Логотип журнала "Провизор"








Много шума вокруг двух генов

«Гены очеловечивания», «Эволюция человеческого продолжается»… Подобного рода заголовками запестрели СМИ после серии публикаций группы американских исследователей во главе с доктором Ланом. Да и в ученом мире публикации не прошли незамеченными. Почему? В двух словах не скажешь — история хоть и короткая, но очень насыщенная различного рода генетическими изысканиями. А началась эта история с первичной (или простой) микроцефалии.

Вернее, с идентификации двух генов — ASPM-гена (от abnormal spindle-like microchephaly associated) и гена микроцефалина, мутации в которых приводят к развитию двух клинически неразличимых форм этой самой микроцефалии. Обе формы характеризуются отсутствием каких-либо неврологических нарушений, резким — до 400 см3 — уменьшением объема мозга и снижением интеллектуальных способностей.

Позже наблюдаемое уменьшение мозга исследователи расценили как «возвращение» индивида, страдающего первичной микроцефалией, на более низкую эволюционную ступень — ступень гоминидов, далеких предков Homo sapiens. Мало того, они выдвинули гипотезу о возможном участии обоих генов в увеличении мозга в процессе эволюции. На первый взгляд, предположение кажется маловероятным. При ближайшем рассмотрении — вполне логичным. Во-первых, потому что в период внутриутробного развития белковые продукты нормальных вариантов обоих генов, как выяснилось, активно способствуют нейрогенезу. Тогда как дефектные протеины, кодируемые мутантными генами, имеют свойство блокировать развитие мозга плода. (Напомню, что онтогенез — это филогенез в миниатюре.) Во-вторых, к тому времени уже было доказано, что нормальные варианты человеческого ASPM-гена в отличие от нормальных вариантов того же гена у шимпанзе и горилл, содержат достаточно много наследственно закрепленных изменений. Последнее обстоятельство, по выражению генетиков, указывало на то, что человеческий ASPM-ген находился под сильным эволюционным давлением и косвенно свидетельствовало о том, что этот ген обеспечивал некие эволюционные преимущества или, проще говоря, улучшал адаптацию организма к окружающему миру.* Правда, в чем именно проявлялась лучшая приспособляемость, оставалось не совсем понятным по причине недостаточной изученности функций продуктов ASPM-гена и гена микроцефалина. Достоверно было известно лишь то, что в состав белков входят так называемые ВCRT-домены, участвующие во взаимодействиях белка с белком и ДНК с белком. Но поскольку аналогичные домены обычно присутствуют в белках, контролирующих клеточные циклы и репарацию ДНК, можно было предположить, что функции обоих белков — микроцефалина и белка, кодируемого ASPM-геном, — заключаются в регуляции клеточного цикла и апоптоза в процессе нейрогенеза. Если это действительно так, то эволюционно закрепленные мутантные гены, точнее, продукты этих генов с измененной аминокислотной последовательностью, могут менять скорость клеточного деления и/или дифференцировку клеток в процессе нейрогенеза, что, в свою очередь, может привести к изменению величины и структуры мозга. Однако это только предположение. Насколько верное, станет ясно после детального изучения биохимических функций микроцефалина и ASPM-белка. Пока остается довольствоваться результатами исследований ASPM-гена (исследовался и ранее, но не так глубоко) и гена микроцефалина (ранее вообще не исследовался), проведенных группой американских ученых под руководством доктора Лана.

