Гены ведут: роль миграции как фактора эволюции

Миграция — явление не только социальное. Задолго до того, как стать предметом обсуждения в прайм-тайм на телеканалах, она уже была мощным биологическим фактором, влияющим, не много ни мало, на эволюцию. Это касается не только человека, но и живых организмов вообще.

4542 0 0

отправить по e-mail

Гены ведут: роль миграции как фактора эволюции

Разговор о том, к чему приводит миграция, следует начинать с другого явления – с изоляции. Популяции организмов (то есть «компании» из особей одного вида, обитающих на общей территории) существуют более или менее изолированно друг от друга, и скрещивание между такими соседями происходит либо редко, либо никогда. Так что исходные отличия популяций, когда-то разделившихся, их приспособление к условиям, накопление мутаций и другие факторы обычно приводят к тому, что особи в разных «группировках» со временем все больше отличаются друг от друга. Все зависит от размера исходной популяции, которая оказалась в изоляции, и от ее размеров в итоге. Из одной пары особей с редким признаком может со временем вырасти большая популяция, имеющая этот признак поголовно. Более того, вследствие так называемого генетического дрейфа в маленькой популяции очень вероятно закрепление лишь строго определенных признаков, а другие постепенно «растворятся». Этим можно отчасти объяснить разнообразие внешности у людей разных рас и сравнительную однородность внутри одной нации.

Оказавшись на новом месте, мигранты нередко продолжают скрещиваться между собой чаще, чем с особями новой популяции. В человеческом обществе супруги часто выбирают друг друга по фенотипическим признакам – по росту, цвету кожи, интеллекту. Это явление называется ассортативностью, «неслучайностью» скрещиваний. Конечно, огромную роль здесь играют культура, религия и национальная самоидентификация. И отнюдь не всегда такая ассортативность зависит от культурной и генетической близости. Например, в случае с некоторыми народами Северного Кавказа, веками живущими рядом, частота межнациональных браков мала, несмотря на культурную общность.

Что происходит в плане генетики при скрещивании представителей отдаленных друг от друга популяций? В народе говорят, что дети от таких браков особенно красивы и талантливы. На языке биологов все несколько скучнее: потомство от такого скрещивания отличается повышенной жизнеспособностью. Это не что иное, как явление гетерозиса. Связано оно с разными причинами, в том числе и с тем, что в популяции, особенно небольшой или прошедшей через так называемое «бутылочное горлышко» (момент, когда она была совсем маленькой), как правило, много генов находится в гомозиготном состоянии. Такие гены имеют по два одинаковых аллеля, то есть «представлены» в двух одинаковых структурных вариантах. При этом «вредные» аллели обычно рецессивны, а «полезные» доминантны (доминантный аллель подавляет действие рецессивного, находясь с ним в паре). При скрещивании людей из далеких друг другу популяций большинство генов переходят в гетерозиготное состояние, и это стимулирует всплеск жизнеспособности.

ПРАВДА, ОТЛИЧИЯ между человеческими расами сравнительно невелики, а большинство генов у людей всех рас и так гетерозиготны. Так что едва ли можно ожидать мощного гетерозиса при смешанных браках, если предки супругов не жили в маленьких изолированных популяциях.

А вот противоположное гетерозису явление — инбредная депрессия — у человека может выражаться весьма ярко. Она проявляется при близкородственных скрещиваниях. Чем ближе степень родства родителей, тем большая часть их генетического материала переходит в гомозиготное состояние. А у таких генов могут оказаться рецессивные аллели наследственных заболеваний, «подавленных» до поры до времени. Это явление называют «генетическим грузом». Большинство генов у нас постоянно гетерозиготны, и на них не действует естественный отбор: пока «вредный» вариант гена стоит в дуэте с «нормальным», он не проявляет своего действия. Но любой человек в среднем несет в своем геноме по 5 летальных аллелей. И если он умудрится найти себе пару с одним из них, то их потомок с вероятность 25 % погибнет. Если аллель какого-то рецессивного заболевания в популяции распространен в количестве 0,1 %, то вероятность, что при случайном выборе партнера это заболевание унаследуют дети, составляет всего 0,0004 %. При браке же между двоюродными братом и сестрой эта вероятность подскакивает до 12,5 %.

