Смешивание популяций

Точно такую же картину мы получим по всем 30 000 генам человека. И вот – крамольный вопрос: «А что было бы, если бы мы взяли, скажем, тысячу самых первых потомков «Адама и Евы», включая и их самих, и «впрыснули» их в современное общество?» Смогли бы мы их каким-то образом выявить? Ведь их геномы оказались бы сформированы из генов, которые и сегодня являются самыми массовыми в популяции.

Ответ выглядит очевидным: мы не смогли бы их как-то «вычислить» в современной популяции человека, они «растворились» бы среди нас, так как обладали бы самыми распространенными признаками – самым средним ростом и весом, самым массовым цветом кожи, глаз и т.д. Другими словами, при смешивании двух популяций – первозданной, исходной, которая существовала один миллион лет назад, и нынешней – мы не смогли бы их разделить.

На крамольный вопрос следует дать крамольный ответ: популяция человека осталась практически неизменной с момента своего возникновения. С математической неизбежностью. Конечно, современная популяция людей гораздо более разнообразна в сравнении с почти однородной первозданной, но последняя входила бы, практически, на равных правах в современную популяцию.

Если бы мы поступили наоборот: набрали тысячу добровольцев из современного общества и «впрыснули» бы их в первозданную популяцию, то дикари прошлого вполне сумели бы их переловить. Пожалуй бы еще и съели. Но все равно, съели бы их как людей, только чужаков. Но если вдруг кто-нибудь из них вступил бы в законный брак с кем-то из «добровольцев», то от этого брака родились вполне нормальные и здоровые дети, которых легко взяли бы в современный детский сад.

Понятно, что первым и самым очевидным возражением против этой идеи со стороны любого эволюциониста будет следующее: «Вы забыли про отбор. А отбор-то существует!». Нет, не забыли, но прежде, чем перейти к анализу влияния отбора, рассмотрим один из прикладных аспектов предложенной идеи, а именно метод точного определения времени происхождения биологического вида.

Период полураспада абсолютно шумового гена и его использование

для точного определения времени происхождения вида

В физике существует теоретическое понятие «абсолютно черного тела». В генетике аналогично можно ввести понятие «абсолютно шумового гена» – АШГ. Такой ген, точнее, такой участок ДНК, должен отвечать следующим требованиям:

– не должен транскрибироваться (создавать РНК по своей матрице);

– не должен участвовать в каких-либо других видах жизнедеятельности клетки или организма;

– никак не должен проявляться в фенотипе (внешних признаках);

– никак не должен влиять на выживаемость;

– должен быть подвержен свободной «бомбардировке» мутациями.

Возможно ли существование таких АШГ? С точки зрения логики – да.

Во-первых, напомним, исследования генома человека показали, что только 5% генома несут гены. Остальные 95% – темная неизвестность. Скорее всего, процент полезной части генома возрастет в процессе исследований, но вряд ли существенно. Следовательно, допустимо предположение, что в пределах этих 95% пустых участков ДНК существуют АШГ. Более того, размер генома человека, и вообще млекопитающих, не является самым большим в природе, у некоторых гораздо более низших живых существ геном больше. Парадокс? Несомненно, но это факт. Значит, хотя бы у них должны существовать совершенно бесполезные участки генома, а значит и теоретически допустимые «абсолютно шумовые гены».

Во вторых, в геномах всех живых существ обнаруживаются повторяющиеся последовательности. Поэтому также вполне допустимо предположение, что любая из единожды летально нарушенных таких последовательностей может превратиться в АШГ, перестав выполнять свои функции. Но это никак не приведет к гибели организма или вида: ее функцию будут выполнять многочисленные «сестры» этой летально нарушенной последовательности.

Итак, предположим, что такой АШГ существует у биологического вида «Человек» и он обнаружен – скажем, участок «пустой» ДНК между двумя четко установленными генами. Предположим также, что этот участок ДНК имеет такой размер, что вероятность точечной мутации в его пределах равна средней вероятности спонтанной мутации на один ген человека в одном поколении – одной стотысячной (0,00001). Понятно, что с каждым поколением такой ген под действием мутаций начнет рассыпаться, но, как мы указали выше, он будет рассыпаться настолько медленно, что его распад можно использовать для определения времени появления вида на глубину до десятков тысяч генераций – для человека это один-два миллиона лет.

Конкретный способ использования АШГ для датирования времени происхождения вида по числу генераций должен выглядеть примерно так.

Первое. Прежде всего, выявляется участок ДНК, отвечающий требованиям к АШГ.

Второе. Из популяции человека (или другого живого существа) отбирается достаточно репрезентативная выборка – не менее 1000 особей.

Третье. Определяется последовательность нуклеотидов данного АШГ для всей выборки, причем только для одной из пары хромосом, неважно, для какой.

