Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира

Сходство между двумя видами этих «часов» можно усмотреть еще и в следующем. Каждый радиоактивный изотоп имеет определенный период полураспада: например, у азота-13 он составляет всего 10 минут, а у урана-238 — 4,47 млрд лет. Точно так же и гены различаются по скорости мутирования: в одних изменения накапливаются очень быстро (так быстро, что их нельзя использовать для филогенетических реконструкций), другие консервативны и крайне устойчивы к мутациям (поэтому они тоже малопригодны для нужд филогенетики). Дальше сходство между молекулярными и радиоизотопными «часами» заканчивается и начинаются серьезные различия. Главное из них состоит в том, что период полураспада того или иного изотопа является величиной строго константной — он не меняется ни при каких обстоятельствах, и это определяет такую эффективность «радиоизотопных часов» и в геологии, и в астрономии. А вот скорость возникновения генетических мутаций, как уже давным-давно известно, может меняться. Например, под действием ионизирующего излучения (об этом сегодня знает каждый — и не только из школьного учебника биологии, но и из фантастических фильмов и романов, где действуют «радиоактивные мутанты»). Вот поэтому молекулярные часы сильно уступают в точности изотопным.

Но и это еще не все. Вопреки оптимистическим ожиданиям, которые высказывались в первые десятилетия использования этого метода, никаких универсальных, пригодных для всей биоты Земли, молекулярных часов не существует. Каждая группа организмов, а возможно, почти каждый конкретный вид, характеризуется своими собственными темпами молекулярной эволюции. Это свойственно даже видам, находящимся в сравнительно тесном родстве.

Например, очень медленно эволюционирует геном крокодилов, примерно в десять раз медленнее, чем геном млекопитающих. В принципе, это не удивительно. За последние 50–60 млн лет крокодилы изменились сравнительно мало, чего не скажешь о млекопитающих, испытавших за этот же период буквально взрывную эволюционную дивергенцию, в ходе которой успели возникнуть, пережить свой расцвет и вымереть без остатка целые отряды зверей. Средняя скорость генетической эволюции птиц, ближайших родственников крокодилов, ниже, чем средняя для класса млекопитающих. Но и последние сильно различаются между собой в данном отношении. Например, очень быстро эволюционирует геном обычной мыши, гораздо быстрее, чем геном собаки или человека. У гоминид скорость молекулярной эволюции также различна: мутации в геноме шимпанзе накапливаются быстрее, чем у человека, а у гориллы и орангутана — быстрее, чем у шимпанзе. При этом скорость генетической эволюции у нечеловекообразных приматов примерно в 1,3 раза выше, чем у гоминид. Почему это так? Полагают, что одной из главных причин является быстрота, с которой сменяются поколения у этих животных[65]

. Человек развивается медленнее всех остальных приматов, долго растет и поздно достигает половой зрелости, поэтому и смена поколений происходит в более низком темпе. А у тех же мышей поколения сменяются гораздо быстрее, чем у любого из приматов, вот почему мышь является одним из рекордсменов по скорости «тикания» молекулярных часов. За десять лет в популяции мышей накопится в среднем в 40 раз больше мутаций, чем в популяции человека, а все оттого, что грызуны размножаются чаще![66]

Прямая зависимость между темпом смены поколений и скоростью молекулярной эволюции характерна не только для млекопитающих, она обнаружена в других группах организмов и, возможно, является универсальным правилом. Совсем не случайно, что максимальные темпы эволюционных преобразований наблюдаются у микроорганизмов. Чемпионы в этом отношении — вирусы. Как отмечают специалисты, нуклеотидные последовательности вирусных генов, расшифрованные 10–20 лет назад, «являются по сути палеонтологическими данными»[67]; обладатели этих геномов давно исчезли, и их место заняли мутировавшие потомки.

Помимо этой особенности существует множество других тонкостей, нюансов и «подводных камней», которые обязательно надо учитывать, датируя события прошлого с помощью данного метода. Довольно много копий сломано по поводу того, что сама скорость хода молекулярных часов может изменяться во времени даже в пределах одной генеалогической линии. Интересно представить, например, что если величина радиационного фона на Земле или в конкретном регионе нашей планеты испытывала в прошлом серьезные колебания, то и интенсивность накопления мутаций могла меняться на протяжении геологического времени. Тогда любые расчеты, основанные на данных о современном темпе мутирования, могут давать красивые, но совершенно бессмысленные для науки результаты…