* Генные мутации, возникающие в процессе эволюции, могут быть нейтральными, положительными и отрицательными. Нейтральные мутации либо вообще не отражаются на аминокислотной последовательности белкового продукта, либо влияют на нее крайне слабо. Такие мутации эволюция как бы «не замечает», чего нельзя сказать о положительных и отрицательных мутациях. И на те, и на другие, эволюция оказывает давление, закрепляя положительные мутации, вызывающие «полезные» — способствующие лучшей адаптации организма — изменения аминокислотного состава белковых продуктов, и вытесняя отрицательные, вызывающие «вредные» — ухудшающие приспособляемость организма — изменения в составе белков. (По выражению генетиков, в первом случае действует положительный отбор, во втором — отрицательный.) Это в теории. На практике, чтобы определить принадлежность тех или иных мутаций к одной из трех категорий, нужно оценить средний темп их накопления (к примеру, за время, прошедшее после расхождения человеческой и обезьяньей эволюционных ветвей) и сравнить полученную величину с расчетным (т. е. ожидаемым) числом мутаций (за тот же промежуток времени). Если обе величины совпадут, то мутации нейтральные. Если реальное число мутаций окажется ниже ожидаемого, то мутации отрицательные. Если же реальный темп накопления мутаций превысит ожидаемый, то мутации положительные.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что оба гена эволюционируют гораздо быстрее на эволюционной ветви приматов, ведущей напрямую к человеку в сравнении с другими ветвями приматов, и особенно млекопитающих, не относящихся к приматам. (В ходе исследования были проанализированы ASPM-гены и гены микроцефалина грызунов, плотоядных млекопитающих, низших позвоночных, мартышек, макак, гиббонов, орангутангов, горилл, шимпанзе и людей — африканцев, азиатов и европейцев.)

Во-вторых, исследователи пришли к выводу, что оба гена на большом эволюционном интервале, начиная с простейших приматов и заканчивая человеком, «являлись объектами положительного отбора». Разница лишь в том, что ускорение темпа накопления «полезных» мутаций в ASPM-гене началось 5–7 млн. лет назад (тогда, как считается, появился прародитель современного человека — австралопитек), а в гене микроцефалина это произошло на более раннем эволюционном интервале, начиная с обезьяноподобного предка и заканчивая общим прародителем шимпанзе и человека. Причем ASPM-ген мутировал с завидной регулярностью, каждые 300–400 тыс. лет, что коррелирует с увеличением мозга: за последние 5–7 млн. лет средний объем мозга увеличился в 3–4 раза. В гене микроцефалина мутации тоже появлялись регулярно, только реже — каждые 600–700 тыс. лет.

Но самое интересное, что одновременно с положительным отбором на оба гена действовал еще и очистительный отбор — на это указывали обнаруженные в обоих генах стабильные (со времени последнего мутирования) участки. Последнее обстоятельство исследователи расценили как подтверждение того, что положительная селекция направлена на развитие каких-то, пока неизвестных, функций мозга.

Все обнаруженные эффекты авторы исследований интерпретировали как доказательство гипотезы об участии ASPM-гена и гена микроцефалина в эволюционном развитии мозга. Более того, они предположили, что примерно таким же образом должны вести себя и другие гены, связанные с микроцефалией. По имеющимся данным, первичную микроцефалию могут вызвать мутантные варианты еще четырех генов, но на сегодняшний день они совершенно не изучены. Изучение этих потенциальных участников эволюции мозга ученые отложили на будущее. Сами же занялись изучением полиморфизма ASPM-гена и гена микроцефалина. Точнее, распространенности различных вариантов участков генов, мутации в которых приводят к развитию микроцефалии.

С помощью экспериментальных моделей им удалось показать, что мутация в гене микроцефалина, вызывающая замену аспартата на гистидин в 314 положении, появившись относительно недавно, около 37 тыс. лет назад (когда появились первые образцы примитивного искусства), очень быстро распространилась. Кроме того, они обнаружили, что упомянутая выше мутация (или, как ее называют генетики, аллель С), крайне редко встречается у африканцев, живущих к югу от Сахары, т. е. на прародине современного человечества. К примеру, у пигмеев Мбути частота мутации составляет всего 3,3% (n=15)*. И в то же время ее носителями являются 70% европейцев и жителей Восточной Азии. Это в среднем. Например, у монголов частота аллеля С составляет 100% (n=10), у якутов — 98% (n=25), у славян — 79,2% (n=24) и у адыгейцев — 63,3% (n=15).

*В скобках указан объем выборки.

Следуя той же логике, ученые изучили и мутантный вариант ASPM-гена, так называемый аллель G.

