Так, в силу подобия геномов даже муха дрозофила может быть использована для более полного понимания функций тех или иных человеческих генов, в частности, ответственных за некоторые заболеваний человека. Примером тому может служить изучение гена dFMR–1 мухи, который имеет гомологию с соответствующим геном человека, определяющим синдром ломкости X-хромосомы — тяжелое наследственное нейродегенеративное заболевание. Это исследование позволило заключить, что причина синдрома скорее всего связана с нарушением механизма РНК-интерференции, о котором мы уже говорили выше. И это серьезная «подсказка» для ученых, решающих проблему синдрома ломкости X-хромосомы у людей.
Важно отметить, что когда мы изучаем геном человека, то фактически мы познаем весь живой мир. Геном человека устроен необычайно сложно. Геномы животных и растений чаще всего значительно проще. Поэтому, когда мы узнаем устройство сложного генома, нам будет очень легко от него перейти к изучению простого. А это сулит революцию в таких областях, как ветеринария, селекция растений и животных.
Сравнительная геномика дала ученым новый подход к пониманию вроде бы навсегда скрытого во мраке веков процесса эволюции и его механизмов. Так, например, проведенные сравнения геномов разных видов животных и человека показали наличие определенных тенденций в эволюции. Одна из них заключается в увеличении количества интронов в процессе эволюционного развития у человека, то есть эволюция как бы сопряжена с «разбиением» генома на отдельные функционально значимые фрагменты: на единицу длины ДНК приходится все меньше информации о структуре белков и РНК (экзоны) и возникает все больше участков, не имеющих пока ясного функционального значения (интроны). Проведенные исследования позволяют считают, что природа совершенствовала млекопитающих не столько посредством умножения разнообразия их генов, сколько путем постепенного копирования, модификации и комбинации уже существующих генов, а также путем изменения регуляции экспрессии генов. Специфика и разнообразие строения и функционирования генетического аппарата велики даже среди эукариот. В то же время существует множество общих принципов и механизмов, и результаты их изучения на одних объектах часто с успехом могут переноситься на другие, включая и человека.
Весьма интересные результаты были получены, в частности, при сравнении распределения по хромосомам сходных последовательностей ДНК человека и других животных. Приведем лишь один пример. Как уже указывалось, между геномами человека и мыши имеется большое сходство. На рис. 37 на цветной вклейке изображено расположение в разных хромосомах мыши сходных сегментов отдельных хромосом человека. Глядя на этот рисунок, мы можем увидеть, что участки одних и тех же хромосом человека распределены во множестве хромосом мыши. Это справедливо и наоборот. А что это значит? Это говорит нам о тех путях, по которым шла эволюция млекопитающих (ведь мышь и человек млекопитающие). Тщательно проанализировав картину, изображенную на рис. 37, ученые установили, что на границах разных участков ДНК мыши, которые обнаруживаются в составе ДНК человека, содержатся различные подвижные генетические элементы, тандемные повторы и другие «горячие точки», по которым, вероятно, и шла перестройка (рекомбинация) в ходе многовекового процесса эволюции животных организмов.
Рис. 37. Генетическое сходство (гомология) хромосом человека и мыши. Разными цветами и номерами на хромосомах мыши отмечены нуклеотидные последовательности человеческих хромосом, содержащие сходные сегмент.
Сравнительная геномика показала, что гены, одинаковые по эволюционному происхождению и выполняемой функции (гомологичные), часто оказываются сцепленными с одними и теми же гомологичными генами у разных видов. На основании этого предсказывают вероятный район локализации генов у одних видов, если известно, с какими генами они сцеплены у других, т. е. проводят «сравнительное картирование». Все это важно в связи с тем, что правила чисел и относительное положение генов на хромосоме не всегда предопределяют законы их функционирования. Так, белковый состав многих специализированных клеток мыши, крысы и человека выглядит похожим, хотя сами гены разбросаны на хромосомах по-разному.
