Современные данные говорят о том, что человеческий геном отличается от генома шимпанзе всего на один процент. Это означает, что все разительные отличия человека от обезьян укладываются в малое число генетических изменений.
Мой вопрос сотруднику Палеонтологического института РАН, доктору биологических наук Александру Маркову. Насколько корректны часто появляющиеся заявления о том, что, например, найден ген, который сделал человека человеком, или найден ген речи, или ген, определивший размеры мозга?
— Такие заявления значительно преувеличивают реальные достижения, которые сделаны на сегодняшний день. В действительности обычно речь идет о том, что находят тот или иной ген, который важен для развития мозга или речи, который является необходимым, но скорее всего недостаточным условием. Так же, как в обычном генетическом анализе, когда мы говорили о гене болезни, скажем. Такого рода заявления – это некая условность, упрощение.
Так же и в случае и с теми генами, которые нас отличают от шимпанзе. Геном шимпанзе прочтен на сегодняшний день, в отличие от остальных обезьян. Эволюционные линии человека и шимпанзе разошлись по современным оценкам примерно шесть с половиной миллионов лет назад. Сравнительные исследования очень активно начали развиваться после того, как был прочтен геном шимпанзе и появилось два полностью прочтенных генома — человека и шимпанзе. И огромное количество ученых занялось вплотную этим вопросом.
Во-первых, надо было эти отличия просто найти, во-вторых, начать их как-то сортировать и раскладывать по полочкам, чтобы понять, какие из них могут быть важны, а какие — несущественны. И известно, что между геномом шимпанзе и человека существует чуть более 1% различий, то есть почти на 99% наши геномы идентичны. То есть между ДНК человека и шимпанзе всего порядка 35 миллионов различий. И задача ученых понять, где именно в 35 миллионах различий ключевые, которые собственно и делают нас людьми, а не обезьянами.
— 35 миллионов различий между геномом человека и шимпанзе – это не так мало.
— Это не так мало, но по сравнению с размером генома не так много. Текст, в котором отличается каждая сотая буква, — это практически один и тот же текст. Прежде всего, конечно, ученых интересовали отличия в тех частях генома, которые кодируют белки. Одна из первых таких ярких находок была связана с геном FOXP2, который в популярных изданиях называют геном речи. Дело в том, что мутации в этом гене могут приводить к серьезным нарушениям членораздельной речи. И второе: в этом гене обнаружены отличия от шимпанзе и в соответствующем белке отличаются две аминокислоты. Поэтому, естественно, появилось предположение, что изменения, произошедшие в этом гене, связаны со способностью к членораздельной речи. Однако говорить, что этот ген является геном речи, неправильно, потому что функция этого гена неизвестна, известны только некоторые косвенные факты.
Если FOXP2 поврежден, речь ухудшается. Он, по-видимому, каким-то образом связан с управлением сложными движениями языка, губ, с их координацией. Этот ген есть не только у человека и обезьяны, он есть у всех млекопитающих и птиц. Недавно было обнаружено, что ген FOXP2 у певчих птиц во время пения изменяется его активность в мозге, причем в тех отделах мозга птицы, которые отвечают за пение.
— А каковы другие различия человека и шимпанзе?
— Другие известные случаи, когда какой-то кодирующий ген у человека сильно отличается от шимпанзе – это два гена, которые связаны с ростом мозга. Мутация в этих генах привозит к микроцефалии, то есть к недоразвитию мозга, замедлению роста мозга. Здесь корректно говорить, что этот ген, необходим для правильного развития роста мозга.
В этом гене у человека есть различия с шимпанзе и, более того, есть признаки того, что этот ген подвергался интенсивному отбору. То есть изменения в этом гене были важны и действовал естественный отбор. В случае с геном микроцефалином (Microcephalin) было показано, что самый распространенный у современных людей вариант этого гена появился сравнительно недавно и очень быстро распространился. То есть это могло происходить только под действием отбора: появилась удачная мутация или несколько удачных мутаций, которые дали их носителям преимущество.
