Биология поведения человека: Лекция #4. Молекулярная генетика, I [Роберт Сапольски, 2010. Стэнфорд]
Добро пожаловать в Стэнфорд на курс "Биология поведения человека". Итак, продолжаем с прошлого занятия. Наконец-то делаем первый обещанный в начале курса междисциплинарный скачок. Вся задача первой половины курса - это перескакивать из одних рамок в другие, чтобы как только мы начали чувствовать себя уверенно в одной, брать и топтать её с точки зрения другой дисциплины. Это первый такой скачок. Его задача в том, чтобы на конкретном примере показать переход от объяснительного тезиса одной системы к тезису другой. В данном случае мы будем разбирать, как эволюция работает на молекулярном уровне.
На чём мы остановились? Когда закончили знакомство с эволюцией поведения, мы остановились на куче претензий. Мы критиковали основные принципы этого взгляда. Во-первых, идея наследственности. Наследственность, то есть убеждение, что у любого поведения есть генетическая составляющая, генетическая основа, генетическая причина. Мы увидим огромные различия в этих понятиях; мы увидели, иногда это правда, иногда это совсем не так. На этом мы сегодня подробно остановимся.
Ещё один основной принцип - идея адаптации. Всё в мире удивительно адаптивно. В конечном итоге эволюция формирует оптимальный способ достижения результата. С другой стороны, мир антревольт, зачастую некоторые характеристики - это просто ненужный багаж. То, что эволюционировало, - это не максимальное адаптивное решение. Ещё одна критика, и мы её сегодня разберём, это постоянный акцент на граду ализ на мелкие постепенные изменения.
В конце прошлого занятия я намекнул на одну точку зрения, согласно которой всё происходит совсем иначе. Наглядной она станет позже, когда мы узнаем ряд очень неожиданных вещей из генетики и молекулярной биологии. Так, для начала мы остановились на том наблюдении, что каждый аспект этой темы пронизан политикой. Ещё в самой первой лекции мы говорили о том, что эти взгляды влияют на то, кому делают лоботомию, кого вообще истребляют, кого считают поддающимися или не поддающимися обучению и так далее. Политические взгляды, как мы заметим, часто пронизывают сферу от и до.
Так вот, точка зрения социобиологии - генетической наследственности, убеждение, что то или иное поведение наследуется или генетически обусловлено, как такие люди это преподносят. А точно так, как мы видели. А именно: вот есть структура поведения, а мы знаем, как работает эволюция, и эволюция поведения, и индивидуальный отбор, и родственный отбор, и взаимный альтруизм, и их эволюция и всё такое. А затем они говорят: "Данная система очень хорошо объясняет поведение, а у вас есть что-то лучше? Приведите полноценную теорию, которая объясняет и прогнозирует ещё качественней. Пока вы не придумаете что-то иное, мы будем считать, что наш подход верен".
И тут сперва приходится сделать важное допущение о генетической наследуемости, и всё строится вокруг этого. Это сложные модели, основанные на принципах работы генов, они объясняют поведение, которое мы наблюдаем. И пока вы не предложите что-нибудь получше, мы остановимся на этом подходе. И вот наше доказательство генетической составляющей в том или ином поведении.
И как мы увидим, именно тут молекулярные биологи решили, что наконец-то избавились от тех, кто как-то поэтизирует их науку. Боже, это называется наука! Придумали какие-то правила и говорят: "Мол, если не придумаешь правила ещё вычурный или версию ещё красивей, я победил". Это называется наука, абсолютное презрение к этому подходу. Тут молекулярные принципы включаются на полную, и как мы увидим, они многое раскроют не только по поводу адаптивности, но и также по поводу граду ализ.
Итак, отсюда и начнём. Чтобы стало понятно, где молекулярный биолог ищет эволюцию. Почему развиваются те или иные признаки? Мы неизбежно тут же вспоминаем гены. Тут гены - это не структуры, которые мы стремимся размножить и которых у нас скузем лишь какой-то процент, а гены как молекулы, гены как информация, гены как цепочки ДНК. Предположу, что у всех есть некий базовый уровень теме, поскольку мне сказали, что на той неделе на дополнительное занятие пришло много людей. И это хорошо.
А главное для нас тут в этой теме про гены и их влияние каким-то образом на поведение - это роль белков. Белки очень важны. Белки важны не только в питании, чтобы быстро бегать и быть сильными. Белок во многом важный структурный компонент живой клетки. У белков бесконечно много функций. Белки сохраняют форму клеток, белки образуют мессенджеры, гормоны, нейромедиаторы и другие вещи. Белки – это ферменты, которые делают массу важных вещей. Белки – это и то, и другое, и третье.
