Рассказ предка

«Фиксированный» – генетический специальный термин, и Дарвин, конечно, не мог иметь его в виду в полностью современном смысле, но он дает мне прекрасное вступление к следующему вопросу. Новая мутация, частота которой в популяции вначале близка к нулю по определению, как говорят, становится «фиксированной», когда она достигает 100 процентов в популяции. Скорость эволюции, которую мы стремимся измерить для молекулярных часов, является скоростью, с которой последовательность мутаций в одном и том же генетическом локусе фиксируется в популяции. Оказалось, что очевидный путь для фиксации – если естественный отбор одобряет новую мутацию относительно предыдущего аллеля «дикого типа», и поэтому ведет к его закреплению: он становится нормой, критерием ритма часов. Но новая мутация может также закрепиться, даже если она ровно настолько же хороша, как ее предшественница – истинная нейтральность. Отбор ничего не делает: все происходит абсолютно случайно. Вы можете моделировать процесс, бросая монету, и можете вычислить скорость, с которой это случится. Как только нейтральная мутация сдрейфует к 100 процентам, она станет нормой, так называемым «диким типом» в этом локусе, пока другой мутации не посчастливится сдрейфовать к фиксации.

Если есть сильный компонент нейтральности, у нас потенциально могли бы быть изумительные часы. Сам Кимура не был очень увлечен идеей молекулярных часов. Но он верил – теперь это кажется справедливым – что большинство мутаций в ДНК действительно являются нейтральными – «ни полезными, ни вредными». И, в замечательно ясном и простом алгебраическом примере, который я не буду здесь подробно выписывать, он вычислил, что, если это верно, то скорость, с которой подлинно нейтральные гены должны «в конечном счете, стать фиксированными», точно равна скорости, с которой вариации образуются изначально: скорости мутации.

Вы видите, насколько прекрасно это для каждого, кто хочет датировать пункты развилок («свидания»), используя молекулярные часы. Пока скорость мутации в нейтральном генетическом локусе остается постоянной в течение долгого времени, скорость фиксации также будет постоянной. Вы можете теперь сравнить один и тот же ген у двух различных животных, скажем, ящера и морской звезды, последним общим предком которых был Копредок 25. Теперь подсчитайте число букв, в которых ген морской звезды отличается от гена ящера. Предположим, что половина различий накопилась в линии, ведущей от копредка к морской звезде, а другая половина в линии, ведущей от копредка к ящеру. Это дает Вам количество тиканий часов, начиная со Свидания 25.

Но все не так просто, и осложнения интересны. Во-первых, если бы Вы слушали тиканье молекулярных часов, то оно не было бы регулярным, как у маятниковых или наручных пружинных часов; оно было бы похоже на счетчик Гейгера возле источника радиации. Совершенно беспорядочное! Каждое тиканье – фиксация еще одной мутации. Согласно нейтральной теории, интервал между следующими друг за другом тиканиями может быть длинным, или он может быть коротким, случайным «генетическим дрейфом». В счетчике Гейгера время следующего тиканья непредсказуемо. Но – и это действительно важно – средний интервал в большом количестве тиканий весьма предсказуем. Надежда на то, что молекулярные часы предсказуемы, так же как счетчик Гейгера, и как правило, это верно.

Во-вторых, скорость тиканья варьирует от гена к гену в геноме. Это было замечено давно, когда генетики могли видеть только белковые продукты ДНК, а не саму ДНК. Цитохром-С эволюционировал со своей собственной характерной скоростью, которая быстрее, чем у гистонов, но медленнее, чем у глобинов, у которых в свою очередь медленнее, чем у фибринопептидов. Таким же образом, когда счетчик Гейгера подвергается воздействию очень слабого источника радиации, такого как глыба гранита, в сравнении с очень сильным радиоактивным источником, таким как глыба радия, время следующего тиканья всегда непредсказуемо, но средняя скорость тиканья предсказуема и кардинально различна, если Вы двигаетесь от гранита к радию. Гистоны похожи на гранит, тикающий с очень медленной скоростью; фибринопептиды похожи на радий, жужжащий как случайная пчела. Другие белки, такие как цитохром-С (или, скорее, гены, которые их создают) являются промежуточными. Существует спектр генных часов, каждые идут со своей собственной скоростью, и каждые полезны для различных целей датирования и для перекрестного контроля друг друга.