Этот ген очень быстро распространился. Скажем, у европейцев 70-80% обладатели этой усовершенствованной версией микроцефалина, а 20-30% с другими версиями этого гена, и они на первый взгляд не уступают. Нужно проводить специальные исследования, чтобы понять, на что он влияет.
А самая свежая новость – это ген, который кодирует маленькую регуляторную РНК, которая работает у эмбриона в мозге в тот период развития, когда происходит закладка структуры коры мозга — это самый критический момент развития эмбриона и именно тогда этот ген работает. Он привлек особое внимание, потому что оказалось, что этот ген человека имеет целых 18 отличий от той версии, которая есть у шимпанзе. Притом, что ген этот у шимпанзе отличается от варианта курицы только двумя отличиями. У шимпанзе и у курицы этот ген одинаковый, а у человека совершенно другой, и он работает как раз в тот момент, когда мозг формируется. Это, конечно, очень интересно. Но опять же непонятно, что именно делает этот ген, на что он влияет. Это все достаточно трудно выяснить и все это пока откладывается на потом.
Мы привели два-три примера, и на самом-то деле больше приводить почти нечего. То есть мы пока нашли очень немного белков, которые существенно отличаются у шимпанзе и человека.
— Эти работы обнадеживают, мы видим отличия, мы находим гены, мы можем сравнивать людей из разных популяций. Какие результаты могут изменить наше представление о людях, о животных, о природе?
— Это, конечно, очень важно для формирования мировоззрения, для понимания того, что мы собой представляем. К сожалению, пока среди найденных генетиками фактов, не так много поддающихся какой-то осмысленной интерпретации, но некоторые моменты очень интересны.
Например, одним из наиболее хорошо проработанных чисто человеческих генов, которые отличают нас от обезьян, считается так называемый продинорфин, это ген, который кодирует вещества удовольствия - эндорфины. Это те вещества, при помощи которых осуществляется эмоциональная регуляция поведения, то есть от каких своих поступков мы получаем удовольствие, от чего не получаем.
Оказывается, что в регуляторной области этого гена сконцентрированы отличия от обезьян, от шимпанзе. И даже проводили эксперименты, пересаживали эту регуляторную область в другие клетки и оказалось, что в культуре клеток человеческая версия гена просто-напросто активнее работает. То есть производится больше веществ удовольствия. Что это значит? Пока трудно сказать. Ясно, что вряд ли тут дело просто в увеличении количества этих веществ удовольствия, поскольку изменения затронули регуляторную область - это значит скорее всего, что эти вещества у нас синтезируются в каких-то иных ситуациях, чем у обезьян. То есть мы получаем удовольствие от чего-то другого и получаем иное количество удовольствия, чем обезьяны. Понятно, что это механизм контроля поведения – это самое главное, это то, что определяет наши поступки.
— Чего мы можем ожидать от сравнительных исследований генома человека и шимпанзе?
— Сегодня эта тема является одной из самых «горячих» в биологии, в генетике, в сравнительной науке, многие ученые очень увлечены этим делом. Мы находимся в самом начале пути. Геном шимпанзе был прочтен совсем недавно, но те результаты, которые получены, уже содержат в себе массу интересного. Мы понимаем, что мы на самом деле генетически очень мало отличаемся от животных. Те изменения, которые придали нам уникальные свойства человека, на генетическом уровне оказываются незначительными. То есть животно-биологическая основа у нас очень сильна, изменилась только какая-то тонкая регуляция этих биологических животных систем, которые были у наших животных предков.
— Удивительно, что такие малые отличия генома шимпанзе и человека привели к таким сильным результатам.
— Вот это действительно удивительно. И мы начинаем по-настоящему понимать, что эволюционные изменения очень крупные, приводящие к огромным преобразованиям строения, поведения, нервной деятельности, могут быть связаны с очень небольшими изменениями на генетическом уровне.