Изгнание из Эдема - Оппенгеймер Стивен - Страница 13

Таким путем Мендель сумел показать, что наследование признаков осуществляется путем передачи дискретных наборов  информации. И вариативность потомства определяется точным, но произвольным смешением этих наборов, или генов, в каждой особи, будь то растение или человек.

Мендель приложил немало труда, отбирая наиболее  простые, универсальные и легко распознаваемые признаки  и изучая их на индивидуальном уровне. На деле же выраженность  некоторых физических признаков определяется, мягко говоря, не одним геном, и поскольку мы являемся  достаточно сложными организмами, в наших клетках насчитывается около 30 тысяч пар функционирующих генов.  Таким образом, заметные невооруженным глазом различия между единокровными отпрысками одной и той же  семьи являются не результатом некоего сбоя в процессе  наследования, а возникают в связи с тем, что в процессе  полового размножения принимает участие большое число  генов, образующих произвольные сочетания. А поскольку  число генов и тем более их комбинаций крайне велико,  это создает невероятно широкий потенциал для вариантов. Наоборот, удивительное сходство близнецов показывает, насколько точной может оказаться трансформация  наследственности в физической оболочке. Выдающимся  достижением таких ученых, как Уотсон, Крик и Розалинда  Франклин, стал осуществленный ими перенос постулатов  открытия Менделя в область биохимии, или молекулярной  биологии, как сегодня принято называть эту сферу биохимии.

«Мы все — производные наших генов». Секретные ключи к  этому эдуардовскому трюизму сформулировали и перенесли  на простые листы картона двое ученых-первооткрывателей  — Джим Уотсон и Фрэнсис Крик. Произошло это в  1953 г.[45]. Их «ключи» представляли собой диаграммы четырех  химических соединений (базовых нуклеотидов),  уникальные взаимосвязи между которыми, зафиксированные  на двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты  (ДНК), заключают в себе кодированный ключ ко всему  живому на Земле. Эти картонные ключи позволили раскрыть  секрет механизма, соединяющего постулаты Менделя  с теорией эволюции путем естественного отбора, сформулированной  Дарвином в его знаменитом труде «О происхождении  видов». Уотсону и Крику удалось с исчерпывающей  точностью объяснить, каким образом тысячи уникальных  свойств, варьирующихся у разных особей, передаются  из поколения в поколение. Короче говоря, это открытие  явилось едва ли не самым выдающимся достижением биологической  мысли в XX в.

В каждой из клеток нашего тела присутствует невероятно  длинная спираль ДНК. Она состоит из генов. Спираль  эта хранит, воспроизводит и копирует все индивидуальные  свойства нашего организма — нашу генетическую наследственность.  Спираль ДНК хранит коды протеинов  (белков) — этих строительных кирпичиков, из которых  состоит наше тело. Коды каждого из белков «записаны» посредством различных сочетаний четырех химических  соединений, так называемых базовых нуклеотидов (обозначаемых  буквами A, G, С и Т), которые подают все указания,  связанные со строительством нашего тела. Мы наследуем  ДНК каждого из наших родителей, и поскольку и от  того и от другого мы получаем уникальные сочетания генов,  каждый из нас обладает спиралью ДНК слегка видоизмененной,  или, лучше сказать, уникальной формы. Наша  собственная ДНК — это как бы отпечаток пальца, но только  на молекулярном уровне.

При половом размножении ДНК родителей копируется  и передается эмбриону в равных пропорциях. Важно понимать,  что, хотя большая часть ДНК каждого из родителей  при воспроизводстве передается потомкам по отдельности,  небольшие фрагменты генов каждого из них в каждом  поколении перемещаются и перемешиваются друг с  другом. Однако подобное смешение — это отнюдь не произвольное  массовое смешение генов, постулированное  Менделем, а крохотные взаимопереходы, дублирование,  выбросы и обмен между материнской и отцовской составляющими  ДНК их ребенка. Это явление обозначается специальным  техническим термином — рекомбинация[46]. К счастью  для исследователей ДНК, существуют два небольших  участка нашей ДНК, которые никогда не подвергаются рекомбинации.  По фрагментам спирали ДНК, не подвергшимся  рекомбинации, гораздо удобнее изучать признаки  вида в далеком прошлом, поскольку информация, заключенная  в ней, не претерпевает искажений при передаче от  поколения к поколению. Эти два фрагмента спирали ДНК  получили название митохондриевой ДНК и нерекомбинированной  части Y-хромосомы.

