Митохондрии
В митохондриях подвергаются окислению органические вещества, поступающие в клетку извне. При этом образуются молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), способные накапливать энергию в виде химических связей, такие своеобразные клеточные аккумуляторы. Митохондрии способны самостоятельно синтезировать ряд белков и размножаться путем деления, собственно для этого им и нужна персональная ДНК.
Мутации, возникающие в ДНК митохондрий, могут передаваться только по материнской линии, поскольку передаются они с цитоплазмой, полужидкой внутренней средой клетки, которую содержит яйцеклетка. В сперматозоиде цитоплазмы очень мало, да вдобавок митохондрии у него находятся в шейке, которая в яйцеклетку при оплодотворении не проникает.
Мутации случайны! Они происходят не направленно, а хаотически, так что можно считать эволюцию упорядоченным хаосом – случайные мутации проходят отбор под воздействием внешней среды, нужные мутации сохраняются, а ненужные «отбраковываются». Но внешняя среда может только сортировать мутации! Повысить вероятность возникновения полезных мутаций невозможно.
На этом можно закончить главу, посвященную знакомству с генетикой. В следующей главе мы продолжим разговор о генетике, но уже на более высоком уровне.
В заключение осталось дать ответ на вопрос о том, почему при скрещивании лошади с ослом можно получить потомство, а при скрещивании человека с его ближайшей родственницей шимпанзе – нельзя.
Шимпанзе, если кто не знает, это наши ближайшие родственники среди всех живущих ныне существ. Всего каких-то 7 000 000 лет назад от наших общих предков произошли две ветви – человек и шимпанзе. У нас 46 хромосом, а у шимпанзе – 48, но теоретически это не является препятствием для получения потомства при скрещивании. Лошади, имеющие 64 хромосомы, дают потомство при скрещивании с ослами, у которых хромосом на две меньше, а вот все попытки скрестить человека с шимпанзе оказались бесплодными. А попыток в свое время было много… Одни деятели хотели таким образом подтвердить родство между человеком и шимпанзе, а другие мечтали вывести расу неутомимых работников или послушных солдат, соединив человеческий разум с физической силой шимпанзе. Ничего из этой затеи не вышло, хотя теоретически должно было выйти, ведь геном шимпанзе отличается от человеческого на 6,4 %, иначе говоря, совпадение геномов составляет 93,6 %! Некоторые ученые даже предлагали причислить шимпанзе к роду Homo (Люди). Однако в биологии существует такое понятие, как репродуктивная несовместимость. При всей схожести геномов человека и шимпанзе гибридизация невозможна потому, что за 7 000 000 лет успело накопиться слишком много различий.
ПОСТСКРИПТУМ
Любой признак, который сохраняется в результате естественного отбора, может иметь несколько вариантов приспособительного значения, а также может быть побочным эффектом эволюционного развития других признаков или же просто случайно возникшим.
Приспособление не следует трактовать однобоко, как фактор, повышающий шансы на выживание и размножение данной особи в данной внешней среде. Приспособление может быть не только индивидуальным, но и групповым, то есть может повышать выживаемость всей популяции во внешней среде. Приспособление может повышать шансы особи не только во внешней, но и во внутрипопуляционной среде, в частности – повышать привлекательность особи для половых партнеров. Приспосабливаться можно по-разному.
Глава третья
Митохондриальная Ева и y-хромосомный Адам
А теперь давайте перейдем от теории к практике и посмотрим, какую пользу для изучения и понимания эволюционного процесса может дать генетика. Кстати говоря, эволюцию можно рассматривать как борьбу генов за выживание. У каждого организма существует одна-единственная биологическая цель – оставить как можно больше потомства, то есть – максимально растиражировать свои гены.