По их расчетам, появился он позже аллеля С гена микроцефалина, примерно 5800 лет назад (когда зародилась письменность и образовались города), и столь же быстро, как и аллель С, распространился по миру. В Южной Африке и Южной Америке частота встречаемости аллеля G варьирует от 0 до 10%. В Новой Гвинее и Пакистане частота аллеля G достигает максимальной величины, т. е. 59–60%. Что касается функции мутантного варианта ASPM-гена, то она, как и функция аллеля С гена микроцефалина, до сих пор остается неизвестной.

Тем не менее, выявленную тенденцию распространения мутантных вариантов обоих генов исследователи объяснили положительным отбором в отношении неких мозговых функций. Полученные результаты истолковали как свидетельство в пользу продолжающейся эволюции мозга. Вывод исследователей, мягко говоря, несколько отличается от общепринятых представлений об эволюции человека, согласно которым резкие изменения в геноме (в вертикальном направлении) закончились около 50 тыс. лет назад и с тех пор геном, сохраняя стабильность, изменяется исключительно «по горизонтали», за счет увеличения или уменьшения частот определенных аллелей генов. Однако доктор Лан уверен, что через несколько тысяч лет объем мозга еще увеличится, «человек станет гораздо более адекватным быстроменяющемуся окружающему миру». Он считает, что скорее всего это произойдет за счет увеличения числа нейронов в коре головного мозга, особенно в участке, отвечающем за анализ зрительной информации. По мнению оппонентов доктора Лана, естественный отбор мог «закрепить» мутантные варианты пресловутых генов, чтобы сделать человека устойчивым к какому-нибудь заболеванию. Тем более, что примеров такого рода много, правда, связанных с другими генами.

Надо заметить, что это не единственное нарекание противников гипотезы Лана.

Его упрекают в том, что не выявлена связь между мутантными вариантами ASPM-гена и гена микроцефалина хотя бы с одной структурной или функциональной характеристикой мозга; в недостоверности полученных результатов по причине малых объемов частных выборок (от 7 до 44 человек в той или иной популяции) и… в расизме: на взгляд оппонентов, говоря о распространенности мутантных вариантов генов, авторы намекают на недостаточную приспособленность африканцев к умственной деятельности. Тогда как сам доктор Лан делает акцент на том, что «было бы некорректно интерпретировать полученные данные как свидетельство большей «эволюционности» одной этнической группы в сравнении с другой; любые различия между группами слабее различий в том же интеллекте внутри каждой группы». По его мнению, помимо ASPM-гена и гена микроцефалина на величину мозга и его развитие, по-видимому, влияет множество других генов, и вполне возможно, что их естественный отбор осуществляется по более сложной схеме, чем в случае ASPM-гена и гена микроцефалина. Чтобы выяснить, действительно ли это так, нужны дополнительные исследования.

К слову сказать, высказывание Брюса Лана о межгрупповых и внутригрупповых различиях в равной мере можно отнести и к величине мозга.

Судя по данным, полученным на репрезентативных выборках, в среднем мозг женщины на 130 г меньше мозга мужчины. Кроме гендерных, также были выявлены расовые и национальные различия. Так, у афроамериканцев мозг в среднем весит 1223 г — ровно на 100 г меньше, чем у белых американцев. Обладателями самого легкого мозга (весом 1185 г) являются австралоиды, а самого тяжелого (весом 1375 г) — европеоиды. Но при этом у англичан (опять-таки в среднем) мозг весит 1346 г, у французов — 1280 г, а у немцев — целых 1425 г. У русских мозг меньше, чем у немцев, но незначительно, всего на 26 г. (Притом, что вследствие удара головой мозг человека уменьшается на 30 г.) Столь же незначительно различие в весе мозга русских и корейцев. У корейцев он весит 1376 г, а у японцев несколько меньше — 1313 г.

Но самое любопытное, что индивидуальные различия значительно превышают внутригрупповые — будь то внутригендерные, внутрирасовые или внутринациональные.

