условий ее обитания. Но такое молекулярное понимание эволюции не совпадает с обыденным. Обычно люди понимают под эволюцией продиктованную естественным отбором череду превращений более простых видов в более сложные, и такое понимание затрудняет многим принятие идеи эволюции вообще.

В самом деле, если человек «произошел от обезьяны», то почему нынешние обезьяны не превращаются в людей? И если эволюция идет путем скачков, то как может «разом» появиться такая сложная система, как глаз, — ведь случайное сложение всех нужных для этого деталей имеет столь малую вероятность, что ее появление требует больше времени, чем существует Вселенная? А если даже, как говорил Ч. Дарвин, все происходит путем накопления мельчайших новшеств, то как может какое бы то ни было «новшество» встроиться в такую предельно согласованную систему, как клетка или любой сложный процесс в организме, не нарушая его и не разрушая там самым всю клетку или организм в целом? И почему тогда мы не видим эти промежуточные формы?

Таких вопросов много, и не все из них так просты, как первый (человек не произошел от обезьяны, а они оба «произошли» от более древнего общего предка) или последний (как раз в случае глаза — но и не только глаза — в природе найдены многочисленные промежуточные формы, начиная от самой примитивной, недавно обнаруженной у глубоководной ыбы-«ведьмы», и вплоть до самого совершенного, как у нас).

Новейшие эволюционные теории пытаются дать ответ на вопрос: происходит эволюция путем накопления мелких в основном нейтральных изменений или является пунктирной (то есть периоды стазиса чередуются в ней с периодами бурных изменений), а может, она идет путем скрытого накопления, которое время от времени проявляется внезапным скачком. Аналогично идет разработка все более убедительных, экспериментально-обоснованных объяснений того, как могут новые элементы, вызванные изменениями ДНК, встроиться в живую систему, не нарушая ее согласованности.

Последним по времени примером такого обобщенного объяснения является «теория облегченных вариаций», выдвинутая в 2005 году американцами Марком Киршнером и Джоном Герхартом, где утверждается, что подавляющее большинство эволюционных «новшеств», будучи «точечными» (как описанные выше «снипсы»), не влекут за собой разрушительных глобальных перемен ни в клетке, ни в организме. А потому что меняют характер клеточных и организменных процессов исподволь, посредством небольших изменений структуры и количества белков, участвующих в этих процессах, причем это происходит уже на стадии эмбрионального развития.

Более того, самые фундаментальные элементы организма и его клеток (например, механизмы работы ДНК и т.п.) природа защитила так надежно, что они вообще практически не подвергаются превращениям, а остаются неизменными на протяжении миллионолетий и одинаковы у всех появляющихся за это время видов. Их смена происходит внезапно, в виде «биологических революций», как это было, например, в Кембрийский период (550 миллионов лет назад), когда «разом» появились принципиально новые формы телесной организации.

Что до других, более «пластичных», то есть поддающихся изменению элементов клетки (или организма в целом), то они, как предполагают авторы, связаны системой «сигнализации», которая позволяет клетке или организму несколько перестраиваться при появлении каждого такого изменения, каждый раз восстанавливая свою самосогласованность. Возможно, как считают Киршнер и Герхарт, такое восстановление обеспечивается тем, что фундаментальные элементы клетки и организма координируют с помощью этой системы «сигнализации» процесс «интеграции нового», а также тем, что отдельные системы клетки (или организма в целом), возможно, представляют собой почти независимые модули, например, изменения глаза могут не влиять на работу других органов.

Таким образом, современный дарвинизм, в противоположность скептикам, считает принципиально возможной (хотя еще не до конца понятой) не только эволюцию вообще, но также и быструю эволюцию живых существ, вплоть до человека, в частности. И эмпирические данные, судя по открытиям последних лет, этот вывод как будто бы убедительно подтверждают. Вот лишь несколько примеров такого рода подтверждений. В 2005 году известный генетик Брюс Лан опубликовал работу, в которой показал, что два гена человека, микроцефалин и ASPM (оба связаны с объемом мозга), отличаются от аналогичных генов у обезьян вариациями, которые появились относительно недавно, один — примерно 37 тысяч лет назад, в период так называемой «палеолитической культурной революции», а другой — и того меньше, 5 — 6 тысяч лет назад, в период массового перехода человечества к городской цивилизации.