Естественно, в маленькой деревне, отделенной от ближайших соседей многообразием рельефа или культурными противоречиями, частота близкородственных браков будет высокой. Поэтому развитие промышленности и формирование крупных городов ощутимо снизили частоту наследственных заболеваний.

Таким образом, с эволюционной точки зрения, миграция может стать хорошим толчком для дальнейшего развития популяции, привнеся в нее новый генетический материал, среди которого естественный отбор (насколько естественным он может быть в нашем сложном обществе) может выбрать наиболее приспособленные генотипы.

Хороший пример активных миграционных процессов и их последствий – история заселения острова Пасхи (Рапа-Нуи, как говорят аборигены). По мнению норвежского путешественника Тура Хейердала, остров первоначально был заселен выходцами из Южной Америки, предположительно инками, которых звали «длинноухими» (именно они строили знаменитых каменных истуканов), а позже – выходцами из Полинезии, «короткоухими». Долгое время эти племена жили в гармонии, однако в XVIII веке между ними произошла война, в которой погибли почти все «скульпторы» вместе со своей культурой.

Хейердал в своих выводах основывался на рассказах местных жителей и археологических находках. Еще один норвежский исследователь, профессор Эрик Тосби (Eric Thosby), более 30 лет отбирал образцы крови у обитателей острова, изучая их геном. Он обнаружил гены, характерные лишь для Южной Америки, и степень их рекомбинации с «полинезийскими» говорит о том, что «американские» гены появились в геноме, скорее всего, еще до «открытия» острова европейцами в 1722 году.

УЧЕНЫЕ ДО СИХ ПОР спорят о том, кто и когда заселил остров Пасхи. Известно, что в XVI-XVII веках его население составляло до 15 тыс. человек. Позже, после войн и, возможно, экологической катастрофы, связанной с исчезновением лесов, к моменту прибытия на остров голландского путешественника Якоба Роггевена в 1722 году там проживало всего 2-3 тысячи пасхальцев. В следующие сто лет их количество, «благодаря» работорговле и европейским болезням, сокращалось. К 1877 году оно упало до 111 человек, из которых лишь 36 оставили потомство. Это и было то самое «бутылочное горлышко». От этой кучки людей происходит все современное коренное население острова – около 2500 потомков. Естественно, что сегодня рапануйцы, несмотря на большую численность, не имеют того генетического разнообразия, которым могла похвастаться исходная 15-тысячная популяция. По сути, ее сегодняшние «наследники» имеют лишь те гены (не считая привнесенных переселенцами или появившихся в результате мутаций), что были у тех 36 человек, которые когда-то чуть не вымерли. Вероятно также, что, если бы пасхальцы так и оставались в изоляции от внешнего мира, частота наследственных заболеваний среди них еще долго бы зашкаливала.

Инбредная депрессия у человека может выражаться весьма ярко

Еще одно явление, о котором стоит упомянуть — это поток генов. По сути, любая миграция — это движение генов в том или ином направлении: например, количество людей с III группой крови в Евразии пОстепенно снижается от 25 % в Центральной Азии до 10% в Западной Европе. Высокая частота этой группы характерна именно для азиатских народов, и этот градиент может объясняться однонаправленным потоком генов (то есть миграцией) на протяжении истории из Азии в Европу. Даже невысокая частота межрасовых браков при таком потоке со временем может сильно (а теоретически — полностью) изменить генотип принимающей стороны. Ведь популяция, из которой исходят мигранты, остается неизменной, а принимающая сторона меняется, приближаясь постепенно генетически к мигрантам.

Ну, это все касается последствий миграции. А что бывает задолго до них? Чем руководствуется животное, покидая насиженное место в пользу неизвестности, до которой еще надо добраться? Понятно, что к регулярной перемене мест птиц, рыб и зверей склоняет инстинкт, но почему-то у одних путешествия сезонные, а у других стихийные. Есть ли здесь какая-то эволюционная связь?

Первой этими вопросами заинтересовалась наука этология, изучающая инстинкты – генетически обусловленное поведение. Австриец Конрад Лоренц, один из ее основоположников, в 1966 году в книге «Агрессия (так называемое зло)» предположил, что инстинкт внутривидовой агрессии «выжимает» из популяции неконкурентоспособных особей, заставляя их осваивать новые территории. Позже «агрессивный инстинкт» все-таки разжаловали из причин миграции в ее катализаторы. А в последние годы поисками истинных причин миграции занимаются генетики.

