Люди. По следам наших миграций, приспособлений и поисков компромиссов

В отличие от других форм отбора стабилизирующий отбор может поддерживать функциональное разнообразие долгое время, даже миллионы лет, если критерии отбора остаются неизменными и достаточно устойчивы, чтобы мутации не были утрачены из-за дрейфа генов. В отдельных случаях такие «сбалансированные» мутации могут даже сохраняться после видообразования (появления новых видов), приводя к полиморфизму, называемому трансвидовым.

Люди и шимпанзе против брюссельской капусты

Восприимчивость к горькому вкусу в течение долгого времени рассматривалась как пример древнего стабилизирующего отбора. Повышенная чувствительность к горечи обеспечивала животных – в том числе и человека – важным инструментом взаимодействия с окружающей средой, позволяя им обнаруживать в пище ядовитые компоненты. В 1931 году химик Артур Фокс заметил, что некоторые люди реагируют на фенилтиокарбамид (PTC) – органический компонент, который присутствует во многих растениях, в том числе в брокколи, брюссельской капусте или в перце: этим людям он казался очень горьким, но остальная часть популяции не чувствовала его вкуса. Генетические основы способности к выявлению в пище горького вкуса были идентифицированы 73 года спустя, когда исследователи обнаружили, что три несинонимические замены в гене TAS2R38 отличают фенотип «дегустатора», или пробующего, от фенотипа «недегустатора».

Способность ощущать вкус фенилтиокарбамида – это доминантный генетический признак, классический пример доминантного гена у человека. Распределения фенотипов «дегустатора» и «недегустатора» наблюдаются со средней частотой в большинстве популяций, что в целом соответствует сценарию стабилизирующего отбора, который отдает предпочтение гетерозиготам и большему разнообразию. Тем не менее, можно отметить определенный разброс между несколькими популяциями: фенотип «дегустатора» меняется по частоте от около 75 % на юго-востоке Азии и в Тихоокеанском регионе до около 50 % в Европе и достигает почти 100 % в популяциях индейцев.

В 1939 году Роналд Фишер установил, что у шимпанзе, так же как и у людей, присутствуют одновременно фенотипы «дегустатора» и «недегустатора», с приблизительно той же частотностью. Он объяснил это древним полиморфизмом, который появился еще до разделения ветвей человека и шимпанзе и поддерживался благодаря стабилизирующему отбору в течение последних пяти или шести миллионов лет. В 2005 году был опубликован геном шимпанзе, благодаря чему появилась возможность идентификации генетических вариантов. Год спустя Стивен Вудинг и Майкл Бамшед, в то время работавшие в университете Юты, пересмотрели этот классический случай общего сбалансированного отбора. Секвенировав ген TAS2R38 у 86 шимпанзе и сравнив его с человеческой версией, они сделали неожиданное открытие: объяснение Фишера было неверным. У шимпанзе, в отличие от человека, фенотип «недегустатора» отличается от фенотипа «дегустатора» единичным изменением, не соответствующим ни одному из тех, которые мы видим у человека. Это может означать, что, вопреки предположению Фишера, восприимчивость к горькому вкусу развилась независимо как минимум дважды в ходе эволюции гомининов. А значит, речь идет скорее о конвергентной эволюции, чем о древнем явлении стабилизирующего отбора, общего для двух видов.

Стабилизирующий отбор – действующий механизм?

В других случаях стабилизирующий отбор внутри вида происходит вследствие воздействия специфической окружающей среды. Прекрасным примером современного стабилизирующего отбора, известным с 1950-х годов, является мутация (HbS) в гене, кодирующем гемоглобин. Это один из самых поразительных случаев естественного отбора, поддерживающего высокую частотность вредоносной мутации в популяции людей по причине защитного действия, которое эта мутация оказывает (увеличивая защиту почти в 10 раз в гетерозиготном состоянии) против малярии, вызванной паразитом Plasmodium falciparum. Но у гомозиготных носителей двух экземпляров HbS развивается дрепаноцитоз – форма анемии, часто смертельная и обусловленная изменением формы красных кровяных телец.

Стабилизирующий отбор, который долгое время считался редким явлением у человека, по результатам недавних полногеномных исследований, оказался гораздо более распространен, чем думали раньше. По всей вероятности, этот механизм отбора влиял на значительное количество генов – в частности, связанных с иммунитетом и отношениями патогенов с клеткой-хозяином. А между тем не менее весомым, чем способ пропитания или жизнь в экстремальных условиях холода или гипоксии, фактором естественного отбора была чувствительность человека к патогенам – может быть, она даже стала самым значимым фактором в нашей эволюции. След воздействия отбора, оставленный возбудителями инфекций на наших геномах, настолько важен, что до сих пор я сознательно избегал о нем говорить, чтобы посвятить отдельную главу этому вопросу, играющему первостепенную роль в эволюционной биологии, иммунологии человека и медицинской геномике.

Часть IV Люди и микробы