И, наконец, четвертое. Если идея была изначально верна, то должна получиться примерно следующая картина: примерно у 60% особей анализируемый АШГ должен быть совершенно одинаковым. У оставшихся 40% особей должны быть единичные, реже двойные или тройные, точечные мутации в самых разных местах АШГ. При этом частота даже самой распространенной из этих мутаций должна быть очень небольшой – не более 0,5-1%. Образно это выглядит как остов разрушающегося высотного здания, от ста этажей которого осталось шестьдесят, а вокруг валяются груды кирпичей не выше первого этажа.

Не станем пугать Любознательного Читателя математическими выкладками, скажем только, что АШГ будет вести себя точно так же, как ведут себя радиоактивные изотопы: для него будет существовать свой «период полураспада». Проще говоря, если за число генераций N от 100 этажей нашего «здания» осталось 50 этажей, то за последующие N генераций останется 25, еще за следующие N генераций – 12,5 и т.д. Посчитав число сохранившихся «этажей», легко вычислить, сколько потребовалось бы поколений для того, чтобы произвести такие «разрушения», а, умножив число поколений на время генерации данного вида, можно определить время возникновения вида в годах.

Ноев ковчег

Но есть одно «но». На самом деле, при помощи такого метода мы определим, скорее всего, не истинное время возникновения вида, а время его последнего прохождения через «игольное ушко». То есть время, когда вид в последний раз в своей истории оказывался на грани исчезновения, и его численность сокращалась до нескольких особей (или нескольких десятков особей). В этом случае с большой вероятностью должен сохраниться только первоначальный вариант АШГ.

Но нет худа без добра: зато у нас появился чисто генетический способ проверить, а существовал ли Ноев ковчег? Ведь если Ной взял с собой «каждой твари по паре», то все твари одновременно прошли через «игольное ушко». А нам лишь остается при помощи описанного выше метода проанализировать АШГ у разных видов животных и растений. Если выяснится, что все ныне живущие виды действительно одновременно прошли через «игольное ушко», то это будет означать, что всемирный потоп был! Если же нет, станет немножко грустно… Во всяком случае, гораздо легче искать Ноев ковчег в генетической лаборатории, нежели на заснеженных склонах горы Арарат.

Влияние отбора на единичный ген человека

Как мы выяснили ранее, сам по себе мутационный процесс не способен существенно изменить популяцию, по крайней мере, человека, за период в миллион лет. В результате мутаций может возникнуть разнообразие, но первоначальные гены все равно будут составлять львиную долю в популяции, превосходя суммарную долю всех мутантных генов, даже если в популяции будут сохранены все до единой мутации, которые когда-либо происходили внутри популяции. Конечно же, в природе этого никогда не происходит, на самом деле сохраняется едва ли одна из тысячи мутаций.

В ходе мысленного эксперимента мы сохранили все мутации, но даже это не смогло поколебать генофонд популяции, даже в течение миллиона лет, если речь идет о человеке или другом живом организме, время одной генерации которого сопоставимо с двадцатью годами.

Считается, что из этого равновесного состояния популяция выходит в результате естественного отбора. Для описания изменений частот генов в популяции были предложены различные математические модели и формулы, при одном взгляде на которые у Любознательного Читателя пропадёт любое желание. И хотя формулы эти вполне корректны и точны, хорошо подходят для описания различных изменений и колебаний внутри популяций, мы условились: минимум математики, максимум логики. И для начала вновь проанализируем поведение единичного гена – одного из тех, коих в геноме человека, напомним, 30 000.

Как мы договорились, в «первозданной» популяции наш единичный ген был одинаковым у всех ее представителей. Если мы хотим изменить популяцию по этому наперед заданному гену, нам необходимо дождаться двух событий:

А) внутри этого гена должна произойти мутация;

Б) эта мутация должна вытеснить «первозданный» ген.

Здесь, однако, необходимо остановиться, поскольку возникает серьезный вопрос: а способен ли мутантный ген вытеснить «первозданный ген» полностью?

Первое. Предположим, что мутантный и первозданный гены находятся в состоянии «мирного сосуществования». Это будет означать, ни много ни мало, что оба аллеля (варианта генов) оставят нас в рамках популяции «Человек». Даже если в пределах нашего единичного гена произойдет миллион мутаций, но при этом первозданный ген все равно будет обеспечивать принадлежность к виду «Человек», то грош цена этому миллиону мутаций в плане образования нового вида. В таком случае, как первоначальный ген, так и его мутантные варианты, будут представлять из себя лишь материал для разнообразия внутри одного и того же биологического вида «Человек», что, скорее всего, и имеет место в действительности. Поэтому, если мы хотим добиться образования нового вида, то хотя бы по одному из генов мы должны добиться полного вытеснения его первоначального варианта.