Главные открытия года о происхождении человека и эволюции

10 главных открытий года о происхождении человека и эволюции. Александр Марков — о деградации человека, природе сна и предках домашних кошек

26 декабря 2017
ИЗДАНИЕ

В эволюционной биологии происходит много открытий: бурно развивающаяся палеогенетика уточняет наши представления о происхождении видов, а секвенирование генов современных людей позволило доказать, что сейчас идет отрицательный отбор по генам. Заведующий кафедрой биологической эволюции в МГУ, автор научно-популярного бестселлера "Эволюция человека" Александр Марков рассказал Republic о самых важных исследованиях 2017 года в этой сфере.

1. 80% мутаций ребенок получает от отца

В связи с быстрым развитием и удешевлением методов секвенирования у ученых появилась возможность проводить исследования, основанные на сотнях, даже тысячах полных геномов людей; изучать мутагенез человека, сравнивая полные геномы родителей и их потомков. Обычно учеными берутся тройки – мама, папа и их ребенок. При изучении их геномов становится ясно, какие новые мутации возникли у потомства.

В ходе беспрецедентного по масштабу исследования, проведенного в Исландии, ученые проанализировали более 1500 троек и уточнили темп появления мутаций у новорожденных. Оказалось, что каждый новорожденный получает в среднем 70 новых мутаций, которых не было у родителей. Из них 80% приносит сперматозоид, и только 20% – яйцеклетка. То есть большую часть своего мутационного груза ребенок получает от отца. При этом подтвердилась зависимость числа новых мутаций от возраста отца: каждый год его жизни прибавляет потомству в среднем 1,5 мутации. Большинство новых мутаций нейтральные, но в целом они скорее вредят умственному и физическому здоровью.

Ранее считалось, что возраст матери в этом плане вообще не важен. Это связано с тем, что клетки – предшественники сперматозоидов постоянно делятся, а яйцеклетки окончательно формируются на внутриутробной стадии развития. Однако оказалось, что мутации в яйцеклетках также накапливаются с возрастом, так как ДНК повреждается не только при клеточном делении, но и при длительном хранении. Ученые выяснили, что каждый год жизни матери обходится потомству в 0,37 дополнительной мутации.

2. Образованные люди хуже размножаются

Появились неопровержимые генетические доказательства того, что в современном обществе идет отрицательный отбор по генам, которые способствуют высокому уровню образования и интеллекта и даже хорошему физическому здоровью. Этот вывод был сделан в результате еще одного масштабного исследования в Исландии – в нем приняли участие 110 тысяч жителей страны.

Эволюция современного человечества направлена в сторону генетической деградации, которая пока компенсируется социально-культурным развитием. Отрицательный отбор по "генам образования" шел весь XX век. Трудно говорить, происходило ли это раньше. Однако есть данные, что примерно до середины XIX века больше детей в среднем, как правило, имели люди с высоким экономическим, социальным, образовательным статусом. Ситуация изменилась во второй половине XIX века. При этом мы не можем уверенно утверждать, что у людей с высоким статусом раньше, когда общество было более стратифицированным, были лучшие гены, чем у людей с низким статусом. Про XX век мы это знаем наверняка.

Если так пойдет и дальше, средний балл IQ в популяции будет снижаться на три балла за столетие. Вроде бы немного, но если тенденция растянется на тысячу лет, то это уже минус 30 баллов – катастрофическое отупление и развал цивилизации.

3. Выяснена природа сна

Почему все животные, имеющие нервную систему, вынуждены значительную часть жизни проводить в неэффективном и уязвимом состоянии? Зачем вообще нужен сон? На этот счет есть огромное количество теорий и гипотез. Новейшие исследования убедительно подтверждают теорию синаптического гомеостаза.