Белки – это рабочая сила, благодаря которой клетки выполняют свои функции. И, разумеется, возникает вопрос: как белки кодируются? Тут на помощь приходят гены. Нас интересует перенос информации: гены определяют белки. Белки складываются из отдельных элементов - аминокислот. Их в природе существует около 20 различных, и каждая кодируется уникальной последовательностью ДНК. Это последовательность из трёх букв, трёх нуклеотидов. Я надеюсь, мы не попадём в ситуацию, когда для тех, кто этого не знает, я несу слишком быстро, а для всех остальных это смертная тоска. Если так, потерпите немного.
Итак, ДНК кодирует что? Аминокислоты. Длинная цепочка из последовательностей ДНК кодирует последовательность аминокислот, которые соединяются вместе, и получается белок. Там есть ещё один промежуточный шаг, который для нашей темы не очень важен, и его в основном можно игнорировать. Просто есть промежуточный шаг: гены на уровне ДНК, последовательности ДНК сперва кодируют промежуточную форму под названием РНК. А уже с неё считывается информация для создания белков.
Так вот, весь процесс можно описать следующим алгоритмом: по последовательности ДНК мы узнаём последовательность РНК, мы узнаём последовательность аминокислот, мы узнаём, какой закодирован белок, мы узнаём форму белка, а затем и функцию этого белка. Это и есть ключевое звено между природой ДНК, генов, эволюцией и так далее, и тем, как это в конце концов проявляется в жизни.
По той крайне важной причине, что форма белка всецело обуславливает его функцию. Есть одно клише, которое тут просто по закону нужно сказать о том, как разные эффекторные белки стыкуются с другими молекулами, другими эффекторными белками. Точно как, давайте все вместе, вы знаете это клише, он подходит как...? Да, супер! Учёба по стандартам во всей красе! Как ключ и замок.
Для тех, кого этим не пытали смолоду, вся соль в том, что форма белка определяет, с чем он может связываться. Чтобы это ни было, они должны подойти друг к другу по форме, чтобы взаимодействовать. И в этом мире разных гормонов и нейромедиаторов очень важно, это гормон или нейромедиатор, и то, с каким рецептором он связывается, во многом зависит от формы мессенджера и рецептора.
И всё это регулирует белки, форма белков и так далее, а они зависят от последовательности ДНК. Форма тут решает всё. И, конечно, сразу возникает вопрос: откуда берутся разные формы? Для нас важно, что вот эти 20 аминокислот, и особенно для тех, кто не изучал как следует химию, тут самое важное - то, что эти 20 аминокислот по-разному притягиваются или отталкиваются от воды. А большинство белков всю жизнь плавают в воде.
К воде другие её избегают. Гидрофильные и гидрофобные аминокислоты - это всё значит, что разные аминокислоты принимают разные положения в зависимости от отношения с водой. А значит, форма, которую принимает вся цепочка аминокислот, зависит от их последовательности. Есть целая категория необычных и страшных неврологических болезней, которые называют прионы. Они показывают, что всё вышесказанное неверно. Но для нашей темы всё вышесказанное верно. Так что вот она наша ключевая зависимость: знать последовательность ДНК, знать кодирование, и на выходе получаем форму белка.
Именно потому что разные аминокислоты по-разному реагируют с водой и в итоге их цепочки образуют разные трёхмерные структуры, и это определяет их функцию. Исходя из нашей зависимости, ключ-замок между формой белка и рецептора. Что ещё раз - для тех, кто этого не знал, нет, схема не поможет.
Одна из самых интересных функций белков - их роль как ферментов. Все знают, что ферменты важны, потому что их кладут в стиральный порошок и рекламируют: "Как хорошо, что в порошке есть ферменты". А вообще ферменты катализируют реакции, они вызывают реакции, которые без них происходили бы очень-очень редко.
Итак, эти ферменты чрезвычайно просто в миллиарды раз увеличивают скорость таких реакций, они катализируют их. Что это значит? Условно говоря, они могут взять две разъединенные вещи и соединить их, а могут взять вещь и разорвать её. Говоря условно, это и есть функция ферментов. Абсолютно все ферменты по своей природе - белки. То есть белки стыкуются и передают информацию. Белки или ферменты соединяют и разрывают белки, они структурные.
Опять же, куча наших клеточных надстроек держатся за счёт белков. Такая у них деятельность. Заметим, что форма белка внезапно меняется, если он фермент. Ведь что он делает? Он каким-то образом разрывает соединения или создаёт их. Иногда форма белка может меняться в зависимости от функции, которую он выполняет. Мы увидим, что классический случай - это каналы.
Каналы, по которым вещества поступают в клетку и из неё - ионы. Химики в курсе: каналы, которые открываются при одних условиях и закрываются при других. То есть структура белка определяет не только форму и функцию, но также создаёт условия, при которых форма может измениться важным для функции образом.
А отсюда происходит Центральная догма жизни. Её сформулировал Фрэнсис Крик, известный по работе с Уотсоном. Именно Крик сформулировал, что Центральная догма жизни и передача информации - это от ДНК к РНК и к белку. Это стало постулатом целому поколению детей. Это говорили с рождения.
Что так передаётся информация? Постулат регулярно нарушался самыми изощрёнными способами. Их мы разберём позднее, но это была Центральная догма. Одно из нарушений догмы - не принципы передачи от ДНК к РНК и далее, а именно подхода, что для любой последовательности ДНК, для любого гена, для любой структуры белка, которую он кодирует, информация всегда передаётся от ДНК к РНК и к белку, что ДНК решает всё.
Заметим, насколько строго это направление зафиксировано в Центральной догме. Каноническое направление передачи информации в жизни - всё начинается с ДНК, что ДНК решает, когда передать информацию от ДНК к РНК, что ДНК всё понимает. Но как мы скоро увидим, ДНК не знает ни черта. ДНК ни особо не принимает.
Простой пример того, почему Центральная догма вылетела в трубу где-то в семидесятых, может не особо актуальный для нас, но это был первый удар по догме. Интересный факт: существуют такие штуки - вирусы. Вирусы живут тем, что проникают в организмы. Вирусы - это как правило крупицы, и народный ДНК, способные залезть в нашу ДНК, подчинить себе процессы в ней и заставить клетку работать уже в их вредоносных паразитических интересах.
Таким образом, меняется первый шаг в Центральной догме жизни, а значит, меняется РНК, белок и так далее. В семидесятых выяснилось, что есть такие фрики вирусного мира - вирусы из РНК, из промежуточной формы. Очень многим это не понравилось, и они начали травить учёных, которые это обнаружили, и говорить, что это невозможно. Но в итоге работа, удостоенная Нобелевской премии, показала, что есть категория ферментов.
Смотрите, ферменты всплыли, категория ферментов, способных взять информацию из РНК и превратить её обратно в ДНК. Вирусную информацию, и давай химичить. Мощный удар по догме. Вот у нас информация из РНК вируса каким-то образом возвращает форму ДНК, поэтому их называют ретровирусами. Вставляют ДНК и понеслась!
Это был мощный удар. Постепенно все смирились, но этот факт остался лишь мелким примечанием в криковской модели, что всё начинается с ДНК. Это наша Библия, это законодатель, это священный Грааль, это исток. Так что помните, в рамках такой системы сразу становится страшно от мысли, что ДНК что-то изменится.
Что если кусочек кода не так закодируют? Что если у нас выйдет мутация? Поэтому мы разберём классические типы мутации в генетике и какую роль они играют в классической граду аличе ской модели эволюционных изменений. Мы увидим, как вся эта картина рушится, если посмотреть на реальные процессы.
Итак, во-первых, бывает, и, опять же, для тех, кто это изучал, будет небольшой повтор. А кто не изучал? Надеюсь, мы не слишком гоним. Но в целом помните: вам рассказывали о микромутациях. Под микромутациями мы тут будем понимать случаи, когда одна буква в информационной последовательности ДНК случайно копируется с ошибкой или её меняет излучение или её меняет какое-то химическое соединение из среды.
Короче, в случае, когда произошла ошибка и одна буква в цепочке ДНК оказывается неверной, как я уже говорил, пары триплетов. Вот у нас три пары триплетов, и мы видим, что на уровне ДНК аминокислота закодирована тремя базовыми парами. Триплет - тройка. Следующая аминокислота закодирована, и ещё одна закодирована. Как мы только что сказали, может выйти мутация и изменяться одна буква.
Нас интересуют, какие будут последствия в классических областях генетики и эволюционных изменений. Вообще, может случиться три разных вида ошибки. Первое - когда одна из букв нуклеотидов меняется на другую букву - точечная мутация. Иногда точечные мутации не имеют никаких последствий. Как это возможно? По очень простой причине: если посмотреть математику, на каждом месте может быть одна из четырёх возможных букв.
ДНК состоит из четырёх видов букв, четырёх форм, четырёх разных оснований. То есть на первом месте может быть четыре разных буквы, помножить на четыре, помножить на четыре. Итого 64 возможные комбинации из трёх букв ДНК. То есть их 64. А мы кодируем всего 20 аминокислот. Поэтому часть из этих 64 комбинаций являются сигналами "стоп" или "старт" или "слава Богу, пятница" - до чего угодно.
Но главное, что у нас есть запас. Несколько различных триплетов означают одну и ту же аминокислоту. Генетический код избыточен, и обычно, где у нас избыток, где вероятнее вариация, если пара различных триплетов кодирует одну аминокислоту, они обычно отличаются средней из трёх букв. Проще всего, когда меняется именно она, тогда не меняется конечный результат.
Так что у нас есть варианты: почти каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами. Так вот, первый возможный тип мутации, точечная мутация, - это когда одна буква становится другой. Иногда это не имеет никаких последствий, если, например, меняется средняя буква, но и новым триплетом кодируется та же аминокислота, в этом случае выходит нейтральная мутация без каких-либо последствий. Короче, не очень интересная мутация.
А иногда, после точечного изменения одной буквы может получиться код другой аминокислоты, и тогда обычно, если мутирует эта или эта буква, а не скучная средняя, выходит другая аминокислота. И что — конец света? Обычно нет. Разницы, или она минимальная, поскольку у многих аминокислот похожие отношения с водой, похожие реакции и похожие формы. Форма будет не совсем та же, но белок будет работать примерно так же.
Допустим, тут вышла точечная мутация, но большинство бы без особых проблем поняло смысл второй строки в контексте первой. Но бывают и такие точечные мутации, при которых изменение одной буквы даёт новую аминокислоту, и она всем другая, у неё совсем другой характер химических реакций с водой, и получается белок совсем другой формы, вероятно несущей совсем другую информацию.
Как видно, по этому примеру, изменив всего одну букву одной точечной мутацией, можно радикально изменить суть сообщения. У меня однажды так вышло в заявке на грант: "Последний абзац: за 5 лет с помощью ваших денег мы добились того-то и того-то". Не удивительно, что его не продлили. Данный пример показывает точечную мутацию с большими последствиями. Ошибка в одной букве, замена одного нуклеотида на другой может вызвать ничего, что-то несерьёзное или просто катастрофические последствия.
Второй классический вид мутации, второй вариант возможной ошибки - это делеция. Одна из букв теряется в процессе, тогда происходит смещение рамок. В сторону пропуска буква стала последней в предыдущем слове, и в итоге получается полная несуразица. И так будет до конца. В классической генетике мутация делеции - это серьёзная вещь. Она полностью меняет идущий после неё код. Третий классический тип - так называемая инсерция. В этом случае буква дублируется, и рамки смещаются в другую сторону.
Точно так же теряются серьёзные последствия. То есть бывают точечные мутации с серьёзными последствиями или вообще незаметные и всё что угодно. Бывают точечные мутации, и бывают инсерции и делеции. У последних обычно серьёзные последствия. Это всё касается изменений в одной комплементарной паре оснований. Это ВС касается одного-единственного белка, у которого изменится функция. Таким образом, микромутации, мутации одной буквы, они приводят, и это факт будет важен в дальнейшем, они приводят к снижению качества работы белка.
Они меняют эффективность белка, меняя его форму немного или чрезвычайно и так далее. Если вернуться к нашим ключу и замку, то видим, что из-за мутации у него будет немного другая форма, он будет подходить к замку чуть хуже, не сможет оставаться в замке необходимое время и выскользнуть, не передав информацию полностью. В то же время, если случилась делеция или инсерция, форма белка изменится сильно, и это повлияет на качество его работы. Он вообще работать не будет, потому что у него будет другая форма, и он просто не подойдёт к замку.
Так что мы имеем множество мутаций, которые меняют функцию лишь одного белка. Это микроэволюционные изменения. И сейчас мы увидим, как они работают, когда они играют роль. Они играют огромную роль в тех ситуациях, когда изменение формы белка полностью аннулирует его функцию. Два примера. Первый: когда теряется функция существующего гена.
Нам нужно просто, чтобы у нас была какая-то аминокислота, но нельзя, чтобы его было слишком много. Иначе оно станет токсичным и может повредить клетки мозга, нейроны. К счастью, есть один фермент, тоже белок, который превращает фенилаланин во что-то более безопасное. Это всё, что нас интересует. Происходит мутация гена, в котором закодирован данный фермент. Ничего особенного в ней нет: классическая точечная мутация. В результате получается фермент, который теперь не выполняет свою роль. Как следствие, фенилаланин не превращается в более безопасную форму, накапливается и начинает крушить нервную систему человека.
Формируется болезнь фенилкетонурия, очень распространённое генетическое расстройство. И это пример того, когда причина - это мелкая мутация, полностью отрубивший фермент, тот самый, который превращал фенилаланин во что-то более безопасное. И это весьма заметное последствие. Репродуктивный успех человека с фенилкетонурией по правилам эволюции близок к нулю. Болезнь начинает нервную систему сразу после рождения, это серьёзно.
Другой серьёзный пример. Кто-нибудь посещал курс биокор? Те, кто любят гормоны, всегда рады этому примеру. Вот такая интересная вещь может случиться с ребёнком, который, возможно, у вас будет, родился у вас дочь, хорошая, здоровая, нормально растёт, дела у неё замечательные. Где-то лет в 10-11 её одноклассницы начинают достигать созревания. Это чуть раньше среднего показателя для Запада, но не так уж рано. Ничего такого. Годам к 12 по статистике примерно половина её одноклассниц достигнут созревания. 12 - это сейчас средняя отметка на Западе, она ещё нет.
Ерунда, год спустя, по-прежнему нет ничего страшного, но уже небольшое запоздание. Пройдёт ещё год-два - пубертат ВС ещё не прошёл. Вы идёте с ней к врачу, который её внимательно осматривает, и выясняет, в чём дело. После этого у врача, вероятно, расширится зрачки или будет ещё какая-то автономная реакция, когда он поймёт, в чём дело. Затем он очень спокойно, размеренно предложит вам сесть и поговорить и сообщить, что у вашей дочери не было менструации, ведь не было пубертата.
И это происходит с вашей дочерью потому, что у вас нет дочери, у вас сын. Этот ребёнок все эти 14 лет был мальчиком, а не девочкой. У него так называемая... Нет, не скажу, ладно, это называется... Тем более что в методичке написано, кто угадает, как это называется. Это называется синдром тестикулярной феминизации. Получается, мужчина с феминизированными яичками. Эти люди генетически мужчины.
На уровне хромосом всех этих Х и Х. Эти люди рождаются с яичками, эти яички у них где-то в животе. Я не знаю, и просто не опустились. У них яички вырабатывают тестостерон, целое море тестостерона, очень много, столько, что яички должны басом разговаривать. Настолько много тестостерона, тем не менее, выходит женский фенотип, выходят женские наружные гениталии, выходит женское всё. Да, вопрос: "Простите, а это не то же, что нечувствительность к андрогенам?" Именно оно!
Просто умными словами. И ты выдала мой панчлайн, паразитка. Выяснилось, в этой болезни есть нечувствительность к чему-то. Что бы это могло быть? Ну давай, скажи ещё раз. Так, ладно, это у нас как раз одна из классических мелких мутаций. Из-за неё меняется форма рецептора андрогена, рецептора тестостерона, и тогда уже неважно, сколько там в организме тестостерона, рецепторы их просто не заметят.
Это мутация с последствиями, большими последствиями. Она меняет половой фенотип. В истории масса порой ужасающих примеров того, что делали с людьми с синдромом тестикулярной феминизации и с допустимым медицинским вмешательством. Довольно страшная история подошла бы для первой лекции в качестве примера того, какие были взгляды на нормы гендерного поведения.
Ещё пример мутации, только это помягче и не сводит на нет работу какого-то фермента. Она просто делает его немного менее эффективным. Тут речь идёт о болезни, которые встречаются у двух популяций в чуть разных формах: первая в Доминиканской Республике в горах, вторая в горах Новой Гвинеи.
Видим интересное сходство. В обоих случаях сравнительно изолированные инбредные популяции. Всё так и кричит генетика. Только в этих случаях проблема с ферментами, которые производят тестостерон. Совершенно новое расстройство. Там у нас ферменты, то есть белки, а следовательно и гены, в которых кодируется рецептор тестостерона, рецептор, отвечающий мессенджеру.
А этот в самих яичках - куча таких ферментов, которые поэтапно вырабатывают тестостерон, это биосинтетические ферменты, опять белки и гены. Вот у нас мутация в одном из этих важных биосинтетических ферментов. Не очень серьёзная форма, немного не та. В результате его эффективность производства тестостерона немного снижена.
Вообще-то, сильно снижена. И вот что получается: получается человек с крайне низким уровнем тестостерона до созревания, гораздо ниже уровня большинства подростков. Генетически это мужчина, но у него в утробе очень мало тестостерона, гораздо ниже порога, за которым тестостерон имеет какой-то эффект. Человек фенотипически рождается девочкой. Внешне эта девочка - и наружные гениталии женские, а внутренние - нет. Тут же вспоминаем тестикулярной феминизации: там у нас имеется влагалище, которое не ведёт никуда, потому что над ним нет яичников.