Итак, сравнительная геномика позволяет нам судить о механизмах и путях эволюции геномов и даже на новом уровне воссоздавать классификацию всего животного мира. Все это и есть предмет еще одного нового направления — эволюционной геномики. Ее венцом должно стать создание определенной четкой системы живых организмов, в некотором смысле подобной таблице Менделеева.
Благодаря использованию методов и подходов сравнительной и эволюционной геномики уже получены сенсационные результаты, касающиеся такого сложного и интересного вопроса, как происхождение человека и эволюция его генома. Подробнее об этом и пойдет речь в следующей части книги.
ЧАСТЬ III. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА
КАК ПОЯВИЛСЯ ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГЕНОМ? (происхождение человека)
Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции.
Ф. Г. ДобжанскийЕсли бы человека создал человек, он устыдился бы плодов своего труда.
Марк ТвенНаверное, каждому из нас в детстве (или немного позднее) приходил в голову вопрос о том, откуда он взялся. Далее ход мысли обычно таков: у меня есть мама и папа, у них тоже были родители — мои бабушки и дедушки. У дедушек и бабушек — прадедушки и прабабушки. И так далее, до бесконечности. Но бесконечность трудно воспринять и понять. А хотелось бы, чтобы начатое рассуждение имело какой-то логический конец. Ведь кто-то же должен быть первым в этом длинном ряду наших предков, с кого-то когда-то ведь начался род человеческий? Один ответ на этот вопрос дает Библия: род человеческий начался с Адама и Евы. Другой ответ был дан свыше сотни лет назад Чарльзом Робертом Дарвиным (1809–1882) в его эволюционной теории, согласно которой человечество произошло от неких обезьяноподобных организмов. Кого-то вполне удовлетворяет первый ответ, кого-то удивляет или шокирует второй. Но все это эмоции. А как на этот вопрос отвечает современная генетическая наука, базирующаяся теперь на обширных знаниях о структуре генома человека? Попытаемся в этом разобраться.
Если есть книга, то у нее должен быть и автор. Автор Энциклопедии под названием «Геном человека» носит женское имя «Эволюция». Эволюция — от лат. «развертывание» — историческое развитие природы. Она является демиургом всей ныне существующей живой природы, включая и человека. В ходе эволюции возникают новые виды организмов, а затем эти организмы адаптируются, т. е. приспосабливаются к среде обитания, к изменениям условий внешней среды. В результате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых существ: они усложняются и совершенствуются. По нашим человеческим понятиям творческая деятельность эволюции протекала и протекает очень медленно. Но все познается в сравнении. По космическим измерениям жизнь каждого из нас — это даже не миллисекунды. И если посчитать в таком масштабе, то автор довольно плодовит. И он может радоваться результату своего творчества — переиздание Энциклопедии человека происходит постоянно на протяжении многих сотен веков, причем гигантскими тиражами.
В 1739 шведский естествоиспытатель Карл Линней в своей Системе природы (Systema Naturale) впервые классифицировал человека — Homo sapiens, человек разумный — как одного из приматов. Лишь через 120 лет после этого появилась книга Чарльза Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в которой он обосновал вывод о том, что нашими прямыми предками являются высокоразвитые человекообразные обезьяны. Он писал: «существует чрезвычайно близкое сходство в общем строении тела, микроскопическом устройстве тканей, химическом составе и конституции между человеком и высшими животными, в особенности человекообразными обезьянами».
Психологически было сложно согласиться с такой родословной человека. Еще при жизни Дарвина одна возмущенная девушка спросила его, правда ли, что и она произошла от обезьяны. Ученому пришлось элегантно отшучиваться: «Конечно. Но… от очаровательной обезьяны». Споры и раздоры по этому вопросу продолжаются даже до сих пор. Хотя научная общественность в целом приняла положение Дарвина как истину, до сих пор, по данным некоторых опросов, четверо из десяти американцев считают маловероятным, что человек произошел от обезьяны. В России подобные опросы пока не производились.