Согласно теории, во время бодрствования мы усваиваем новый опыт за счет усиления синаптической проводимости. Но проводимость не может расти бесконечно, поэтому понадобился сон – отключение животного на достаточно долгое время, когда информация от рецепторов не поступает. Нервная система должна регулярно переходить в режим "офлайн", это позволяет избирательно ослабить перевозбужденные синапсы, аккуратно отделяя при этом важную информацию от неважной. Таким образом, мы приблизились к пониманию эволюционной и физиологической природы сна.

4. Естественный отбор у вьюрков

Cупруги Розмари и Питер Грант с 1973 по 2012 год проводили по шесть месяцев в году на островах Галапагосского архипелага, наблюдая за вьюрками – фактически за тем, как работает естественный отбор в реальном времени. Ими получена масса данных, которые уже попали во все учебники. Последнее на сегодня исследование было опубликовано в ноябре журналом Science.

Родоначальниками нового вида стали две самки из местной популяции среднего земляного вьюрка и залетный самец большого кактусового земляного вьюрка с острова Эспаньола, расположенного в 100 км к юго-востоку. Все их потомство скрещивалось только друг с другом. У этих вьюрков быстро сформировались своя песня и пропорции клювов, что говорит о том, что они заняли определенную экологическую нишу, аккуратно вписавшись в ряды уже имеющихся вьюрков. По большинству формальных критериев они заслуживают выделения в отдельный вид, который процветает, несмотря на инбридинг. Очень красивое исследование видообразования в реальном времени.

5. Эволюция непредсказуема

Долгосрочный эксперимент на бактериях E.coli американского биолога Ричарда Ленски был поставлен, чтобы в лабораторных условиях понаблюдать за эволюционными процессами – мутациями и отбором. Эксперимент считается одним из крупнейших в истории: последние 30 лет ученые пристально следят за эволюцией более 68 тысяч поколений E.coli – это примерно равно наблюдениям за ходом человеческой эволюции в течение миллиона лет.

Ученые ожидали, что, скорее всего, в таких условиях бактерии быстро приспособятся,и наступит стазис – неопределенно долгое стабильное существование в оптимальном состоянии. Оказалось, все гораздо сложнее и интереснее: по крайней мере в 9 из 12 популяций произошла удивительная вещь – экологическая диверсификация. То есть бактерии в этих простейших условиях ухитрились как-то поделить экологические ниши, использовать ресурсы друг друга и сосуществовать в одной колбе. Из монокультуры само собой сформировалось многовидовое сообщество – потрясающий неожиданный результат, показывающий, что эволюция гораздо более интересный и не такой предсказуемый процесс, как мы думали раньше.

6. Найдены предки эукариот

В 2015 году учеными были открыты локиархеи – неизвестная ранее группа архей, близкая к эукариотам. Затем был обнаружен надтип, который был назван "асгард". В эту группу, помимо описанных ранее локиархей и торархей, вошли два новых типа: одинархеи и хеймдалльархеи (скандинавская мифология, как видите, играет не последнюю роль в биологии).

Интересны асгардархеи тем, что фактически оказались недостающим звеном между прокариотами и эукариотами. Проблема происхождения эукариот всегда оставалась одной из самых трудных в эволюционной биологии, ведь эукариотическая клетка гораздо сложнее по своему строению, чем прокариотическая. Асгардархеи восполняют эту брешь. Выяснилось, что в геномах асгардархей закодировано множество белков, ранее считавшихся характерными только для эукариот.

К сожалению, никто пока не видел асгардархей под микроскопом, но геномные данные указывают на более сложную организацию их клеток по сравнению с обычными прокариотами. У них явно есть сложный цитоскелет, они умеют из своей клеточной мембраны делать пузырьки и в них транспортировать вещества по клетке – это, как считалось ранее, также присуще только эукариотам. Это открытие в целом подтвердило, что эукариоты произошли от архей. Пропасть между прокариотической и эукариотической клетками после этого открытия уже не выглядит непреодолимой. Это очень большой шаг вперед в понимании эволюции жизни на Земле.

