Что представляет собой эволюция, которую известный популяризатор науки Ричард Докинз называет «величайшим шоу на Земле»? Как она могла бы помочь побороть ВИЧ без лекарств? Почему генетический код человека разумного оскудел по сравнению с его предками? О том, откуда взялась теория происхождения видов Дарвина и как она продолжает подтверждаться в современности, рассказал в своей лекции, организованной Британским советом совместно с Государственной Третьяковской галереей, валлийский генетик, член Королевского общества Стив Джонс. «Лента.ру» записала основные тезисы его выступления.
Без Чарльза Дарвина не было бы современной биологии. Теорию Дарвина долгое время не признавали, и даже сейчас большая часть населения Земного шара не верит в эволюцию.
Однажды королева Виктория посетила зоопарк и увидела там орангутана. В своем дневнике она потом написала о том, что обезьяна «пугающе, болезненно и оскорбительно» похожа на человека. Хотя очевидно, что королева ничего не понимала в эволюции, ее беспокоило сходство между животным и ей самой, правительницей империи, которой в то время принадлежала немалая часть мира.
Эта идея была формализована в труде Чарльза Дарвина «Происхождение видов», опубликованном в 1859 году. Я изучил структуру каждой главы этой книги и посмотрел на нее с постмодернистской точки зрения. Меня потрясло, насколько хорошо доказательная база Дарвина работает до сих пор.
На самом деле эта книга пропагандистская. Дарвин начинает издалека, рассказывая о мясных и молочных породах крупного рогатого скота, которые, хотя и состоят в родстве друг с другом, имея общего предка, эволюционировали, разошлись. За три страницы до конца книги он позволяет себе предположить, что то же самое верно и для происхождения человека. В своем втором великом труде «Происхождение человека и половой отбор» он пишет: «Человек все еще носит на своей телесной организации неизгладимую печать низкого происхождения».
Книга «Происхождение видов» вызвала огромный резонанс. Многие были возмущены и даже предлагали признать ее преступной. На одной из карикатур в журнале «Панч» были изображены горилла, одетая в официальный костюм, и испуганный слуга, который не хочет открывать ей двери в зал, где заседают почтенные граждане. Он определенно не хочет это делать до сих пор — ведь подобные взгляды присущи и многим людям XXI века.
Что же такое эволюция? Это очень просто. Дарвин описал ее как «видоизменение потомства». Возьмем ДНК и время (три миллиарда лет) и получим изменения, мутации, по мере того как генетический код передается от предков к потомкам.
Интересно, что эта теория своими корнями уходит в теорию происхождения языков, начало которой положил филолог XVIII века Уильям Джонс. Он учился в одной из самых престижных в Англии школ — Хэрроу, где каждому мальчику полагалось знать латинский и греческие языки. Джонс был гением, и к 51 году он знал почти все европейские языки, включая русский. В молодости он поехал в Индию и начал изучать индийские языки. Джонса поразило их сходство с европейскими.
Тут надо учитывать, на каком уровне тогда находилось языкознание — к нему подходили с креационистской точки зрения. Всем нам известна легенда о Вавилонской башне: люди, возгордившись, решили построить башню до неба. Господь же охладил их пыл. В гневе своем он заставил говорить людей на разных языках (до этого они говорили на одном), и стройка прекратилась, ведь строители перестали понимать друг друга. Именно таким было представление о происхождении языков, — якобы это все вдруг взяло и случилось по воле божьей.
Но Джонс понял, что так не может быть, ведь если языки похожи друг на друга, то значит у них есть общий предок. Он составил первое древо языков, отследив происхождение слова «отец» (father на английском, padre на испанском, vater на немецком и так далее) и даже установил, каким было слово-предок (pater на латинском). Сейчас существует реконструированный праиндоевропейский язык, на котором люди говорили 4500-2500 лет назад — специалисты сделали это тем же способом, с помощью которого Дарвин реконструировал древо жизни.
Это далеко не все — Джонс пошел дальше, ведь языки оставляют «окаменелости»: слова, литературу, глиняные клинописные таблички. На основе этих «останков» он предположил, насколько быстро они развивались, нанеся на древо даты возникновения того или иного языка. И то же самое можно проделать с ДНК.