ДНК каждого организма уникальна и неповторима. Об этом знают даже люди, абсолютно далекие от генетики и биологии. Криминалисты в современных детективах не столько сравнивают отпечатки пальцев, сколько исследуют ДНК. А предусмотрительные преступники, отправляясь на дело, одеваются как хирурги перед операцией. Раньше им хватало перчаток, а теперь нельзя оставить на месте преступления ни волоса, ни капли крови, ни окурка, смоченного слюной… Жизнь преступников стала тяжелее, жизнь криминалистов стала интереснее, но интереснее всего стало нам, читателям и зрителям. Данные, полученные при анализе чьей-то ДНК, способны повернуть сюжет в совершенно неожиданную сторону или же закрутить его так лихо, что просто голова кругом пойдет…
С современниками и их ДНК все ясно и просто – взяли материал, да исследовали его. Но разве можно исследовать ДНК наших далеких предков и вообще ДНК организмов, умерших много-много лет назад? Ведь молекулы со временем разрушаются и чем больше молекула, тем масштабнее эти разрушения…
Да – молекулы со временем разрушаются, но из любого биологического материала, хотя бы из крохотного обломка кости или волоса, можно выделить ДНК, целые молекулы или их фрагменты. Волосы – это любимый материал генетиков. Они медленно разлагаются, и поэтому ДНК в них хорошо сохраняется. А еще волосы имеют гидрофобную поверхность, что позволяет хорошо отмывать их перед исследованием от грязи, содержащей постороннюю ДНК. «Консервации» ДНК способствуют такие факторы, как низкая влажность окружающей среды, низкие температуры и высокие концентрации некоторых солей. Разумеется, из останков, пролежавших в земле пятьдесят или сто тысяч лет, целых молекул ДНК получить невозможно, можно выделить только фрагменты, но по фрагментам можно достоверно воссоздать целое, у ученых есть такая возможность. А можно и не воссоздавать молекулу целиком, изучать только фрагменты, которые сами по себе дают много ценной информации. При помощи прибора, называемого амплификатором, исследователи могут создать необходимое количество копий исследуемых фрагментов или целых молекул. Часть ДНК обязательно сохраняется в специальных хранилищах, которые называются ДНК-библиотеками. Это делается для того, чтобы иметь материал для сравнения.
Возможности у современных генетиков поистине безграничные. Они даже способны обходиться без останков – ДНК можно получать из осадочных пород! В этих породах много разной ДНК намешано, но есть способы различать ДНК по видовой принадлежности и по возрасту. Можно надеяться на то, что исследование ДНК в осадочных породах рано или поздно позволит создать полную картину развития жизни на нашей планете. Станет точно известно, когда и где кто жил, раскроются все тайны эволюции.
До раскрытия всех тайн пока еще далеко, но и на сегодняшний день генетикам удалось многое сделать. Так, например, полностью воссоздан геном древней лошади, жившей примерно 700 000 лет назад, и, как уже было сказано выше, полностью установлен филогенетический ряд лошади.
Исследование ДНК современного человека и неандертальца доказало, что неандертальцы не являются нашими предками! Да, представьте себе – не являются. Наши пути, то есть пути наших предков и неандертальцев, разошлись примерно 300 000–400 000 лет назад. А еще установлено, что неандертальцы скрещивались с неафриканскими популяциями современных людей. Об этом свидетельствует неандертальская «примесь» в нашей ДНК.
По ходу нашего разговора мы не раз станем вспоминать о генах и генетических исследованиях. А сейчас давайте приступим к «расшифровке» заголовка этой главы. Кто такие Адам и Ева, объяснять не нужно, но почему Ева вдруг стала митохондриальной, а Адам – Y-хромосомным?
В митохондриях, маленьких клеточных энергетических станциях, как вы уже знаете, содержится своя митохондриальная ДНК. Этот вид ДНК наследуется только по материнской линии, поскольку отцовские митохондрии потомку не передаются. Сперматозоид представляет собой средство доставки ядерной ДНК к яйцеклетке. Подобно космическому кораблю, он должен быть предельно легким, ведь чем меньше вес, тем выше скорость. Размеры сперматозоидов у всех животных микроскопические. Наиболее крупные сперматозоиды у тритона, их длина составляет около 500 микрометров, а длина сперматозоидов человека варьирует в пределах 52–70 микрометров.
