Участки ДНК, присущие исключительно людям: общие сведения
Сравнительный анализ ДНК человека и обыкновенного шимпанзе ( Pan troglodytes ) показал, что почти на 99% наши ДНК идентичны. Другими словами, из 3 млрд букв (нуклеотидов), составляющих геном человека, лишь 15 млн (менее 1%) изменились за последние 6 млн лет, прошедших с момента расхождения эволюционных путей человека и шимпанзе. Теоретически большая часть изменений вообще никак не повлияла на нашу биологию, однако где-то среди 15 млн нуклеотидов лежат именно те отличия, которые и делают нас людьми.
Поскольку большая часть случайных генетических мутаций не приносит организму ни вреда, ни пользы, они накапливаются с постоянной скоростью; по ним можно судить о времени, минувшем с момента обособления двух видов, произошедших от общего предка (скорость накопления таких изменения называют ходом молекулярных часов ). Ускорение темпов накопления модификаций в некоторой части генома говорит о положительном давлении естественного отбора, когда мутации, увеличивающие шансы организма на выживание и размножение, передаются потомкам с повышенной вероятностью. Другими словами, части кода, претерпевшие наибольшие изменения со времени разделения человека и шимпанзе, скорее всего и представляют собой как раз те самые последовательности, благодаря которым человек стал человеком.
Компьютерныйт анализ списка быстро изменявшихся последовательностей поставил первым номером последовательность из 118 нуклеотидов, названную HAR1 . Показано, что человеческая HAR1 располагается в двух перекрывающихся генах. Общая для них последовательность HAR1 является представителем совершенно нового структурного типа РНК, обнаруженного сверх шести известных классов генов РНК.
Другим примером быстроизменившейся эволюционно последовательности, является последовательность, содержащееся в гене FOXP2 . Показано, что она связана с речью.
Как правило, приматы имеют относительно более крупный мозг в сопоставлении с размерами тела, однако объем человеческого мозга увеличился еще в три с лишним раза по сравнению с объемом мозга общего предка человека и шимпанзе. Генетические исследования случаев микроцефалии , при которой размер мозга человека может снижаться на 70%, выявили, что в регулировании размеров мозга участвуют ASPM и еще три гена: МСРН1 , CDK5RAP2 и CENPJ . Было показано также, что по ходу эволюции приматов ASPM несколько раз претерпевал значительные изменения и, следовательно, подвергался положительному давлению естественного отбора. По крайней мере один из таких периодов изменений приходится на отрезок эволюции человека уже после обособления от предков шимпанзе; вероятно, в этом заключается одна из потенциальных причин увеличения нашего мозга.
Другие части генома могли влиять на метаморфоз человеческого мозга более косвенно. Компьютерное сравнение геномов, выявившее HAR1, позволило также обнаружить еще 201 область, претерпевшую быстрые изменения в эволюции человека, большая часть из которых не кодирует ни белки, ни даже РНК. Скорее всего, данные области представляют собой регуляторные последовательности, обеспечивающие включение и выключение расположенных рядом с ними генов. Поразительно то, что более половины генов, расположенных рядом с областями HAR, участвуют в развитии и функционировании мозга. Как и в случае FOXP2, продукты многих из них заняты регуляцией других генов.
Таким образом, несмотря на то что области HAR составляют незначительную часть генома, изменения в этих областях могут значительно изменить человеческий мозг путем влияния на активность множества взаимосвязанных генов.
Хотя идентифицировано множество генетических последовательностей - замечательных кандидатов на объяснение генетических причин отличительных свойств человека, - в большинстве случаев мы практически ничего не знаем о функциях этих генетических последовательностей. Пробелы в наших знаниях особенно велики для таких областей, как HAR1 и HAR2 , в которых не кодируются никакие белки.
Быстро эволюционировавшие последовательности, присущие только человеку, указывают нам, куда следует двигаться дальше. Видимо, мы стали людьми не столько из-за изменений в белковых строительных кирпичиках нашего организма, сколько благодаря тому, что в ходе эволюции изменились время и место включения и выключения генов, ответственных за их производство. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование, проводящиеся в настоящее время в тысячах лабораторий во всем мире, обещают раскрыть, что же происходит в этих 98,5% нашего генома, которые не кодируют никаких белков, но с каждым днем представляются нам все менее и менее "бесполезными".