ДНК — это язык. Вы не сможете говорить ни на одном языке, не зная слов и правил, согласно которым они сочетаются, и поэтому эволюция — это грамматика биологии.
Мы уже знаем, что эволюция — это видоизменение потомства. Но вслед за этой идеей возникла другая. Что если генетические изменения в следующем поколении могут корректировать шансы этих особей на выживание, а значит, и на оставление потомства? Дарвин назвал это естественным отбором.
Естественный отбор определяет шансы на дальнейшее воспроизведение таких унаследованных изменений. Например, вы унаследовали некий ген, дающий вам больше шансов на выживание и, соответственно, создание пары. Потомство получит его и передаст уже своим потомкам. Таким образом постепенно будут возникать новые формы жизни, лучше приспособленные к выживанию в изменяющейся природной среде.
Некоторые говорят: мол, эволюция не может создать нечто настолько сложное, как глаз. Но это очень глупое заявление. Естественный отбор можно рассматривать как фабрику, производящую практически невозможные вещи. И глаз — одна из таких вещей.
В молодости я работал на фабрике, выпускающей стиральный порошок. Процесс выглядел так: в гигантский герметичный котел заливалась смесь веществ, нагревалась и выбрасывалась под давлением из форсунки. Образовавшиеся капли высушивались потоком горячего воздуха и превращались в порошок.
Форсунка была сделана из стали и устроена очень просто. Она легко засорялась, ее приходилось менять каждый день. Владелец фабрики поставил задачу усовершенствования форсунки перед сотрудниками, и они, возможно, сами того не понимая, воспользовались механизмом естественного отбора. Они создали десять форсунок, изменив случайным образом их форму, и проверили, какая из них лучше действует. Выявив самую эффективную, повторяли процесс. И так снова и снова. Это классический естественный отбор, в результате которого получилось практически невозможное сопло. Оно работало в разы лучше, чем его предшественник, никто не знал, почему, да и никому этого знать не требовалось. Никто не создавал его в окончательном виде намеренно. Представьте, что может стать продуктом такого процесса, скажем, за 2,5 миллиарда лет.
Как узнать, что то же самое верно для эволюции человека? Дарвин никогда не думал, что ему когда-нибудь доведется увидеть этот процесс в действии. Это можно сравнить с современной ему астрономией: люди, направлявшие свои телескопы на Луну или Марс, не могли себе представить, что когда-нибудь человек ступит на поверхность спутника Земли или пошлет зонд на Марс. Так и Дарвин считал изучение эволюции исторической наукой, пытающейся выяснить, что же произошло в далеком прошлом.
Но перед нами есть живой пример — вирус иммунодефицита человека, ВИЧ. Классический в эволюционной биологии и имеющий огромное значение для понимания нашей собственной эволюции.
ВИЧ относится к РНК-вирусам (в его основе лежит РНК, а не ДНК). Он передается через половой контакт или кровь и внедряется в белые кровяные тельца, лейкоциты. ВИЧ попадает в клетку через ее поверхность, после чего передает ей свою генетическую информацию, таким образом заставляя ее производить копии вируса. Через несколько лет иммунная система слабеет, и человек становится жертвой инфекционных заболеваний или рака. ВИЧ сравнительно недавно распространился за пределы Африки — не более 60 лет назад. Но его родина — Черный континент.
В Ботсване каждый шестой — носитель ВИЧ. Самое интересное заключается в том, каким, согласно прогнозам, будет возрастное распределение в этой стране к 2020 году. Тем, кому в 70-х годах было 16 лет, сейчас должно быть 50-60 лет. Типичное возрастное распределение в африканских странах — преобладание молодого населения над старым. И если посмотреть на прогноз, то через некоторое время стариков почти не останется — до почтенного возраста они просто не доживут из-за ВИЧ. Это большая проблема, требующая осмысления.
Эволюция ВИЧ позволяет нам не только искать эффективные методы по предотвращению распространения этого вируса, но и, что намного важнее, дает бесценную информацию об эволюции вирусов вообще, а также об эволюции человека.
В 1867 году Чарльз Дарвин нарисовал знаменитую схему фамильного древа живых организмов, родственных друг другу и произошедших от некоего вымершего предка, символизирующую видоизменение потомства. Мы проделали то же самое с ВИЧ, собрав информацию о штаммах вируса со всего мира. Выяснилось, что, скажем, в России существует одна группа вирусов иммунодефицита человека, отличающаяся от группы, распространенной в Северной Америке, и от группы, распространенной в Африке. Вот наглядный пример видоизменения потомства.