Там пара яичек, но наружные гениталии в полном порядке. Вроде бы на сегодня самый распространённый в медицине этический подход и реакция в том, что врач объясняет всё и говорит: "Фактически у вас прекрасная дочь, которая ждёт долгую, счастливую, здоровую жизнь, просто без детей". Это единственная существенная оговорка. А с другой стороны, есть, конечно, реконструктивная хирургия и связанная с ней необычная пугающая операция.
Вернёмся ко второму случаю: у нас крайне низкий уровень тестостерона, и ещё в период жизни в утробе. У плода у мальчика тестостерона почти не было. И теперь он ниже порога какого-либо проявления, приходит половое созревание, и в результате разных изменений мозг начинает посылать сигналы повышать уровень тестостерона до нормального колоссального значения у мужчин. Тут получается, что уровень не поднимается до должного, потому что фермент у нас маленько заторможенный.
Но уровень тестостерона всё-таки достиг порога и начинает действовать. И где-то в период созревания этот человек меняет пол. Этот человек переходит, предаёт десертиент и становится из женщины мужчиной. В результате всех этих новых андрогенных эффектов. Это не полное превращение, но всё-таки переход. Это дико, это не какая-то мелочь, это значительное преобразование.
Опять же, это одиночная мутация, причём это даже не выключает полностью функцию какого-то белка, как фенилкетонурия или синдром тестикулярной феминизации. Просто теперь белок работает чуть иначе. Он достаточно заторможен, чтобы в итоге получалось вот такая необычная картина. А самое интересное - это как пересекаются молекулярная биология и биопоследствия мутации и так далее, и их культурный контекст.
И по всей видимости, в обеих популяциях, люди к этому адаптировались. Ничего страшного. Переходный возраст - у кого-то появляются прыщи, у кого-то пенис. И люди живут, ничего, всё это часть процесса. Культурное принятие причуд биологии.
Ещё один пример, в котором классическая мутация приводит к ещё одному незначительному отклонению. Только в данном случае это отклонение не влечёт за собой явных недугов. В данном случае оно просто, возможно, создаёт черту, которой вы отличаетесь от... А именно у нас есть нейрохимия, система химических мессенджеров в мозге. Если для вас это новое, потерпите, через пару недель мы это разберём.
Речь идёт о классе нейрохимических состояний, связанных с тревожностью, химическом мессенджере, который снижает тревожность. Скоро мы узнаем об этом подробнее. Есть один стандартный класс, он собирательно называется бензодиазепины. Не пугайтесь, если раньше не слышали это слово и тем более не пытайтесь его правильно записать - это невозможно.
Итак, бензодиазепины бывают синтетические версии бензодиазепинов, которые люди принимают при тревожности, например, валиум или либриум. Валиум - это вид синтетического бензодиазепина. Бензодиазепины - это белки характерной формы. И, как вы догадались, есть бензодиазепиновые рецепторы, которые образуют с ними связку "ключ-замок". Так вот, бывают различия, мелкие точечные. Но это не мутации, а просто разные версии той или иной буквы в последовательности ДНК, задающей бензодиазепиновые рецепторы.
Это не мутации, это обычные вариации. То, что один участок может задавать две-три разных аминокислоты, которые работают примерно одинаково. При этом немного меняется форма рецептора, а поэтому и как долго он удерживает бензо пин, и как долго передаётся сигнал. Это всё тонкие вещи, что это нам отчасти объясняет разную степень тревожности у людей. Это одно из миллиона объяснений, но это тоже важная часть.
В этом у нас индивидуальные отличия. Это объясняет одно очень интересное наблюдение: десятилетиями люди вели селекцию крыс рода крыс с разными особенностями поведения. Из них выходят хорошие модели. Есть крысы, склонные к алкоголизму; других выводили быть умными; третьих - не очень умными по части лабиринтов и так далее.
Многие годы разводили несколько популяций, в которых крысы были с высокой и с низкой тревожностью. Очень полезно для понимания таких вещей. Как чем они полезны, не знаю, они просто клёвые. Они полезны для понимания воздействия стресса. Например, тут наступает современная эпоха молекулярной биологии, и оказывается, что в большинстве случаев тревожные и не тревожные породы различаются формой бензодиазепинового рецептора.
Опять же, это всё мелкие различия налицо. Элементарная классическая генетика на молекулярном уровне. Все мелкие различия в одной паре, то там, то здесь - точечные, делиция, инсерция, причём форма может измениться или не измениться. Она может измениться очень сильно, и получится необычный удивительный синдром, при котором человек будет не того пола, что прописан хромосомами. При других различиях менее заметно. Вы смените пол на тринадцатый день рождения, а благодаря некоторым мы впервые замечаем проистекающий и его болячка, как индивидуальная изменчивость.