«Этим человек и отличается от животного. У лошади вес мозга 250–300 граммов, и нет таких лошадей, у которых бы он достиг 400 граммов. А у людей такое бывает. У Кромвеля мозг больше 2000 граммов, у Франса — 1017, всего лишь в два раза больше, чем у гориллы», — заметил в одном из интервью руководитель отдела эмбриологии НИИ морфологии человека Российской Академии медицинских наук, профессор Савельев.

Кстати, в начале прошлого века ученые полагали, что существом мыслящим человек стал благодаря большому мозгу. И еще они считали, что чем больше мозг человека, тем выше его интеллект.

Первая часть концепции нашла экспериментальное подтверждение. (Главное — правильно проводить сравнение. К примеру, у слона вес мозга больше, чем у человека. Но по абсолютной величине. По относительной, т.е. по отношению к весу тела, слон несомненно уступает человеку.) Вторая часть концепции о корреляции величины мозга с уровнем интеллекта поначалу тоже вроде бы оправдывалась. Потом оказалось, что отнюдь не все выдающиеся люди имели большой головной мозг. Некоторые из них имели небольшой мозг (как, к примеру, писатель Анатоль Франс). Некоторые — совсем маленький, меньше килограмма (как, к примеру, химик Юстус Либих). Обладателем же самого тяжелого мозга, весом 2850, оказался пациент психиатрической лечебницы, страдавший идиотизмом.

Со временем ученые пришли к заключению, что мыслительные способности зависят не столько от величины мозга, сколько от числа связей между нейронами. Сегодня некоторые исследователи склоняются к мысли, что наличие (или отсутствие) тех или иных способностей определяется наличием (или отсутствием) в мозге неких структур.

Мало того, по утверждению доктора Миллера, в правой височной зоне находится особая зона — «блок гениальности», с «отключением» которой резко возрастают творческие способности.

И здесь возникает вопрос: а нужен ли вообще большой мозг? Ведь если вспомнить, как «дорого» он обходится человеку («отдыхающий» мозг потребляет 9% всей энергии и 20% кислорода, «думающий» — потребляет около 25% поступающих в организм питательных веществ и примерно 33% необходимого организму кислорода), получается, что мыслить не очень-то и выгодно. Но дело в том, что как в животном мире, так и мире людей помимо экономии энергии для выживания очень важен еще один фактор — время реакции.

По образному выражению профессора Савельева, большой мозг «нужен как большой компьютер, который можно включать тогда, когда необходимо резко ускорить решение сложных задач, требующих огромного напряжения и быстрой реакции». Другими словами, «люди с большой массой мозга обладают большей способностью к вариативности». (Главное — разбудить эту способность, поскольку обладатели большого мозга, судя по всему, большие лентяи.)

Однако в отличие от Брюса Лана, Сергей Савельев считает невозможной дальнейшую эволюцию мозга, поскольку у современного человека «просто нет целей, ради которых его мыслительный аппарат должен был бы эволюционировать». Не говоря уже о том, что с точки зрения организма дальнейшее увеличение мозга крайне невыгодно энергетически.

Первый аргумент профессора Савельева доктор Лан не комментирует. Второй парирует тем, что «проблемы добыть себе побольше калорий сегодня не существует, и поэтому даже большой мозг может обеспечить себя в нужной мере».

Литература

  1. Patrick D. Evans, Sandra L. Gilbert, Nitzan Mekel-Bobrov et al. // Microcephalin, a Gene Regulating Brain Size, Continues to Evolve Adaptively in Humans. Science v. 309, 9 September 2005.
  2. Nitzan Mekel-Bobrov, Sandra L. Gilbert, Patrick D. Evans et al. Ongoing Adaptive Evolution of ASPM, a Brain Size Determinant in Homo sapiens. Science v. 309, 9 September 2005.
  3. Patrick D. Evans1,2, Jeffrey R. Anderson1, Eric J. Vallender1,2, Sun Shim Choi1 and Bruce T. Lahn Reconstructing the evolutionary history of microcephalin, a gene controlling human brain size // Human Molecular Genetics, 2004, Vol. 13, No. 11.




© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика