VIVOS VOCO: Л.А.Животовский, "Правнуки и пращуры"

Правнуки и пращуры

Л.А. Животовский

Лев Анатольевич Животовский, доктор биологических наук,
главный научный сотрудник Института общей генетики им.Н.И.Вавилова РАН.
Руководитель проекта 01-04-48441.

Мы - представители вида Homo sapiens, широко расселившегося по миру десятки тысяч лет назад. Корни наши уходят в глубины Африки на сотни тысяч лет. За прошедшие тысячелетия в жизни человека произошли колоссальные изменения: однообразная пища сменилась великим разнообразием кулинарных традиций, первые орудия труда - техническими новшествами, грубая одежда - хлопчатобумажными майками и пуховыми куртками, примитивные укрытия - современными постройками, небольшие кочевые племена - государствами и нациями. Несомненно, технические и социальные изменения возвели человека на вершину иерархии живых существ. Однако они же сделали невостребованными у большинства людей те биологические качества, которые были необходимы древнему человеку: физическую силу, способность переносить лишения, необходимость мгновенно решать и так же мгновенно действовать. Современная медицина поднимает на ноги больных, которые не могли бы выжить сами по себе, поддерживает жизнь детей, которым в нецивилизованных условиях грозила бы гибель от наследственных заболеваний, помогает бесплодным парам зачать ребенка.

Оказался ли из-за этого человек как биологический вид менее приспособленным, чем был в начале своей истории?

Стали ли физические способности отдельного человека ниже, чем у кроманьонца?

Содержит ли наш геном больше "плохих" генов, чем их было в геноме наших предков из-за того, что исчез естественный отбор в популяциях человека, и исчез ли он?

Обсуждению этих вопросов и посвящено данное эссе.

Прежде всего договоримся, что мы будем называть приспособленностью. О преуспевании биологического вида судят по росту его численности, уровню смертности и продолжительности жизни. Оставляя в стороне детали, мы и возьмем эти критерии за основу определения биологической приспособленности.

А теперь напомним, что эволюция любого вида идет не в пустом пространстве, а в некоей среде, которая, в свою очередь, тоже меняется. Причем эти изменения вызваны не только геологическими и климатическими причинами, но и жизнедеятельностью биологических видов, населяющих данную территорию. Человек не должен быть исключением - его воздействие на среду обитания гораздо сильнее, чем любого другого вида животных. Несомненно, оно не всегда полезно для самого человека: например, расширяя площадь обрабатываемых или отводимых под иные цели земель, человек уничтожает леса и загрязняет реки, обрекая себя в будущем на решение проблем "зеленого ресурса" и питьевой воды. В то же время создаваемые человеком окружающие условия способствовали его выживанию. Но так или иначе, в 2002 г. мы должны рассматривать приспособленность человека как вида к той среде, которую мы имеем сегодня, и сравнивать ее с приспособленностью первобытного человека, скажем, 20 тыс. лет назад, к той среде, в которой он жил тогда. Нет смысла рассуждать о том, что "современный человек не смог бы выжить на первобытной Земле", поскольку первобытной Земли уже нет и не будет.

Эволюция человека разумного за последние десятки тысяч лет была не просто эволюцией биологического вида, но в первую очередь эволюцией мысли и материальной культуры. Человек для выживания пользовался не только своей физической силой и преимуществами группового образа жизни. Новые знания давали ему новые возможности. Кочующие орды становились оседлыми, переходили от охоты и собирательства к одомашниванию животных и выращиванию растений, открывали новые материалы (бронзу, железо) и технологии. Все это лучше обеспечивало людей пищей, делало их более защищенными и в конечном итоге увеличивало их численность. А это, с точки зрения эволюциониста, показатель возрастающей приспособленности, но к новой, измененной среде.

Теперь о других показателях приспособленности.

Скажем, 20 тыс. лет назад шансы на выживание у ребенка с какими-либо врожденным дефектом (например, с вывихом бедра или пороком сердца), конечно же, были существенно ниже, чем у их здоровых сверстников. В отличие от древних времен, современному человеку не мешает выжить, скажем, невозможность быстрого пешего передвижения: сейчас и в селе и в городе существует множество профессий, для которых умение бегать абсолютно не нужно, да к тому же имеются технические средства передвижения. Среди первобытных людей зрелости достигали не все, а до 40-50 лет доживали единицы, но совсем не потому, что малая продолжительность жизни была заложена в генах. Дикие звери, раны, недостаток пищи уносили многие жизни задолго до начала старения. В процессе технической эволюции, с улучшением условий жизни и развитием медицины уменьшалась детская смертность и увеличивалась доля людей, доживающих до зрелого возраста. И это тоже говорит о возрастании приспособленности человека как вида к измененной среде.

