Мы отбираем, нас отбирают, или Новые шажки естественного отбора – Кровь5

Любовь Царева

Мы отбираем, нас отбирают, или Новые шажки естественного отбора

Суд Париса. Питер Пауль Рубенс

Долгое время считалось, что естественный отбор отошел от человеческих дел примерно 50 тысяч лет назад, после исхода людей из Африки. Однако сейчас ученые склоняются к иной точке зрения: отбор не остановился, он продолжает работать, просто на фоне нашей сверхскоростной реальности плоды его трудов не так заметны. А донорство костного мозга помогает иногда компенсировать издержки производства этого самого отбора.

С точки зрения эволюции 50 тысяч лет — это недавно. Чтобы произошли заметные изменения, ей нужно больше времени. Тогда один мощный и более успешный ген успевает вытеснить конкурентов. Однако незаметные невооруженным взглядом генетические изменения происходят в человеческой популяции постоянно. Так мы адаптируемся к меняющейся внешней среде.

Отбор против малярии

Болезни и паразиты — вот источники главных угроз для крупных животных. И человек тут не исключение. А одна из самых неприятных болезней — малярия. Причем люди сами открыли этот ящик Пандоры, занявшись земледелием.

Вот что пишет об этом известный популяризатор науки Николас Уэйд: «Хотя возбудитель малярии — организм весьма древний, сама малярия стала распространяться среди людей, как считается, только в последние 10 тысяч лет, а возможно, лишь в последние 5 тысяч лет, когда в Западной Африке распространилась система подсечно-огневого земледелия. Согретые солнцем лужи на просеках — идеальное место для размножения комаров, переносчиков малярийного плазмодия».

По словам Уэйда, столкнувшись с такой опасностью, как малярийный комар, естественный отбор, конечно, закрепил бы любые мутации, которые бы позволили эту опасность снизить.

Комар. Амедео Терци

И вот перед нами побочный эффект одного из способов защиты от малярии — серповидноклеточная анемия, тяжелая болезнь крови, распространенная как раз там, где особо зверствует малярия: в Африке, Индии, в Малой Азии.

Серповидноклеточная анемия связана с нарушением строения белка гемоглобина. Эту его форму назвали «гемоглобин S». Эритроциты, несущие гемоглобин S вместо нормального гемоглобина А, во-первых, хуже переносят кислород, а во-вторых, быстрее разрушаются. Поэтому больные страдают от недостатка кислорода, а хрупкие эритроциты постоянно закупоривают мелкие сосуды, что приводит к множеству проблем с легкими, конечностями, вплоть до инсульта и почечной недостаточности. При некоторых формах серповидноклеточной анемии единственным лечением становится неродственная пересадка костного мозга.

Почему же естественный отбор закрепил такую жуткую болезнь? Все просто: она возникает только при наличии у человека обеих копий мутантного гена. А если копия одна, то человек не ощущает никаких неприятных последствий, зато защищен от малярии. Соответственно, если и у папы, и у мамы по одной копии такого гена, то только каждый четвертый их ребенок рискует заболеть анемией, зато каждый второй получит защиту от малярии. В общем, тут простая арифметика.

А теперь немножко науки для тех, кто хочет понять, как гемоглобин S помогает защититься от малярии. Механизм этот подробно описан. Малярийный паразит, как известно, размножается как раз в эритроцитах и использует клеточный цитоскелет, перемонтируя его под свои нужды. Из элементов белкового скелета клетки (их называют филаментами), протянутых под мембраной, плазмодий конструирует транспортную систему, с помощью которой отправляет наружу собственный белок — адгезин. Этот адгезин, переброшенный на наружную сторону мембраны эритроцитов, делает клетки крови липкими. Эритроциты слипаются и оседают на стенках сосудов. Это позволяет паразиту на очередном этапе жизненного цикла выйти из кровотока. Процесс сопровождается множественными микрососудистыми воспалениями, характерными для малярии.

Гемоглобин S, вызывающий серповидноклеточную анемию, препятствует использованию актинового цитоскелета малярийным паразитом. Несмотря на все усилия плазмодия, актиновый «мост», необходимый для транспорта наружу адгезина, создать не получается. При постройке актинового «моста» паразит делает из коротких актиновых филаментов длинные, и вот как раз эта дополнительная полимеризация актина невозможна в клетках с мутантным гемоглобином.

По замечанию другого популяризатора науки, Мэтта Ридли, это лишь вершина айсберга, самый яркий пример, тогда как учеными в разное время описана еще дюжина генов, мутации в которых закрепились под влиянием малярийного плазмодия.

Оспа против СПИДа

Пятая чума Египта. Уильям Тёрнер

За историю существования человека отбор не раз предлагал свой ответ на угрозу того или иного заболевания. Так, мутацию в гене рецептора витамина D ученые связывают с повышением устойчивости к туберкулезу, а заодно и появлением предрасположенности к остеопорозу.

А мутация в гене, которая вызывает такую страшную болезнь, как муковисцидоз, защищает от сальмонеллезов, в частности от брюшного тифа, который свирепствовал в Средние века.

Муковисцидоз — страшное заболевание, оно поражает легкие и кишечник и возникает, если в обеих хромосомах поврежден ген CFTR. Если же поврежден только один ген, то к заболеванию это не ведет и к тому же предохраняет от кишечных инфекций.

Все потому, что бактерии Salmonella распознают на поверхности клеток кишечника белок, кодируемый геном CFTR, и используют его для проникновения внутрь клеток. Если половина этих белков в случае мутации будет повреждена, бактерии будет не к чему прицепиться.

