разумеется, ни один другой организм не расшифровал собственный геном! Очевидно, наша сложность определяется не числом отдельных пакетов инструкций, а тем, как они используются. Может быть, компоненты, из которых мы состоим, обучились работать в многозадачном режиме?
Еще один способ осмысления этого факта дает сравнение с естественным языком человека. У образованного носителя английского языка средний объем активного словаря – около 20 000 слов. Из этих слов могут составляться и относительно простые документы – скажем, памятка владельцу автомобиля, – и тексты значительно большей сложности – например, «Улисс» Джеймса Джойса. Аналогичным образом, червям, насекомым, рыбам и птицам, как и нам, необходим для функционирования «словарный запас» в 20 000 генов, хотя они используют данный ресурс не так изощренно, как мы.
Вторая удивительная черта генома человека обнаруживается при сравнении разных представителей нашего вида. На уровне ДНК мы идентичны на 99,9%, независимо от того, каких людей из каких стран мы попробуем сравнить. Тем самым, судя по ДНК, все люди – действительно одна семья. Этот удивительно высокий уровень генетического сходства отличает нас от большинства других видов планеты, у которых в ДНК встречается в 10, а то и в 50 раз больше расхождений, чем у нас. Инопланетянин, изучающий формы жизни на Земле, заметил бы много интересных фактов, касающихся людей, но прежде всего должен был бы обратить внимание на исключительное генетическое единообразие внутри нашего вида.
Одним из направлений иопуляционной генетики является реконструкция истории популяций животных, растений, микроорганизмов с помощью математических инструментов. Если обработать с помощью тех же методов данные о геноме человека, получается, что все представители нашего вида произошли от одной группы прародителей численностью около 10 000, жившей 100-150 тысяч лет назад. Это хорошо согласуется с данными археологии, согласно которым наши гипотетические прародители обитали в Восточной Африке.
Далее, благодаря расшифровке геномов целого ряда организмов у нас появилась возможность провести детальное сравнение последовательностей ДНК нашего и других видов. Используя компьютер, можно выбрать определенный участок ДНК и проверить, есть ли похожие последовательности у каких-либо других существ. Когда такое сравнение проводится для области человеческого гена, кодирующей некоторый белок, у нее практически во всех случаях обнаруживается значительное сходство с геномами других млекопитающих. Часто обнаруживается явное, хотя и не такое большое сходство с генами рыб, а иногда и с более примитивными организмами, такими как плодовые мушки дрозофилы или круглые черви (нематоды). Есть отдельные примеры, когда подобие распространяется на все филогенетическое дерево вплоть до генов дрожжевых грибов и даже бактерий.
Если же выбрать участок ДНК между генами, вероятность нахождения аналогичной последовательности в других отдаленно родственных нам организмах падает, хотя полностью не исчезает. При тщательном поиске с применением компьютера у других видов млекопитающих удается найти аналоги приблизительно для половины таких фрагментов, а у приматов – соответствия в зависимости от категории организма почти для всех.
Рис. 5.1.
Таким образом, анализ ДНК убедительно подтверждает оба главных положения дарвиновской теории эволюции – и происхождение всех живых существ от общего предка, и естественный отбор из множества случайных вариантов. На уровне генома в целом можно с помощью компьютера построить филогенетическое дерево, опираясь только на сходство последовательностей ДНК. Результат представлен на рис. 5.1. При анализе не использовались ни данные палеонтологии, ни информация о строении организмов животных, но его выводы совершенно аналогичны тем, к которым приводят сравнительное изучение анатомии существующих и ископаемых видов.
Далее, в отношении генома в целом теория Дарвина предсказывает следующее. Мутации, не влияющие на функционирование организма (т. е. локализованные в «мусорных» ДНК), должны накапливаться с постоянной скоростью, те же, которые затрагивают кодирующие участки, должны наблюдаться реже, поскольку, как правило, они вредны для организмов: полезное изменение, дающее организму преимущество при отборе и сохраняющееся в процессе дальнейшей эволюции, – исключительный случай. Так и происходит. Сходное явление наблюдается, кстати, и на кодирующих участках при их более детальном изучении. В предыдущей главе я упоминал об избыточности генетического кода – например, последовательности GAA и GAG синонимичны, им соответствует одна и та же аминокислота (глутаминовая). Поэтому некоторые мутации кодирующих участков могут быть «молчащими»: код меняется, но аминокислота остается прежней, и на организме изменение не сказывается. Сравнение генов родственных видов выявляет больше «молчащих» различий, чем влияющих на аминокислоту, – что в точности соответствует теории естественного отбора. Если предполагать, как некоторые, что каждый геном был сотворен отдельно, объяснить эту особенность не удастся.
Чарльз Дарвин испытывал очень серьезные сомнения по поводу своей теории эволюции – может быть, именно поэтому он двадцать пять лет медлил с публикацией «Происхождения видов». Наверняка ему не раз хотелось вернуться на миллионы лет назад и своими глазами увидеть все те события, которые реконструировала его теория. Конечно, это было и осталось неосуществимым, но, помимо машины времени, вряд ли сам Дарвин мог бы вообразить более убедительное подтверждение своей теории, чем то, которое дает сравнительное изучение ДНК родственных видов.
В середине XIX в. у Дарвина не было возможности узнать, как действует механизм естественного отбора. Сейчас мы понимаем, что изменчивость, которую он предположил, вызывается мутациями в ДНК, имеющими естественную причину. Частота мутаций оценивается в одну ошибку на 100 млн комплементарных пар за поколение. (Между прочим, это означает, что на два генома – материнский и отцовский – каждого человека, насчитывающие по 3 млрд пар нуклеиновых оснований, приходится в среднем 60 новых мутаций, которых не было ни у одного из родителей.)
По большей части эти мутации происходят на несущественных участках и поэтому не приводят ни к каким или почти ни к каким последствиям. Те, которые случаются в более уязвимых местах, чаще всего вредоносны и быстро выбраковываются, так как снижают репродуктивную способность. Но изредка случайно происходит мутация, дающая небольшое преимущество при отборе. Это новое «написание» ДНК с чуть большей вероятностью будет в дальнейшем передано потомству. В течение очень долгого периода времени такие благоприятные модификации могут распространяться на весь вид, что в итоге приводит к существенным изменениям биологической функции.