Таким образом, если судить по выбранным нами критериям приспособленности, вывод о биологическом статусе человека окажется прямо противоположным пессимистическому, а именно: человечество как вид процветает.

Те, кто не соглашается с подобным заключением и кого тревожит "изнеженность" современного человека, возразят: человечество вряд ли выживет, если условия его обитания резко ухудшатся (например, если блага цивилизации, начиная от воды в доме и хлеба в магазине и кончая современной медициной, внезапно исчезнут). В самом деле, хотя на эту тему написано немало фантастических романов, такая возможность вполне реальна. Стоит произойти крупной катастрофе в водо- и энергоснабжении, в системе утилизации отходов, как все многомиллионное население крупного города окажется в гибельной ловушке. Ответ на подобное возражение очевиден: внезапное, резкое изменение условий не идет на пользу ни одному биологическому виду, ни одной популяции животных или растений. В такой ситуации удается выжить немногим. Ведь индивидуумов, хорошо приспособленных к новым условиям, не может быть много до наступления этих условий, а может и вовсе не оказаться, так что вид просто-напросто вымрет. Все, что можно сказать по этому поводу: не следует допускать резких изменений нашей среды обитания.

Теперь перейдем к следующему вопросу: уступаем ли мы кроманьонцу физически? Можно услышать, что современный человек, выиграв в техническом совершенстве, проиграл в совершенстве собственного организма, что достижения культуры сделали отдельного человека слабым, С этим можно согласиться, но с одной существенной оговоркой: за редкими исключениями врожденных аномалий эту "слабость" вызывают не генетические причины, а лишь комфортные условия, причем с самого младенчества. На долю нашего современника не выпадают физические нагрузки, бывшие повседневными для первобытного человека, но если такое случится, он скорее всего успешно реализует возможности, заложенные в его геноме, и слабым не будет. Действительно, в процессе социальной эволюции среди большинства сообществ выделялись группы охотников и воинов, которые посвящали жизнь физическому совершенствованию, как бы продолжая образ жизни своих древних предков. Есть такие группы и в современном обществе, поэтому нельзя сказать, что современный человек слабее первобытного. Если бы кроманьонцу пришлось состязаться в силе и выносливости со спортсменом-многоборцем или бойцом спецназа, то наш далекий предок вряд ли победил. Точно так же, умение выжить в диких условиях определяются тем, насколько человек тренирован к ним. Таежные охотники Сибири и кочевые жители Азии дают нам примеры такого умения. А ведь именно подобное сравнение следует считать корректным. Коль скоро мы говорим о генетических различиях, нужно сравнивать возможности индивидуумов, выросших в равных условиях, в данном случае - тренированного с тренированным.

Сказанное позволяет предположить, что вряд ли имеются сколь-нибудь существенные генетические различия между нами и кроманьонцами. Пока проверить это экспериментально трудно - ДНК в костях древних людей обнаруживается в следовых количествах, а анализ требует много времени и средств. К настоящему времени генетически исследованы лишь единичные останки древних людей. В частности, недавно ученые изучили митохондриальную ДНК найденных в ледниках Альп останков людей многотысячелетней давности и не нашли отличий от человека наших дней. Конечно, столь отрывочных данных недостаточно для выявления генетических особенностей древних популяций человека и сравнения их с тем, что известно о современных популяциях. Поэтому попробуем обосновать наше мнение с точки зрения теории.

Известно, что генетически все мы очень схожи: у всех людей на Земле более 99% ДНК совпадает, а различия составляют меньше одного процента. (Следовательно, по многим генам люди совершенно не отличаются друг от друга. Но из-за того, что каждый человек развивается в своих условиях (включая внутриутробное развитие), люди вырастают разными. Можно сказать, что гены формируют фундамент фенотипа (совокупности признаков организма), однако "здание" возводят условия среды. Генетики говорят о фенотипической пластичности: в зависимости от места, где проходит онтогенез особи, она окажется приспособленной к условиям либо северной тайги, либо жаркой пустыни. Наши древние предки, уже десятки тысяч лет назад расселившиеся по разным континентам, жили примерно в том же спектре природных условий, которые существуют и сейчас, и, соответственно, фенотипическая пластичность, а не специфические гены, вполне могла обеспечить их выживание. Едва ли стоит ожидать, что мы найдем принципиальные генетические различия между нами и нашими далекими предками. Сказанное не исключает того, что частота встречаемости какого-то варианта гена и определяемого им признака в популяциях кроманьонского человека могла быть иной, чем в нынешних популяциях, вследствие отбора или случайных процессов. Это аналогично тому, что мы видим в современных популяциях: скажем, первая группа крови встречается, в среднем, у каждого четвертого жителя Европы, а у индейцев Центральной Америки она достигает 80-90%.

Нередко приходится слышать, что цивилизованная жизнь ведет к генетическому ухудшению человеческого рода из-за отсутствия естественного отбора против "плохих" генов. Аргументы сторонников этой точки зрения мы уже приводили: предоставленный самому себе носитель "плохого" гена умер бы рано, но современная медицина и комфортные условия повышают его шансы прожить долгую жизнь, завести детей и передать им этот ген. Следовательно, таких генов в популяции становится все больше?

Вначале - немного генетики и теории эволюции. Существует такое понятие, как генетический груз, или груз мутаций, т.е. наличие в популяции "плохих" вариантов генов, приводящих к наследственным болезням. Каждый "плохой" вариант появляется вследствие мутации - "поломки" нормального гена. Такая поломка препятствует синтезу нормально функционирующего белка и тем самым нарушает жизнедеятельность организма. Любой человек получает в наследство от родителей две копии каждого гена: один от матери, а другой от отца. Мутантный ген может передаться ребенку от родителя, но мутация может возникнуть и внезапно.

Рассмотрим несколько примеров. Многие анемии вызываются мутациями, которые изменяют белковые цепи молекулы гемоглобина или препятствуют их синтезу. При этом нарушается функция гемоглобина - он больше не может транспортировать кислород из легких в клетки организма. В частности, одна из форм анемии - b-талассемия (болезнь, которую вызывают мутации в гене, контролирующем синтез (b-цепи гемоглобина) распространена в Средиземноморье, Азии и на севере Африки с частотой примерно один на 10 тыс. населения (0.01%). Другое заболевание - фенилкетонурия, вызываемая неспособностью организма усвоить полученную с пищей аминокислоту фенилаланин (это происходит из-за мутации в гене, кодирующем синтез фермента фенилаланингидроксилазы, который превращает фенилаланин в другую аминокислоту - тирозин). Повышенное содержание фенилаланина и его производных в крови и других тканях приводит к замедленному развитию и умственной осталости. Это заболевание также встречается со средней частотой 0.01% в Европе и Азии.

Носители этих мутаций, у которых дефектна только одна из двух копий гена, практически не болеют, но передают их своим детям. Болеют, погибают, не оставляют потомства в основном люди с двумя дефектными копиями, в организме которых нужный белок не синтезируется. В этом и заключается естественный отбор; он-то и останавливает на определенном уровне накопление мутаций. В природе сохраняется баланс между возникновением мутаций и их исчезновением. Казалось бы, не будь естественного отбора - число мутаций в генофонде человека немедленно возрастет. Но это не так. Тут важен фактор времени: и накопление мутаций, и отбор против них - медленные процессы.

Допустим, что приведенное выше значение (0.01%, или в долях - 0.0001) - это часть популяции, которую составляют люди, страдающие неким наследственным заболеванием. Известно, что доля мутантных генов в популяции равна квадратному корню из доли больных, т.е. 0.01, или 1%. У новорожденных новые мутации появляются с частотой, самое большое, один на 10 тыс. в каждом поколении, т.е. за одно поколение доля мутантных генов увеличится на 0.01% (в 100 раз меньше, чем уже имеется). Но именно на такую же величину уменьшается их число в популяции из-за отбора. Это и есть баланс между мутациями и отбором. (Приведенные выше расчеты относятся к так называемым рецессивным мутациям, которые приводят к заболеванию лишь будучи в двух копиях. Некоторые заболевания вызываются одной копией "дефектного" гена - доминантные мутации. Однако их гораздо меньше, чем рецессивных, и потому мы здесь о них не говорим).

Как мы видим, каждая из противоборствующих эволюционных сил способна лишь ненамного изменить груз мутаций. Генетический груз, имеющийся в настоящее время, - результат накопления мутаций в популяциях за многие тысячи поколений, за десятки тысяч лет. Значит, ослабление естественного отбора в современных популяциях не может существенно увеличить мутационный груз даже через столетия. Это может произойти только через многие тысячелетия, да и то если медицина и социальные условия обеспечат полноправное участие носителей дефектных генов в жизни и воспитании своих детей. Но тогда эти мутации перейдут в категорию нейтральных, не оказывающих отрицательного влияния на жизнедеятельность! Доля доминантных мутаций по сравнению с рецессивными может увеличиваться быстрее, однако общий вывод от этого не меняется. Тем самым мы приходим к заключению, что цивилизованные условия жизни не увеличивают генетический груз человечества.

Теперь зададимся вопросом: можно ли принимать на веру предположение, что давление естественного отбора в современных популяциях человека стало меньше, чем у наших далеких предков? Тут многое еще неясно. Ведь естественный отбор в виде ранних спонтанных абортов и бесплодия продолжает свое действие и поныне. Несомненно, что некоторые факторы отбора, направленные против индивидов с некоторыми физическими и психическими отклонениями и превалировавшие 20 тыс. лет назад, потеряли свою значимость. Но вполне возможно, что вступили в действие новые факторы, новые компоненты отбора. Действительно, быть может, способность распознавать следы зверей и ориентироваться в лесу - это нечто иное с точки зрения физиологии мозга, чем умение читать и производить сложные подсчеты и зависят они от разных генов?

Все сказанное, конечно, касается не только грамотности и умения оперировать абстрактными понятиями. Отличия в требованиях к человеку, предъявляемыми современной жизнью, от тех, что были 20 тыс. лет назад, проявляются во многих областях. Скажем, к городским условиям лучше адаптируются люди с определенным типом нервной системы, с определенным темпераментом. Поскольку особенности поведения отчасти зависят от генов, вполне вероятно, что естественный отбор как был, так и остался, просто сменил направление. Возможно, в современных условиях начинается отбор против мутаций, бывших прежде нейтральными? И если это так, то сейчас отбор в целом усиливается по сравнению с той интенсивностью, с какой он шел у наших древних предков.

Но только ли гены ответственны за резкие физические и психические отклонения? В середине XX в. американский психиатр С.Марголин провел социально-психологическое исследование индейцев юта и других племен, обитавших в прериях (оно описано в книге К.Лоренца "Так называемое зло. К естественной истории агрессии"). Марголин показал, что эти люди, ныне живущие в резервациях, страдают тяжелыми неврозами достоверно чаще, чем какая-либо другая группа людей. По его мнению, это связано с повышенной агрессивностью юта, которая закреплена генетически. История племени за последние 500 лет со времени открытия Америки была так богата войнами, что создалось, как предполагает Марголин, сильнейшее селекционное давление, которое способствовало выживанию наиболее жестоких и склонных к моментальной агрессивной реакции индивидуумов. Однако это едва ли не единственный пример направленных генетических изменений у человека, возникших в ходе отбора за исторически короткое время. К тому же оппоненты Лоренца сомневаются в достоверности данных Марголина. Хотя даже если они достоверны, можно не согласиться с таким объяснением: ведь его дал белый человек - потомок завоевателей, уничтоживших племена индейцев. Агрессивное поведение в данном случае можно объяснить и иначе: реакцией индейцев на нынешние условия в замкнутых резервациях. Индейцам хорошо известно из мифов, как привольно они жили до вторжения белых. Отсюда и их реакция. Действительно, поместите нормального человека или дикое животное в тесную клетку, выставьте на всеобщее обозрение и посмотрите на его поведение через какое-то время.

Но есть хорошо известные факты, подтверждающие существование физиологических отличий между цивилизованными и нецивилизованными людьми: представители северных народов, которых уже взрослыми переселили в "комфортные" городские условия, болеют чаще, чем до переселения. И смену пищи, и сквозняки привычных нам панельных домов они переносят едва ли не так же тяжело, как взрослый горожанин - жизнь в эскимосском иглу. Известно, кроме того, что люди приспособлены к условиям местности, где они родились и выросли: световому дню, уровню солнечной радиации, пищевому рациону. Но трудно сказать с уверенностью, сколь существенны здесь различия на генетическом уровне. Усвоение субстратов внешней среды (скажем, получаемых с пищей жиров и углеводов) зависит от активности ферментов, вовлеченных в их метаболизм, а уровень их активности отчасти наследственен и может различаться в разных популяциях. Однако, как уже отмечалось, наша фенотипическая пластичность очень велика, так что если человек с самого рождения оказывается в условиях, непривычных для его предков, скорее всего, он сумеет неплохо к ним адаптироваться.

И тут мы переходим к очень важному вопросу. Каждый человек, живет ли он в Москве или на Крайнем Севере, получает в наследство не только гены, но и культуру, т.е. элементарные правила поведения: как общаться с другими людьми, как зарабатывать, какие блюда готовить и многое другое. И все это, вместе взятое, все социальные и бытовые знания - один из важнейших компонентов приспособленности, возможно, более весомый, чем генетическая наследственность. Этот феномен - эволюцию культуры и передачу ее из поколения в поколение - стали изучать совсем недавно. И хотя не только родители обучают ребенка (он может воспринимать новое и от других людей своего окружения), исследования показывают, что большую часть подобной информации человек перенимает все же от отца и матери. Длинный, по сравнению с другими видами, период зависимости ребенка от родителей связан именно с огромным количеством негенетической наследственной информации, которую нужно передать. Как выслеживать зверя, как зарываться в снег, прильнув к собаке, как разжечь костер - вот примеры навыков, которые были необходимы для жизни в природе. Примеры навыков, способствующих адаптации к условиям мегаполиса, читатель пусть назовет сам.

Что же из этого следует, если вернуться к вопросу о генетическом грузе и "опасностях" цивилизованной жизни? Когда человек попадает в более жесткие условия, он не может быстро адаптироваться чаще всего не потому, что генетически неспособен выжить в таких условиях, сколько потому, что у него нет необходимых навыков выживания и не у кого их перенять. Утеряны не столько гены, сколько традиции. Причем, если для снижения частоты встречаемости некоего "вредного" гена потребовались бы десятки тысяч лет, то навыки и традиции теряются значительно быстрей - за считанное число поколений. Вспомним фантастическую повесть Айзека Азимова "Когда зажигаются звезды". Планете, где царит вечный день под шестью солнцами, грозит полное солнечное затмение. Все в ужасе от незнакомой им надвигающейся Тьмы, о которой рассказали недавно расшифрованные древние рукописи, оставленные таинственно исчезнувшей древней цивилизацией. Эти рукописи поведали также о пожаре, который уничтожает книги, постройки - все, что прежняя цивилизация планеты открыла и сделала. И еще - о страшных глазах Вселенной - Звездах, взгляда которых человек не выдерживает и погружается в безумие. И вот Ночь стала опускаться на планету, и, желая уйти от нее, люди жгли все вокруг - книги, машины, здания. А самоотверженные спешили описать для потомков гибель цивилизации на оставшихся клочках бумаги. А когда все было сожжено, с черного неба засверкали мириады ярких звезд - планета была в самом центре мощной галактики. Всех охватило безумие в окружившем их мраке... Через несколько часов солнца снова засияли, люди ожили, но в разуме остались лишь малые дети. Им не на чем и не у кого было учиться - и на рухнувшую цивилизацию вновь опустилась многовековая ночь.

Теперь подведем итоги. Во-первых, эволюцию человека следует рассматривать как коэволюцию со средой обитания, которая во многом изменяется самим человеком. Во-вторых, приспособленность человека пока что не падает, а растет. Вопрос, ухудшается ли генетическая природа человека от того, что ему обеспечены комфортная жизнь и услуги медицины, имеет только один ответ: "Нет". И, в-третьих, как повышение, так и падение приспособленности у человека теснейшим образом связано с культурной традицией, обучением, с преемственностью - или с ее отсутствием. Вклад этого фактора в способность человека адаптироваться к разным условиям намного превышает влияние генетических особенностей.