И всё это ситуации, когда меняется одна пара. И благодаря этому мы можем понять, как мир мутации будет выглядеть, если смотреть с точки зрения эволюции, как эти явления объясняют закономерности эволюции. И вы сразу догадаетесь, куда это нас ведёт. Эти мутации объясняют классическую граду аличе скую модель цепочки мелких изменений.
Они мелкие, потому что у нас единственный начинает работать иначе, и возникает социобиология, немножечко сильнее или немножечко слабее, по причине молекулярных изменений его рецептора. То это повысит количество копий генов данного индивида или может быть понизит. Как это всё сочетается с наукой прошлой недели? Мы тут же понимаем, что нам надо делать. Что если изменение одной пары заставит рецептор работать немного иначе, и фертильность индивида станет на 15% выше, чем у окружающих его конкурентов?
Что нужно? Только подождать. Глянуть ещё раз, и видим, что новая версия рецептора уже у всей популяции. Эта логика проверяется. Есть изменчивость дарвинов, изменчивость на почве мутации, есть дифференциальная приспособляемость. Мы только что определили адаптивные отличия. Возникает крошечное преимущество благодаря немного другой форме. В результате отбор постепенно меняет распространённость гена. Чуточку более эффективная версия станет более распространённой в популяции.
Тут ещё важно то, что это медленные поэтапные изменения. Это граду ализ. Граду ализ прекрасно сочетается с тем, что мы проходили на той неделе. Вся эта адаптация и конкуренция. Каждая мелочь важна. Потому что перевес в 1% по числу копий генов в течение нескольких поколений приведёт к значительному перевесу, и всё это меняется граду аличе.
И постепенно этот факт заметили в нескольких областях, и он может быть очень полезен, ведь позволяет как минимум проследить историю эволюции, рассматривая изменения в одной паре оснований. Так, учёные добрались до одного очень интересного гена, который мы ещё можем вспомнить - это ген Fox P2. Fox P2 как-то связан с речью. Fox P2 впервые заметили у семьи, в которой у всех были какие-то проблемы с использованием речи. И до сих пор идут споры: то ли дело было в координации моторных аспектов речи, то ли в понимании символической стороны языка.
Как бы то ни было, гены нашли мутацию. И возник целый лагерь энтузиастов изучения Fox P2, потому что версии Fox P2 встречаются по всему животному царству: у птиц, у крыс, у приматов, у всех подряд. И у всех этих разных видов, в которых его находили, он как-то связан с общением, он как-то связан с пением птиц, он как-то связан с ультразвуковой вокализацией у крыс. Крысы постоянно трещат между собой в неслышном нам диапазоне, и всюду как-то замешан Fox P2, причём у всех видов свои версии гена Fox P2.
Что нам важно, изучая отличие, видно, что образуется как бы древо различий между всеми этими видами. Гены различия в одну пару оснований между крысой и мышью, различия в одну пару оснований между ястребом и слоном и так далее. Начинаем изучать людей и видим кучу изменений, целая куча изменений за очень короткий эволюционный период. Тут становится понятно, почему наш ген действует совсем иначе, чем у этой компании. У нас он совсем другой, очень непохожий ген. Учёным удалось, на уровне изменений отдельных базовых пар, проследить эволюцию где-то на четверть миллиона лет назад.
За этот период много произошло. Пару лет назад был проведён крутейший, жутковатый эксперимент: учёные взяли человеческую версию Fox P2 и заменили ей мышиную. Они вышибли у мыши родной Fox P2 и дали ей человеческую версию, и посмотрели, что будет. Результат был интересный: мыши тут же начинали напевать за главную песню из Микки Мауса. Как они это докажут? Короче, у таких мышей ультразвуковая вокализация стала сложнее. Это очень интересно. Мы эти результаты ещё годами будем разбирать.
Если опустить детали, то самое главное тут то, что у людей ген далеко ускакал от мира чириканья, жужания, лянья и тому подобного. У нас получается совершенно другая версия этого гена, и можно даже проследить, сколько аминокислот пришлось для этого поменять. И по ходу всего процесса шли пошаговые изменения. Плюс это позволяет нам посмотреть на отпечаток, на эхо процесса отбора.
И тут у нас важный момент: вернёмся к цифрам. Есть 64 способа кодирования аминокислот. Парочка чисто информационных, например, сигналы "стоп" - всего где-то 60 разных способов кодирования 20 аминокислот. То есть в среднем каждая аминокислота может быть кодирована тремя способами. Допустим, идёт у нас случайная мутация, и из этих трёх возможных мутаций 40 не приведут к изменению аминокислоты. По статистике, два раза из трёх изменения не будет.
