Фогель, Мотульски - Генетика человека - 3 (Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1990), страница 7

Пока все эти вопросы не нашли однозначного ответа, попытаемся сформулировать некоторые правдоподобные выводы. «1 «н«тическая достаточность» [1992; 1993]. Предположим, что условия окружающей среды изменяются таким образом, что функциональная адаптация определенного полипептида становится менее эффективной. Тогда, если происходит мутация, лучше удовлетворяющая новым требованиям, ее носители будут иметь селективное преимущество. Эта новая мутация не обязательно усовершеыствует данный полипептид до наиболее оптимального состояния; превмущество может оказаться совсем небольшим.

Важно помнить также, что любое усовершенствование может быть обусловлено рядом различных мутаций; 24 7. Эволюция человека природа имеет в запасе много вариантов ответа на каждое требование, не всегда оптимальных, но часто вполне адекватных. Отбирается тот мутант, который присутствует в популяции в то время, когда среда предъявила этому полипептнду свои новые требования. Наличие мутантов в свою очередь зависит от частоты возникновения мутаций (и от генетического дрейфа). По некоторым данным, мутации, зафиксировавшиеся в ходе эволюции, чаще являются результатом транзиций оснований, чем трансверсий; транзиции более распространены по-видимому, и среди новых мутаций (рвзд.

5.1.4) ~19853. Следовательно, элемент случайности проявляется здесь в пределах ограничений, налагаемых на данный белок требованиями, выполнение которых необходимо для его нормалъного функционирования, и отбором. Смысл понятия «генетической достаточности» можно пояснить на одном примере, известном специалистам по генетике чело- нека. Когда в местных тропических странах широко распространилась малярия, для популяпий стала полезной повышенная устойчивость к этой болезни. Вскоре во всех таких популяциях возникли определенные механизмы генетической адаптации.

Однако в разных популяциях конкретные способы адаптации были различными (разд. 6.2.1.6). В Африке происходил отбор НЬБ и НЬС, а в австрало-азиатской популяции-НЬЕ; в некоторых других популациях повысились частоты талассемий и различных недостаточностей глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Адаптивные величины этих мутаций отнюдь не одинаковы; НЬЕ, например, обеспечивал защиту от малярии «за значительно более низкую цену», чем В-талассемия, поскольку у гомозиготных носителей генов НЬЕ патологические симптомы выражены слабее, чем у гомозигот по генам 1)-талассеьзнй (разд. 6.2.1.7).

Тем не менее обе адаптации оказались достаточными, так как эти популяции выжили. Очевидно, что возникновение той или иной адаптацни зависело от типа мутации, которая имелась в наличии и поэтому могла быть поддержана отбором. Концепция «эволюционной достаточности» была выдвинута молекулярным био- логом Цукеркандлом. Вместе с тем она очень напоминает вывод, сделанный генетиком-популяционистом Ивенсом 117571. По его мнению, спепифические требования окружающей среды могут удовлетворяться за счет различных, не обязательно «оптимальных» комбинаций генов. Идеи Кимуры, развитые им в недавнем обзоре 119411, также довольно близки к этой концепции. Основное различие между взглядами данных исследователей состоит в следующем: по Ивенсу и Цукеркандлу положительный отбор, т.

е. отбор слабо благоприятных замен, возможно, имеет несколько большее значение, чем полагает Кимура, рассматривающий его как некое дополнение к случайным процессам. Однако зти авторы согласны в том, что в постоягшой среде действует главным образом отбор отрицательного типа, т. е, отбор, стремящийся сахранюпь определенную функцию путем злиминации вредных мутантов. Ограниченность современных представлений а естественном отборе и нейтральных заменах при эволюции белков. Как уже отмечалось, большинство исследователей придерживаются мнения, что естественный отбор обусловил замену некоторых аминокислот в белках и существование некоторых систем генетического белкового полиморфизма, выявленных в популяции человека.

С другой стороны, часть межвидовой изменчивости и изменчивости внутри популяции человека, вероятно, возникла в результате случайного дрейфа„при этом селективное преимушество нли вредность могут быть сравнительно небольшими или даже полностью отсутствовать. Однако имеющиеся в настоящее время данные не позволяют ответить на вопрос о том, какая доля генетической изменчивости обусловлена отбором, а какая-случайными процессами.

В этом контексте следует напомнить величину генетического полиморфизма в популяции людей: геном человека, вероятно, содержит около 50 000- 100 000 структурных генов (1943], кодирующих белки. Известно несколько сотен ~аких генов, причем до 30;'ь из них могут быть полиморфными. Системы полиморфизма выявлены 7. Эволюция человека 26 главным образом при изучении белков крови. Мы уже говорили о том, что полиморфизм белков других, менее удобных для исследования тканей, возможно, намного ниже; однако важно помнить, что полиморфных локусов существует сотни и даже тысячи, а нам из них известна лишь небольшая часть. Кроме того, мы совершенно не знаем физиологической функции многих полиморфных ферментов.