Благодаря древу мы можем проследить родство всех этих вирусов с одним вирусом-предком и понять, каким он был. Также эта схема позволяет изучить развитие отличий в их генетическом строении за определенный период. Составив математическую модель, мы можем реконструировать тот самый вирус, который вышел за пределы Африки в 20-е годы прошлого века, руководствуясь скоростью его мутации.
Неопровержимое свидетельство эволюции — это окаменелости. Сложно представить себе окаменелости вируса, но один американский биолог поехал в Конго и обнаружил в образце тканей человека, умершего в 1959 году от неизвестной болезни, штамм ВИЧ, который отлично вписывался в упомянутое выше древо.
Теперь уже можно было задать другой вопрос: откуда появился ВИЧ? Практически все человеческие заболевания происходят от животных — у шимпанзе или горилл есть вирусы, похожие на ВИЧ. Существуют штаммы ВИЧ, происходящие от вируса иммунодефицита шимпанзе, в прошлом году открыли штаммы, происходящие от вируса иммунодефицита гориллы, есть штаммы, происходящие от вируса дымчатого мангобея. То есть вирус передавался человеку в разное время от различных животных.
Каким образом? Через мясо диких животных. Африканцы едят обезьян, как все охотники-собиратели. Несомненно, когда охотники убивали шимпанзе или горилл, животное наносило им удары и царапало их кожу, таким образом вирус проникал в организм человека.
Вероятно, это происходило много раз и в доколониальную эпоху. Один из охотников в деревне заражался, передавал вирус своей жене и так далее, пока все жители поселения не становились его носителями. Но никто из них оттуда не уезжал, и когда все они погибали от СПИДа, деревня просто вымирала — вирус не мог распространиться дальше. Понятно, что для глобальной эпидемии нужно достаточно мобильное население.
Мы практически точно можем сказать, где жил тот шимпанзе, который стал причиной распространения ВИЧ — в Киншасе, Демократической Республике Конго. В 1819 году Киншаса была небольшим городом, но к 1950-м сильно разросся, и теперь это просто огромный мегаполис. Туда многие ездят. Оттуда ВИЧ распространился по всей Африке, а потом и по всему миру.
Человек отреагировал на вирус иммунодефицита точно так же, как когда-то шимпанзе, ведь ВИЧ — агент естественного отбора, дарвиновская машина по созданию невозможных вещей. Когда вирус внедряется в клетку, он, словно шаттл, стыкующийся с космической станцией, должен найти подходящий ему «док» — белок-рецептор. У разных людей они разные — так же, как и в случае с группами крови. В зависимости от этого, шансы заболеть ВИЧ могут быть больше или меньше.
Наблюдения показывают, что у половины людей с двумя копиями гена, копирующего белок-рецептор CCL3, через 10 лет не обнаруживается развитие СПИДа. У тех же, у кого нет копий этого гена, иммунодефицит через тот же промежуток времени развивается практически со стопроцентной вероятностью.
Конечно, сейчас разработаны успешные методы терапии ВИЧ. Если бы их не было, все это переросло бы в гигантскую мировую эпидемию, которая убила бы сотни миллионов человек. Но при этом лет через сто оставшееся население планеты имело бы несколько копий гена, копирующего СCL3, и этот вирус стал бы для человека так же безобиден, как сейчас для шимпанзе.
Среднее количество копий этого гена у неафриканцев — три (не будем забывать, что ВИЧ пришел в другие части света недавно). В Африке же, где ВИЧ существовал многие сотни лет, среднее число его копий — девять, и когда этот показатель еще выше, вирус становится практически безобидным. Мы можем эволюционировать, как любой другой примат.
Генетический код шимпанзе был полностью расшифрован в 2005 году. Он чрезвычайно схож с нашим — на 98 процентов. Но самое интересное (если говорить о различиях) заключается в том, что мы не приобретали новые признаки по сравнению с нашим общим с шимпанзе предком, а наоборот, потеряли их, в отличие от этих обезьян. Потери человека составляют 25 тысяч спаренных оснований ДНК. Это очень много, можно сказать, что мы — бледная тень наших предшественников.