При этом любопытно, что самая «молодая» вариация, едва появившись, стала стремительно распространяться: сегодня ее имеют 80% европейцев и азиатов, но только 20% африканцев. Сам Лан сделал из этого вывод, что поскольку объем черепа как-то связан с уровнем интеллекта, то носители «молодого» гена имеют повышенный интеллект. Но на самом деле функция обоих генов пока неизвестна, и открытие Лана свидетельствует только о недавнем появлении у людей неких эволюционных изменений непонятного назначения.

Другое эволюционное изменение, приобретенное европейцами примерно в то же время, но более очевидное по смыслу, обнаружила в 2007 году Хезер Нортон из Аризонского университета. Вместе с Китом Ченгом она изучала ген SLC24^ делающий кожу белой (для белых людей белок этого гена отличается от белка у черных всего одним звеном), и показала, что это отличие возникло 5300 — 6000 лет назад. Это открытие подкрепляет выдвинутое 30 лет назад предположение известного антрополога Луиджи Кавалли-Сфорца, что примерно 6 тысяч лет назад люди в Европе и Азии, перейдя к сельскохозяйственному пропитанию и отказавшись от охоты, потеряли источник витамина Д и вынуждены были восполнять его недостаток большим поглощением солнечного света (чему способствовала белая кожа). Карта распространения цветов кожи по Земному шару наглядно демонстрирует эту эволюцию, показывая, как этот цвет меняется по мере географического (и, стало быть, также хронологического) удаления племен Гомо сапиенс от «страны Исхода», то есть от Африки, и по мере изменения условий их обитания в этих новых регионах.

К этому перечню можно было бы добавить и сделанное несколько лет назад открытие ученых из Хельсинки, которые показали, что некая вариация в гене LCT, впервые давшая людям возможность усваивать лактозу, то есть питаться коровьим и козьим молоком, появилась у кочевников приуральских степей только 5500 лет тому назад. Но в последнее время открыты примеры еще более недавней эволюции. Так, в работе генетика Роберта Мойзиса из Калифорнийского университета показано, что примерно 2 — 3 тысячи лет назад у европейцев в гене, регулирующем прохождение калия в нервные клетки, произошло изменение, повлиявшее на их вкусовые ощущения, а у китайцев, японцев и европейцев в то же время появились новые аллели гена, управляющего поступлением серотонина, который переносит нервные сигналы от одного нейрона к другому.

Тибетская женщина

По данным того же Мойзиса, примерно за те же 2 — 3 тысячи лет назад у японцев и китайцев появилось еще более интересное генетическое новшество — новая аллель в гене, который в другой аллельной форме предрасполагает к болезни Гоше.

Закончим еще одним примером столь же «зримой эволюции», на сей раз — примером тибетским. На встрече американских антропологов в апреле 2007 года Цинтия Билл доложила о результатах 10-летнего изучения уровня кислорода в крови тибетских женщин. Она обнаружила, что у многих из них появились генетические изменения, которые привели к тому, что в их крови содержится больше обычного окиси азота. Этот газ известен тем, что расширяет кровеносные сосуды. В результате сосуды таких женщин могут перекачивать больше крови, а стало быть — и кислорода (без повышения уровня гемоглобина или давления в легких), что очень важно для женщин, живущих и рожающих на высоте 4 километра. Но что особенно интересно — у этих женщин с наибольшим содержанием окиси азота (а стало быть, и кислорода) в крови выживает больше новорожденных. Это означает, что существует селективное давление, которое из года в год повышает число тибетцев с этими особенностями.

Работа Билл интересна еще и тем, что описанный в ней пример, возможно, идущей на наших глазах эволюции людей в каком-то смысле прямо противоположен описанной в начале этой заметки — и тоже, возможно, идущей на наших глазах — эволюции слонов.