Геномное древо скрутили в спираль

Геномное древо с зарождением жизни в его центре. Иллюстрация Physorg

Дерево фигурирует во многих мифологиях мира. В исландской «Эдде» рассказывается об Иггдрасиле, или ясене, дорастающем до небесного Асгарда, куда валькирии возносили к пиршественному столу Тора и его отца Одина души павших в битвах воинов. В иврите есть выражение «эц хахайм», тоже означающее древо, дорастающее до неба с обитающими там в кущах ангелами и херувимами.

Идею всевозрастающего вверх дерева впервые использовали в ХVII веке европейские ботаники. А через век после них немец Эрнст Геккель, который ввел понятие онтогенеза, или развития отдельных существ (от греч. «ontoc» – «сущее»). В своей книге «Антропогения» (сегодня мы говорим «антропогенез»), вышедшей в 1866 году, Геккель писал про Stammbaum des Menschen, или родословное древо человечества. Потом первое слово стали использовать микробиологи для названия штаммов своих «подопечных», а еще позже – для обозначения стволовых клеток (Stem Cells). Развивая мысль о едином происхождении, ученый говорил о «монофилетическом древе», что в переводе на русский означает «одна нить» (сравни: анфилада, филиал, филигрань).

Окончательный вид древо познания человека приобрело в 1879 году в книге «Эволюция человека», в которой под названием Pedigree of Man было изображено дерево с мощным основанием ствола, оно образовывало вертикаль, восходящую к человеку – MAN. Естественно, что автор и художник-гравер отталкивались от внешней – фенотипической – оболочки сложного процесса. Этот процесс, как мы теперь понимаем, начинался с химической эволюции нуклеиновых кислот, о которых во времена Геккеля еще никто не знал. Впрочем, некий католический монах по имени Грегор Мендель уже нащупал на своих делянках с горохом универсальные законы развития всего живого и неживого.

Мы, земляне, как известно, обитаем в одном из рукавов спиральной галактики Млечный Путь. Поэтому нет ничего удивительного, что новое «древо» сотрудники университета Темпл («Храм») также представили миру в виде спирали. На спирали Темпла размещены геномы представителей 50 тыс. видов. Первое, о чем свидетельствует спираль, – это постоянство изменений, говорящее о равномерности хода молекулярных часов, фиксирующих изменения в нуклеотидных последовательностях ДНК. Это, по мнению авторов, говорит о незаполненности экологических ниш видами, что противоречит устоявшемуся мнению о замедлении эволюции по мере заполнения их новыми видами.

Для «выращивания» своего древа с помощью новых компьютерных программ авторы использовали данные по 2274 геномным исследованиям, 96% которых было проведено в годы, прошедшие после расшифровки генома человека.

Исследователи «спросили» компьютер о роли приспособления как силы, определяющей возникновение видов, которая долгие десятилетия скрывала значение и важность случайных генетических изменений. Незначительность этих изменений объясняет необходимость примерно 2 млн лет на возникновение нового вида, например человека, чего, естественно, не знал автор «Антропогении». Опираясь на временную составляющую процесса развития жизни на Земле, ученые отделяют видообразование от «приспособленчества».

Последнее, исходя из геномики, вовсе не определяет, как и когда возникает новый вид. Поэтому авторы предпочитают говорить не просто о Древе жизни, а о Временном древе (Time Tree). Они надеются, что их спираль позволит специалистам других областей биологического знания делать новые открытия. Вспомним, что главное открытие тайны жизни и природы гена – двуцепочной ДНК – сделали орнитолог и классический физик.

Ученые вовсе не собираются пребывать в эмпиреях, справедливо указывая на большое значение эволюционных исследований для медицины, и в частности для понимания причин онкологических заболеваний. Все они имеют причиной своего возникновения изменения в эволюционно-консервативных генах уже на стадии эмбриональных стволовых клеток, обособляющихся в зародышевом мешке уже после нескольких делений оплодотворенной яйцеклетки.

Древо рода человеческого, как его представлял Геккель.  Иллюстрация Physorg

Удивительно, что все разнообразие предков человека, сменявших друг друга на протяжении 6 млн лет, прошедших после «расщепления» общего предка современных людей и шимпанзе, дало всего один вид. Победивший неандертальцев и денисовцев человек современного вида с его несколькими расами представляет собой уникальное исключение, особенно на фоне многообразия млекопитающих, которые во времена динозавров были представлены парой-другой мелких грызунов. А сколько видов млекопитающих вымерло до появления человека и выбито им!

Спиральное Временное древо жизни позволяет картировать точки возникновения видов и проследить историю развития их предков. Вполне возможно, что спираль наконец-то расскажет, отчего исчезли динозавры, поскольку не все согласны с ударной версией космического странника, врезавшегося в Землю. Динозавры, не дававшие развиваться млекопитающим, были уже на исходе своей эволюционной истории, что отразилось на измельчении их видов (по сравнению с гигантскими особями юрского периода).

То же затем случилось с саблезубыми тиграми и другой «молочной» мегафауной, вымершей задолго до того, как хитроумные – наподобие Одиссея – представители современного человека 

20 тыс. лет назад выбили мамонтов (а задолго до того, возможно, и неандертальцев). Если жителей долины Неандера не выбили и не съели, то, возможно, их геном повторил судьбу геномов 90% видов, живших на Земле до нас.

С другой стороны, не является ли сонм геномных нарушений, лежащих в основе болезней, свидетельством угасания нашего вида? Очень не хотелось бы так думать, только вот четверть человечества в полном соответствии с заветами Менделя в той или иной мере сталкивается с трансформацией клеток, аномальный рост и деление которых приходится сдерживать разными способами. Кстати, при СПИДе и лихорадке Эбола, а также при раке молекулярные биологи видят мощную диверсификацию вирусных и клеточных геномов, что способствует преодолению всех мыслимых систем защиты организма, созданных за 4 млрд лет.