7. Охотники верхнего палеолита избегали инцеста

В 2017 году продолжается бурное развитие палеогенетики. Были обнародованы результаты секвенирования полных геномов четырех индивидов, живших около 34 тысяч лет назад в Сунгире – стоянке древнего человека на территории Владимирской области. Выяснилось, что эти люди принадлежали к довольно крупной популяции (200–500 человек), при этом не состояли в близком родстве. Таким образом, уже тогда, в верхнем палеолите, люди существовали не крошечными разрозненными группками, где все были друг другу родственниками, а большим племенем. Группы охотников на мамонтов были компактными, их члены общались между собой, переходили из группы в группу, избегали инцеста, у них была сложная социальная организация. То есть социальная структура и репродуктивное поведение сунгирцев были примерно такими же, как у современных охотников-собирателей.

8. Новый вид примитивных людей

Недавно в пещере Райзинг-Стар (ЮАР) были найдены кости неизвестного ранее вида примитивных людей, получившего название Homo naledi. Если бы эволюция шла линейно, можно было бы предположить, что возраст этих находок примерно такой же, как у обезьяноподобных Homo habilis, – 1,5–2 млн лет. Возраст Homo naledi долгое время не удавалось установить, а когда ученые смогли это сделать, они были весьма удивлены: эти люди жили на Земле всего 330–230 тысяч лет назад, одновременно с гораздо более продвинутыми представителями человеческого рода (ранние неандертальцы, ранние представители сапиентной эволюционной линии). Находка дополняет общую картину эволюции: она шла неравномерно. Это не революция в науке, но интересная деталь, уточняющая наше представление об антропогенезе.

9. Эволюция начинается с лица

Палеолитическое местонахождение Джебель-Ирхуд (Марокко) было открыто еще в 60-х, там были обнаружены кости людей, и только сейчас удалось наконец определить их возраст. Он неожиданно оказался очень большим: примерно 315 тысяч лет. Таким образом, людей из Джебель Ирхуд можно считать ранними представителями сапиентной эволюционной линии. По находкам становится ясно, что эволюционные изменения сначала затрагивали лицевой отдел, а уже потом менялась форма черепной коробки. Кроме того, датировка находок показывает, что процесс становления нашего вида не был ограничен только Восточной Африкой, как многие до сих пор думали, но охватывал более обширные территории, включая северо-запад Африки.

10. Происхождение домашних кошек

Известно, что домашняя кошка происходит от дикого кота, у которого очень много подвидов и весьма широкий ареал обитания. Большой международный коллектив генетиков, проанализировав ДНК 352 древних археологических кошек со всего света, уточнил, от какого именно подвида дикого кота. Как выяснилось, от африканского степного кота, который обитает в Северной Африке и Юго-Западной Азии. А вот европейский кот, иногда встречающийся в лесах, не внес вклад в генофонд домашней кошки.

Одомашнивание кошек началось еще в неолите и шло параллельно на Ближнем

Востоке и в Египте. Поэтому большинство современных домашних кошек принадлежит либо к египетским, либо к ближневосточным митохондриальным линиям. Впрочем, довольно долго кошек не удавалось приручить по-настоящему. Они уже были союзниками человека, защищая запасы еды от грызунов, но оставались дикими и агрессивными. Перелом произошел в античный период, по-видимому, в Египте, возможно, в первом тысячелетии до нашей эры. По всей видимости, древние египтяне достигли неожиданного успеха в одомашнивании кошек и вывели породу, которая стала очень популярной. Примерно в это время домашние кошки впервые появляются в древнеегипетской живописи: животное традиционно изображали под стулом, на котором сидит женщина.

Широкое расселение домашних кошек по Старому Свету началось в античный период и ускорилось в Средние века. При этом изначально люди отбирали кошек только по поведенческим признакам, а гены, влияющие на внешний вид, стали подвергаться отбору лишь в последние несколько веков. Исходный вариант окраски домашней кошки был как у африканского степного кота – ненавязчиво полосатый. Этим кошки радикально отличаются от лошадей, которых стали отбирать по окраске с самого начала одомашнивания.