Иными словами, если мы возьмём случайный набор мутаций, и окажется, что 2/3 из них по части последствий нейтральны, а треть всё-таки вызывает изменение аминокислоты, это будет значить, что в выборке ожидаемое среднее соотношение мутаций с последствиями с изменением аминокислоты и без последствий с кодированием другой версии той же аминокислоты. А допустим, нашли мы непохожий ген, смотрим, чем именно он отличается.
99% пар оснований в этом гене, пускай, 5 миллионов пар, другие, и 99% различий создавали новые аминокислоты. То есть частота гораздо выше, чем будь это случайный процесс. Это последствие чего? Очень мощного отбора, очень выгодных признаков, созданных этими изменениями. Существует термин - это случай так называемого положительного отбора.
Данный при том, что изменения в гене, которые шли миллионы лет, происходили не со скоростью случайных нейтральных мутаций. Плюс помним, что все аминокислоты кодируются тремя способами. Если 99% мутаций имеют последствия, то это шёл серьёзный мощный отбор.
Другой случай: если взять длинный ген с кучей мутаций, из которых 99% нейтральные и ничего не меняют, что это нам говорит? Что функция данного белка критична, и её нельзя менять ни капли. Малейшее изменение в функции белка, копии своих генов ты не передашь. Это у нас стабилизирующий отбор, отрицательный отбор, мощный отбор, который обеспечивает неизменность гена и как следствие его функции.
Если посмотреть на число изменений, на всплеск мутаций, в последние где-то миллионы лет, p2 у человека не похож на остальные виды. Это ВС признаки позитивного отбора. Это вышло не случайно. На каждом этапе появления новых версий, новых аминокислот в цепочке оставались те, по которым шёл положительный отбор. К этим разительным. Понимать, как происходят эти мелкие изменения, неизбежно подошли к одному из самых странных моментов в истории генетики.
Это два обстоятельства, два высказывания, которые будто бы совершенно друг другу противоречат: в среднем у нас 50% общей ДНК полным синим, и 98% общей ДНК с шимпанзе. Это какая-то чепуха. Уде минутку прояснить: что в этом нет никакого противоречия? Гены, с помощью белков, задают. Если перепрыгнуть пару этапов, признаки, черты... Гены задают. И это я сильно упрощаю.
Рога, спинные плавники, лепестки, пестики и тычинки, почки. Это я очень сильно упрощаю. Заметим: генетические сходства у пары разных видов. Что у них обоих есть гены, которыми кодируются спинные плавники. Это, например, пара разных видов китов. У обоих есть гены, которыми кодируются спинные плавники. У китов есть спинные плавники.
Не у нас. Нени у шимпанзе генов спинных плавников нет. Зато у нас есть гены, которыми кодируется таз определённой формы, который позволяет шимпанзе ходить на двух лапах в течение какого-то времени. У нас тоже, у яблони, таких у неё нет таза определённой формы просто нет. Зато если взять геномы человека и шимпанзе, 98% генов кодируют признаки одного типа. У нас, как и у шимпанзе, нет генов, дающих рога, хоботы, бивни, крылья и тому подобное.
И у нас куча других общих генов, которые формируют схожие иммунные системы и тому подобное. Итак, 98% генов кодируют признаки одного типа. Отсюда у нас и совпадение в 98% шимпанзе. И каждый из этих генов может иметь пару разных вариантов, даже несколько разных вариантов. Поэтому вопрос: не есть ли у тебя с полным шимпанзе ген, дающий отстоящие большие пальцы? А одинаковый ли у тебя с шимпанзе тип гена, дающего отстоящие большие пальцы?
Так что мы переходим на уровень вариантов генов одного типа. Поэтому, говоря о процентах общей ДНК с общими с другим видом генах, на самом деле, говорят о типах генов, которыми кодируются типы признаков. Когда мы говорим... Помните прошлую неделю? 50%, 25%, 12,5%, один брат и восемь кузенов. Речь идёт о разных версиях определённых генов, помните эту разницу?
Напоследок, и пойдём на перерыв. Опять же, мы видим в этих моделях, как точечные мутации слегка меняют функцию, и что из-за одного лишнего процента приспособленности и числа копий генов происходят постепенные изменения. Тут есть характерный момент, из которого и возникает политическая составляющая: что повсюду идёт конкуренция. В эволюции поведения, в эволюции видов даже самое мелкое генетическое преимущество влияет на конкурентоспособность и повышает репродуктивность.
Так, ух ты, яблочки у всех красиво светят. Хорошо, намёк понял. Сделаем перерыв. Кто-то молодец. 5 минут перерыв. Какая-то особь чуть эффективнее в рамках естественного и сексуального отбора своей популяции... Так, спасибо!