Перспективы отбора. От зелёных пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества

Причин, скорее всего, две. Первую можно условно назвать экономической. Сверхточные системы репликации и репарации, по всей вероятности, были бы слишком дороги: громоздки, энергоемки, их работа замедляла бы репликацию или имела какие-то другие неприятные побочные эффекты. К тому же чем точнее работают эти системы, тем слабее давление отбора, направленного на их дальнейшее усовершенствование.

Вторая причина состоит, конечно же, в том, что полезные мутации тоже происходят, причем иногда — например, при резком изменении условий среды — вероятность того, что случайная мутация принесет пользу, оказывается не такой уж и низкой (это было очень наглядно показано в Исследовании № 4). Поэтому, хотя средняя приспособленность потомков у мутирующих организмов всегда ниже, чем у немутирующих, разброс приспособленности и максимальная

приспособленность у первых выше. В результате в переменчивой среде преимущество будет на стороне мутирующих организмов не только в долгосрочной перспективе (тысячи и миллионы лет), но и в краткосрочной (в масштабе одного или нескольких поколений).

Так или иначе, мутации неизбежны, вредных среди них гораздо больше, чем полезных, и всему живому приходится с этим мириться (и, более того, к этому приспосабливаться). Мы, люди, не только не являемся исключением, но даже, вместе с остальными млекопитающими, сильно опережаем большинство живых существ по темпам мутагенеза в расчете на особь за поколение (рис. 36.1).

рис. 36.1. Скорость мутагенеза у разных организмов. По вертикальной оси

— темп нуклеотидных замен (на миллиард пар оснований за поколение), по горизонтальной — размер генома (в миллионах пар оснований). Вверху — вирусы и прокариоты, внизу — эукариоты (на втором графике также показаны усредненные значения для бактерий и архей). Толстая черная линия

соответствует уровню мутагенеза, равному одной мутации на геном за поколение. Видно, что у вирусов и прокариот чем больше геном, тем ниже темп мутагенеза, тогда как у эукариот наблюдается обратная зависимость. Видно также, что млекопитающие характеризуются экстремально высоким темпом нуклеотидных замен. По рисунку из Lynch, 2010a.

Геном Homo sapiens впервые был вчерне прочтен в 2000 году. С того момента началась новая эра в изучении мутационного процесса у нашего вида. Благодаря стремительному развитию технологий секвенирования и анализа геномных последовательностей сегодня мы знаем неизмеримо больше, чем в начале XXI века, о темпе мутаций, о закономерностях их распределения по геному, об их роли в развитии различных патологий и о других особенностях нашего мутагенеза, имеющих как теоретическое, так и практическое значение.

Темп мутаций зародышевой линии.

Все мутации подразделяются на соматические (происходящие в соматических, то есть неполовых, клетках организма) и мутации зародышевой линии, меняющие геном половых клеток и передающиеся по наследству потомкам. С медицинской точки зрения важны оба типа мутаций, с эволюционной — вторые, конечно, важнее.

Первые оценки скорости, с которой возникают мутации в зародышевой линии у человека, были сделаны задолго до геномной эры, однако их точность была невелика. Сегодня для этого используют несколько подходов. Один из них — изучение родословных с целью подсчитать вновь возникающие мутации с четким фенотипическим эффектом и высокой пенетрантностью (то есть такие, которые меняют фенотип, во-первых, строго определенным образом, во-вторых — наверняка). Как правило, изучают мутации, вызывающие врожденные патологии — менделевские (передающиеся потомкам в соответствии с законами Менделя) наследственные болезни. Они наследуются по Менделю, потому что вызываются единичными мутациями, а не хитрыми комбинациями десятков и сотен «аллелей риска» в сочетании с факторами среды. В одном из исследований, основанных на этом подходе, темп однонуклеотидных замен у людей был оценен в 1,28 мутации на 100 млн пар оснований за поколение, или 1,28 × 10^–8 на нуклеотид за поколение (Lynch, 2010b). Поскольку в диплоидном геноме человека примерно 6 млрд пар оснований, это соответствует 77 новым мутациям на геном за поколение.