Шимпанзе — крупные сильные обезьяны. У них существенно более развитая мускулатура по сравнению с человеком, большие зубы, волосатое тело, и мы, мягко говоря, выглядим не совсем так. Если взглянуть на генетический код различных обезьян, то обнаружится, что секции ДНК, отвечающие за эти признаки, у них одинаковые.
Что мы действительно приобрели — так это возможность намного быстрее расходовать энергию, на 25 процентов по сравнению с шимпанзе. Источником ее служит жир, наш бак для горючего (вы ни за что не найдете толстого шимпанзе). Но в результате мы потеряли кое-что важное: способность перерабатывать сырую пищу.
Если посмотреть на разных обезьян, то можно увидеть, что у них у всех мощные челюсти, для которых на черепе зарезервирована большая площадь. Мышцы, удерживающие нижнюю челюсть горилл и шимпанзе, крепятся к их черепной коробке. Подобные мышцы человека чрезвычайно малы и практически бесполезны. То есть, мы не можем нормально разжевывать и рвать свою пищу.
Более того, человек потерял возможность должным образом переваривать съеденное. Мы — единственное животное, неспособное перерабатывать сырую еду. Нам приходится пользоваться «внешним желудком». Это может быть микроволновка или сковородка, — все, что позволит частично переварить нашу пищу перед ее употреблением.
Помимо этого, мы проигрываем большим обезьянам по части секса. Репродуктивные органы шимпанзе существенно больше наших и производят в пять раз больше спермы, чем человеческие. И у них есть шипы на пенисе, позволяющие надежно зафиксировать его в вагине, человек — единственный примат, у которого их нет.
Человек с биологической точки зрения — самый скучный и гомогенный примат, который когда-либо существовал. Если мы посмотрим на биологическое древо шимпанзе и человека, то увидим, что все люди отличаются друг от друга в генетическом плане меньше чем две группы шимпанзе, живущих, скажем, в Нигерии всего в сотне километров друг от друга.
То есть мы не эволюционируем в физическом плане, но, несомненно, меняемся. У нас есть один чрезвычайно большой орган — мозг, который, с поправкой на вес, в шесть раз больше мозга шимпанзе. За это мы должны быть благодарны нашей возможности готовить еду, наполовину переваривать ее вне тела, ведь именно с того момента, как человек начал готовить пищу, его мозг стал увеличиваться. Мы умны, это наша уникальная особенность.
Люди, перенесшие инсульт левого полушария мозга, часто теряют возможность говорить, поскольку именно там располагается наш речевой центр. В Великобритании живет семья, у которой обнаружилась интересная мутация: ее члены не могут правильно составлять предложения. Для них нет разницы между фразами «мама мыла раму» и «рама мыла маму».
То есть информация, благодаря которой мы имеем возможность говорить, закодирована в нашей ДНК. У нас есть, по сравнению с другими животными, два изменения в гене FOXP2, ответственном за это. Если мы посмотрим на певчих птиц и попугаев, то обнаружим, что у них есть одно из этих изменений — они способны копировать речь, но не понимать ее.
Интересно, что человек разумный скрещивался с неандертальцами и другими видами человека. Но ген FOXP2 присущ только человеку разумному. Неандертальцы не могли разговаривать друг с другом, как мы с вами.
С этой способностью человек получил возможность эволюционировать по-новому, поскольку он смог делиться впечатлениями, рассказывать другим о том, как сделать ту или иную вещь. Мы можем делать «окаменелости» нашего знания, записывать его и делиться им в интернете.
Это изменило и наше отношение к болезням. Как уже сказано выше, человек мог бы приспособиться к ВИЧ подобно шимпанзе, но теперь все изменилось. Двадцать лет назад Всемирная организация здравоохранения начала посылать специалистов в африканские деревни. Они рассказывали людям об опасности ведения беспорядочной половой жизни, предлагая им измениться. Это подействовало — многие перешли к моногамии, и темпы заражения ВИЧ заметно снизились. Вот наша уникальная особенность. У нас есть язык, благодаря ему мы знаем, что такое история, и можем рассуждать о будущем.
В заключение я хочу сказать, что работы Дарвина об эволюции не заставили меня отречься от своей человеческой сущности. Наоборот, я осознал ее в еще более полной мере, чем мог предположить до того.