Было бы не совсем правильно утверждать, что ровно половину  нашей ДНК мы получаем от своего отца, а вторую,  точно такую же половину, — от матери. Дело в том, что существует  крошечный фрагмент ДНК, который передается  только по материнской линии. Это так называемая митохондриевая  ДНК, поскольку она содержит уникальный  круглый виток в небольших трубкообразных «пакетах»,  так называемых митохондриях, которые функционируют  как своего рода батарейки в цитоплазме клеток. Некоторые  специалисты по молекулярной биологии утверждают,  что в древнейшую эпоху развития жизни на Земле митохондрия  представляла собой отдельную, независимую  особь со своей собственной спиралью ДНК и обладала  секретом выработки громадных масс энергии. Впоследствии  митохондрии проникли в простейшие одноклеточные  организмы и навсегда остались в них, размножаясь, как  дрожжи, посредством бинарного деления клеток. Особи  мужского пола, хотя они получают и используют митохондриевую  ДНК своей матери, не способны передавать ее  своему потомству. Мужская сперма имеет свои собственные  митохондрии, помогающие ей проделать длительный  путь от вагины до яйцеклетки, однако в процессе проникновения  в яйцеклетку мужские митохондрии разрушаются  и гибнут. Образно говоря, мужчина подобен воину, вынужденному  оставить оружие у входа в вечность.

Таким образом, каждый из нас наследует митохондриевую  ДНК своей матери, которая унаследовала свою митохондриевую  ДНК от своей матери, и так далее, на протяжении  бесчисленного ряда поколений, вплоть до Евы. Отсюда  и популярное название митохондриевой ДНК — «ген  Евы». Таким образом, каждый человек, живущий сегодня  на Земле, унаследовал свою митохондриевую ДНК от одной-единственной прапрапрабабки, жившей на Земле примерно 200 тысяч лет назад. Эта митохондриевая ДНК  представляет собой уникальный момент стабильности  среди зыбких песков наследственности ДНК. Однако если  все хромосомы Евы, существующие сегодня в мире, были  бы абсолютно точной копией генов ДНК Евы, то и все их  носители были бы совершенно одинаковыми двойниками.  Это было бы поистине чудом и в то же время означало бы,  что митохондриевая ДНК не способна передать нам информацию  об истории нашей собственной эволюции. Хотя  осознание того факта, что родословную всех женщин  на свете можно проследить в ретроспективе вплоть до их  общего предка — праматери Евы, само по себе выглядит  впечатляющим, это не позволяет сколько-нибудь подробно  проследить генеалогические линии ее дочерей. Для  этого нам необходим более широкий спектр вариантов.

Итак, самое время поговорить о мутациях ДНК. Когда  мы наследуем от своей матери митохондриевую ДНК  (мтДНК), иногда в ней бывает запечатлено случайное изменение  или мутация в одном или нескольких «знаках»  кода мтДНК — примерно одна мутация на каждую тысячу  поколений[47]. Этот новый знак, так называемая точечная  мутация, будет передаваться через всех последующих дочерей  женщины, у которой она возникла. И хотя новая мутация  — явление крайне редкое в пределах генеалогической  линии одной семьи, общая вероятность мутаций  увеличивается прямо пропорционально числу матерей,  имеющих дочерей. Таким образом, в следующем поколении  у одного миллиона матерей может быть уже более тысячи  дочерей с новой генетической мутацией, причем каждая  из них будет в чем-то отличаться от остальных. Вот  почему, даже если у всех нас 10 тысяч лет тому назад был  общий предок по женской линии, все мы обладаем генетическим  кодом, содержащим пусть небольшие, но вполне  реальные отличия от окружающих.