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

Другой подход к оценке скорости мутирования основан на сравнении геномов человека и других приматов. Подсчитав различия в нейтральных (не находящихся под действием отбора) участках генома, нужно сопоставить результат со временем существования последнего общего предка сравниваемых видов (насколько это время можно оценить по палеонтологическим данным). Согласно нейтральной теории молекулярной эволюции, скорость накопления нейтральных генетических различий между видами в идеале определяется просто-напросто скоростью нейтрального мутагенеза (за одно поколение между двумя видами накапливается столько же различий, сколько новых мутаций возникает суммарно у среднестатистической особи первого вида и среднестатистической особи второго). Поэтому, зная время дивергенции, темп мутагенеза можно рассчитать по формуле m = D/2

t, где D — число нейтральных различий между видами, t

— время жизни последнего общего предка, измеряемое в «поколениях назад». Двойка в формуле появляется из-за того, что оба вида после расхождения накапливали мутации независимо друг от друга (обо всем этом подробно рассказано в нашей книге «Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий»).

Впрочем, существует куча факторов, нарушающих правильный ход «молекулярных часов», да и палеонтологические датировки для последних общих предков, мягко говоря, не всегда точны. Поэтому надежность данного метода невысока. Неудивительно, что результаты он дал несколько иные. Например, после прочтения генома шимпанзе темп человеческого мутагенеза был оценен в 2,2 × 10^–8 замен на нуклеотид за поколение, или 132 новых мутации на каждого новорожденного. Это почти вдвое больше, чем показал анализ наследственных болезней (и другие, еще более надежные методы, о которых речь пойдет ниже). Расчеты основывались на предположении, что предки человека и шимпанзе разделились около 7 млн лет назад. Сегодня на основе новых данных (и прежде всего на основе более точных независимых оценок темпа мутагенеза) это событие относят к более далекому прошлому — порядка 13 млн лет назад.

Появились и другие «палеонтологические» подходы, основанные на палеогенетических данных. Например, прочтение геномов неандертальцев и других древних людей позволило оценивать темп мутагенеза по числу «недостающих мутаций» в этих геномах, то есть по тому, насколько меньше генетических отличий от общего предка успела накопить линия, вымершая десятки тысяч лет назад, по сравнению с нами сегодняшними. Этот и другие новые методы дают оценки в диапазоне от 1,0 × 10^–8 до 1,2 × 10

^–8 замен на нуклеотид за поколение, то есть 60–72 новых мутации на каждого новорожденного, что, по-видимому, близко к истине (см. Исследование № 37).

Конечно, это средние значения: у отдельных индивидов число новых мутаций бывает как меньше, так и больше. В любом случае сомневаться не приходится: мы все — закоренелые мутанты. Далеко до нас всякой мелочи вроде бактерий или дрожжей, у которых одна-единственная новая мутация может приходиться на сотни, а то и тысячи «новорожденных» (рис. 36.1).

У млекопитающих влияет на приспособленность («находится под отбором», как говорят молекулярные генетики) лишь 5–10 % генома. Все остальное — в основном генетический мусор. Если выразиться политкорректно, то это области, в которых все или почти все мутации оказываются нейтральными, то есть не влияют на приспособленность и не подвергаются действию отбора. Следовательно, из 60–70 новых мутаций в геноме среднестатистического новорожденного примерно 3–7 не нейтральны, а если еще точнее — вредны[5]

, поскольку, хотя темп возникновения полезных мутаций точно не известен, обычно предполагается, что он пренебрежимо мал по сравнению со скоростью появления мутаций вредных.

От трех до семи новых вредных мутаций у каждого человека в каждом поколении — это угрожающе много. Нужен сильный очищающий отбор, чтобы избежать вырождения, то есть неуклонного накопления генетического груза[6]. Если же на отбор надежда плохая, то остается рассчитывать только на высокие биотехнологии: генную инженерию, генную терапию, экстракорпоральное оплодотворение с искусственным отбором эмбрионов и т. п. Впрочем, об угрозе вырождения мы поговорим чуть позже (см. Исследование № 40).

Кроме однонуклеотидных замен бывают еще вставки и выпадения (делеции), инверсии (повороты на 180°) и дупликации фрагментов ДНК разной длины. Такие мутации происходят реже, чем однонуклеотидные замены, зато затрагивают большее число нуклеотидов, тоже, конечно, влияя на вероятность развития всевозможных болезней. По имеющимся оценкам, пока еще не очень точным, каждый человек несет в среднем около 3 новых мелких (≤ 20 пар оснований) вставок и делеций и 0,16 более крупных (> 20 пар оснований).