Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции

Если Вы постепенно нагреваете ДНК, наступает момент - где-то около 85°C - когда связь между двумя нитями двойных спиралей разрывается, и две спирали разделяются. Вы можете представить 85°C, или неважно какую получившуюся температуру, как "точку плавления". Если Вы позволите ей снова остыть, каждая одинарная спираль спонтанно снова соединится с другой одинарной спиралью или фрагментом одинарной спирали, везде, где найдет фрагмент, с которым она может соединиться, используя обычные для двойной спирали правила комплементарности пар оснований. Можно подумать, что это всегда будет партнер, от которого она только что отделилась и которому, конечно, она полностью соответствует. Действительно так может быть, но обычно все не столь гладко. Фрагменты ДНК найдут другие фрагменты, с которыми они могут соединиться, и это обычно не будут в точности их первоначальные партнеры. И действительно, если Вы добавите разделенные фрагменты ДНК другого вида, фрагменты одинарных нитей вполне способны соединиться с фрагментами одинарных нитей неправильного вида, точно так же, как они соединятся с одиночными нитями правильного вида. Почему бы и нет? Это замечательное следствие переворота в молекулярной биологии Крика и Уотсона, что ДНК - всего лишь ДНК. Она не "заботится" о том, является ли она человеческой ДНК, ДНК шимпанзе или ДНК яблока. Фрагменты охотно соединяются с комплементарными фрагментами везде, где они их находят. Однако прочность связи не всегда одинакова. Однонитевые куски ДНК связываются сильнее с соответствующей одинарной нитью, чем с менее подобными одинарными нитями. Причина в том, что больше "букв" ДНК ("оснований" Уотсона и Крика) оказываются напротив партнеров, с которыми они не могут соединиться. Связь между нитями поэтому ослаблена - как у застежки-молнии с недостающими некоторыми зубьями.

Как нам измерить эту прочность связи, после того, как фрагменты от различных видов нашли друг друга и объединились? До смешного простым методом. Мы определяем "точку плавления" связей. Помните, я говорил, что точка плавления двухспиральной ДНК около 85°C. Это верно для нормальной, должным образом согласующейся двухспиральной ДНК, как, например, когда нить человеческой ДНК "отплавлена" от комплементарной нити человеческой ДНК. Но когда связь слабее - как например, когда человеческая нить соединяется с нитью шимпанзе - достаточно немного более низкой температуры, чтобы разорвать эту связь. И когда человеческая ДНК связывается с ДНК более дальнего родственника, такого как рыба или жаба, достаточно еще более низкой температуры, чтобы их разделить. Различие между точкой плавления, когда одна нить связана к другой нитью своего собственного вида, и точкой плавления, когда она связана с нитью другого вида, является нашей мерой генетического расстояния между двумя видами. Как практическое правило, уменьшение на каждый 1° Цельсия "точки плавления" приблизительно равноценно снижению на 1 процент количества соответствий букв ДНК (или увеличению на 1 процент числа недостающих зубьев в застежке-молнии).

В этом методе есть осложнения, в которые я не вдавался, и хитрые проблемы, для которых есть изобретательные решения. Например, если смешать ДНК человека с ДНК шимпанзе, то большая часть фрагментированной человеческой ДНК соединится с другими фрагментами человеческой ДНК, а большая часть ДНК шимпанзе соединится со своей же. Как отделить гибридную ДНК, чью "точку плавления" Вы действительно хотите определить, от "однородной" ДНК? Ответом является умная уловка, предусматривающая предварительную радиоактивную маркировку. Но эти детали увели бы нас слишком далеко от нашего пути. Суть здесь в том, что гибридизация ДНК - это техника, которая приводит ученых к цифрам, вроде 98 процентов генетического сходства между людьми и шимпанзе, и она приводит к очевидно более низким процентам, если перейти к парам животных, связанных более отдаленным родством.

Новейший метод измерения подобия между парой соответствующих генов различных видов является наиболее прямым и самым дорогим: фактически чтением последовательности букв непосредственно в генах, используя те же методы, которые применялись в проекте "геном человека". Хотя все еще дорого сравнивать весь геном, можно получить хорошее приближение, сравнивая выборку генов, и это теперь делается все чаще.