Вместе с тем выводы относительно естественного отбора окажутся гораздо правдоподобнее, если они будут основываться ва знании физиологической функции изучаемой системы полиморфизма. Специфическая функция большинства белков реапающим образом зависит от немногих аминокислотных позиций. Функцноаальные ограничения носят столь общий характер, что они вполне совместимы с множеством различных аминокислот; например, трехмерная структура белка может сохраняться при самых разнообразных аманокислотных заменах.

При этом в результате генетического дрейфа может происходить сдвиг частот тех или иных основаавй, что в свою очередь приводит к возаакновению полиморфизма на уровне белюв. Системы полиморфнзма детерминируют небольшие функциональные различия, ае влияющие нли лигпь незначительно влиаюшне на приспособленность (разд. 6.2.1.1) ах носителей, и вызывают действие естественного отбора. При изменении экологических условий полиморфные системы могут стать источником наследственной изменчивости и обеспечить быструю адаптацаю. С другой стороны, тот факт, что для большинства систем полиморфизма сехехтавные влияния пока неизвестны, не означает, что отбор отсутствовал. Просто его трудно обнаружить, особенно среди населения экономически развитых стран, где современная цивилизация значительно изменила условия жизни людей, исключив некоторые потенциально весьма существенные селективные факторы, например инфекционные болезни и недоедание.

Для выяснения соответствующих селективных механизмов необходимо сформулировать специальные, обоснованные с функциональной точки зрения гипотезы. Это не означает, что все функциональные различия между полиморфнымн вариантами когда-то должны были сказаться на приспособленностях. Вместе с тем, не приняв такого предположения, было бы трудно объяснить тот факт, что редкие варианты полиморфных ферментов, как правило, обладают пониженной активностью (равд. 6.1.2). Бесспорно, что для большинства полиморфных систем человека какие-либо селективные влияния в настоящее время неизвестны, однако отсюда нельзя делать вывод об отсутствии отбора; скорее этот факт свидетельствует о нашей неспособности выдвинуть и проверить обоснованные гипотезы относительно селективных механизмов. При изучении полиморфизма человека гипотеза нейтральности, возможно, играет даже отрицательную роль, поскольку она не нацеливает на выявление факторов, осуществляющих естественный отбор.

Молекулярные часы эволюции и мутации. Как уже отмечалось, существование эволюционных часов можно объяснить в том случае, если накопление мутаций зависит от времени и не зависит от вида организма и если замены фиксируются в результате случайных процессов. Из равд. 5.1.3 мы узнали, что частоты возникновения некоторых мутаций человека для мужских половых клеток выше, чем для женских, что частоты возникновения ряцд мутаций увеличиваются с возрастом отцов и что многие мутации, вероятно, связаны с репликацней ДНК. Существование сильных различий в продолжительностипоколений разных животных делает гипотезу о простой зависимости накопления мутаций от времени весьма маловероятной.

Для получения более реальной величины скорости мутирования было бы желательно составить для разных видов соответствующее «расписание», основанное на числе циклов репликации ДНК в единицу времени, однако мы не располагаем необходимой информацией о кннетике деления половых клеток 119851. Если бы в замене оснований существовала регулярность, подобная той, что свойственна ходу часов (в чем мы сомневаемся), это определенно свидетельствовало бы против слу- 26 7. Эволюция человека чайной фиксации мутаций: ведь по Кимуре скорость (частота) фиксации зависит только от частоты возникновения мутаций.

Выйти из затруднительного положения можно следующим образом. Можно предположить, что мутации, слабо вредные в больших популяциях, в малых популяциях нейтральны, и поэтому вероятность их фиксации на самом деле выше: виды с большими размерами тела (например, слоны) как правило имеют значительно большее время инерции (и, вероятно, более низкое «число циклов репликации ДНК в единицу времени»), но меньшую популяционную численность, чем виды с небольшими размерами тела (например, мыши). Можно привести и другой аргумент, например, что «частота мутаций в единицу времени», не только зависит от «числа циклов репликации в единипу времени», но что в результате естественного отбора она приблизилась к некоей оптимальной величине.

Непонятно только, как это могло произойти, если большинство мутаций так или иначе нейтральны? Предлагая свою «теорию нейтральности», Кимура выдвинул, несомненно, важное положение, подчеркнув, что эволюция на молекулярном уровне имеет некоторые особенности, не выявляемые при изучении эволюции на уровне фенотипов. Почти нет сомнений, что случайные (или почти случайные) процессы на молекулярном уровне играют гораздо ббльшую роль, чем это думали большинство биологов. Создатели новых теоретических концепций часто склонны переоценивать их объясняющие возможности. Однако, как утверждает Поппер, наука может развиваться только путем смелого выдвижения пшотез и послелующей строгой их проверки.