УЧЕНЫЕ ДОЛГОЕ ВРЕМЯ ИСКАЛИ ГЕНЫ, отвечающие за сложное «мигрирующее» поведение. Например, изучая птиц черноголовок, ученые обнаружили на одном из их генов (ADCYAP1) два нуклеотида, участка, которые вместе могут повторяться в различных аллелях. И чем больше длина такого повтора, тем выше у птицы склонность к миграции. Черноголовки с самым коротким аллелем гена ADCYAP1 не мигрируют вовсе, а их сородичи с самым длинным вариантом гена совершают дальние путешествия.

Есть и другие гены, вовлеченные в молекулярные миграционные механизмы. Изучая последние, ученые Массачусетского университета исследовали бабочек-монархов: 10 немигрирующих, 10 мигрирующих, и по 10 мигрантов, обработанных пестицидом и контрольным веществом. Они создали карту генной активности нейронов головного ганглия бабочек (скопления нервных клеток). После сравнения этих карт между группами выяснилось, что у бабочек-мигрантов и бабочек-«домоседок» по-разному работают 40 генов.

Генетика оказывается в роли статиста, подсчитывающего убитых и выживших на поле политической брани

НО ПТИЧКИ-БАБОЧКИ – одно, а мы – все-таки другое. Что нас заставляет осваивать новые территории, даже если нет особых причин и возможностей? Быстрее людей, которые расселились по земному шару примерно за 80 тысяч лет, оказались только серые крысы (около 15 тысяч лет), и то благодаря привычке сожительствовать с человеком. Нет ли в столь быстром расселении конкретных видов какой-то генетической «подкладки» (помимо относительной всеядности)?

У нашего нейромедиатора дофамина есть несколько рецепторов, которые «управляются» определенными генами. Ген рецептора D4 (он называется DRD4) имеет 11 аллелей, которых друг от друга отличают единичные замены нуклеотидов. А еще в гене DRD4 имеется один повтор участков, который может дублироваться от 1 до 11 раз – чем, собственно, и отличаются эти 11 аллелей (они так и называются: R1, R2, R3…). Так вот «обладателей» аллеля R7 отличает повышенная импульсивность и жажда новых ощущений. Количество людей с R7 в разных популяциях варьирует от 0 до 78 %. Реже всего они встречаются в Восточной Азии, а чаще всего – среди южноамериканских индейцев и ирландцев.

Основываясь на этой информации, генетики предположили два варианта распространения аллеля R7 в популяциях человека. Первый – к миграции стремились, в основном, именно его носители, а не популяции целиком. Вариант второй – «обладатели» R7 со своей любовью к риску и новизне имели селективное преимущество во время долгих кочевий в компании с более спокойными соплеменниками.

КОНЕЧНО, СТОЛЬ СЛОЖНОЕ ПОВЕДЕНИЕ, как миграция, не может определяться одним геном, иначе одни из нас кочевали бы непрерывно, а другие не покидали бы четырех стен. Но к миграции в той или иной степени способны мы все, а вот будет ли эта способность стимулироваться, зависит от воздействия на наш геном внешней среды. Миграция тесно связана с другими факторами, влияющими на генетику популяции. Ведь то, как находят друг друга супруги и сколько у них рождается детей, определяется отнюдь не только генотипом. Об этом и говорит история заселения острова Пасхи. Как тесно переплелись здесь генетика, культура, экология, религия, эпидемиология и политика! Именно такое сплетение обстоятельств определяет судьбы народов. Генетика в таких случаях оказывается, скорее, в роли статиста, подсчитывающего убитых и выживших на поле политической брани, а генетические преимущества победителей над побежденными едва ли можно хоть как-то обозначить.

К СОЖАЛЕНИЮ, порой промежуточный вывод ученого по локальному вопросу становится для иного журналиста темой очередной скандальной передачи, а для политика – руководством к действиям глобального масштаба, с лозунгами типа «современная наука подтверждает нашу правоту». Но это совсем не значит, что мы не должны делить людей на расы и народы и анализировать генетические аспекты наших перемещений по планете. Ведь генетика — это наука о наследственности, то есть наука, в том числе, и о наших детях.

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Наука

Николай Яковин

Машины и Механизмы