Но еще интереснее история гена ССR5, точнее его мутации со сложным названием «дельта-32», которая сформировалась 1,3 тысячи лет назад у жителей Северной Европы. Аллель ССR5-дельта-32 есть у 14% шведов и 5% средиземноморских народов, а у неевропейцев его нет вообще. Эксперты связывают ее появление со страшной болезнью, но уже не в Африке, а в Европе.

Самое примечательное, что ССR5-дельта-32 дает защиту от СПИДа. В 2007 году больному лейкозом Тимоти Брауну пересадили донорский костный мозг с мутацией ССR5-дельта-32. В результате Браун стал первым в мире пациентом, полностью вылечившимся от СПИДа. Долгое время, правда, Браун оставался единственным примером, его называли «берлинским пациентом». Однако в 2019-м появилось сообщение о «лондонском», потом «дюссельдорфском» и «сан-паульском» пациентах. Сам же Браун, к сожалению, скончался в 2020-м от рецидива лейкоза.

Чаще всего частицы ВИЧ проникают в лимфоциты человека через поверхностный рецептор CCR5. Соответственно, люди, у которых он поврежден, меньше рискуют заболеть, а иногда полностью устойчивы к ВИЧ. Но какая же болезнь создала эту мутацию, способствующую такой устойчивости?

Сначала ученые предположили, что модификацию запустил чумной мор, продолжавшийся с 1346 по 1352 год, который уничтожил от 25 до 40% населения Европы, а потом унес еще 15–20% жителей в 1665–1666 годы. Однако последнее время побеждает версия, согласно которой механизмом отбора стала оспа. За более долгий промежуток времени она убила больше народа, хотя апокалипсиса в моменте и не устраивала.

Этот туз в рукаве, вероятно, тоже имеет свои побочные эффекты.

Так, ученые из Калифорнийского университета в Беркли проанализировали данные о смерти более 400 человек и пришли к выводу, что хотя этот ген и снижает риск смерти от СПИДа или оспы, зато повышает риск смерти по любой другой причине.

Например, от гриппа. Несмотря на то что исследователи не стали делать однозначные выводы, они выяснили, что шанс умереть к 76 годам для людей с подобной мутацией оказался на 20% выше, чем у остальных. Но кого интересовала эта повышенная вероятность умереть аж после 76 лет в Средневековой Европе?

«Молочный» ген для новой диеты

Молочница. Ян Вермеер

Еще один пример человеческой эволюции — это появление гена, отвечающего за переносимость лактозы, то есть способность переваривать молоко не только в младенческом возрасте. Считается, что он появился около 6 тысяч лет назад среди скотоводов Северной Европы (шведов и голландцев), а позже — у скотоводов Африки и Ближнего Востока. Его возникновение связано с переходом к оседлости.

Ген, который производит расщепляющий лактозу фермент — лактазу, включается перед рождением и выключается, когда человек перестает питаться материнским молоком.

Однако у жителей Северной Европы и африканских и бедуинских племен, пьющих молоко с кровью и без нее на завтрак, обед и ужин, ген лактазы остается активным до наступления зрелого возраста, а у кого-то и всю жизнь.

Анализ генома европейцев бронзового века показал, что 3–4 тысячи лет назад этой сверхспособности у них еще почти не было. Причем генные мутации сформировались автономно у африканских, европейских и ближневосточных скотоводов, поэтому отличаются, несмотря на то что дают один и тот же эффект.

Вероятно, у этих народов способность расщеплять лактозу давала настолько важное эволюционное преимущество, что данная генетическая мутация получила широкое распространение.

Эх, теряем нюх!

Аллегория обоняния. Николас Мас

Наши предки чуяли чужака за версту, а мы не всякую кучу под носом заметим… Раз поговорили о том, что нам дал естественный отбор, упомянем и о том, что он забрал.

Примерно 15 тысяч лет назад люди начали переходить к оседлому образу жизни и отходить от жизни охотников и собирателей. В результате у них отпала необходимость в двух важных группах генов: обонятельных и тех, которые помогали печени обезвреживать природные токсины, которыми растения защищаются от поедания.

«С тех пор как люди стали жить оседло и сами выращивать себе еду, они больше не зависели от умения чуять, насколько зрелы плоды или какие из растений можно есть. Согласно эволюционному принципу „пользуйся-или-откажись“, у людей более 60% обонятельных генов сегодня неактивны», — сетует Уэйд.

Группа ученых из лейпцигского Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка обнаружила, что этот процесс продолжается. И не исключено, что через несколько тысяч лет парфюмерам придется искать другую работу.

Кроме того, как мы уже сказали, человек также утрачивает и те гены, которые помогают связывать натуральные растительные яды. Ферменты, которые кодируются этими генами, больше не используются по назначению, но все еще полезны. Есть версия, что теперь они помогают расщеплять лекарства.

Итак, эволюция продолжается. Чтобы человеческий геном заметно изменился, должно быть существенное давление извне вроде эпидемии, причем фактор должен действовать несколько поколений. Тогда люди, которые лучше других приспособились к нему, будут рожать больше детей. Впрочем, такие изменения, как усвоение лактозы или, наоборот, атрофия нюха за ненадобностью, свидетельствуют о том, что фактором может быть не только болезнь: геном реагирует и на изменение образа жизни, окружающей среды. Так что еще несколько поколений, и, возможно, наши праправнуки приспособятся к безумному ритму, который все еще повергает в шок среднестатистического жителя мегаполиса, такого современного снаружи и такого древнего внутри.

В дополнение по теме: Кровь5 недавно рассказывала про самые интересные открытия генетиков о древнем человеке.


Стать донором Помочь донорам
Читайте также