Чтение онлайн

Перед тем как продолжить, я должен прояснить возможную путаницу со значением слова «ген». Разные люди подразумевают под этим разные вещи, но особую опасность таит здесь путаница, которая заключается в следующем. Некоторые биологи, особенно молекулярные генетики, определенно зарезервировали слово «ген» для местоположения на хромосоме («локуса»), и они используют слово «аллель» для каждой из альтернативных версий гена, которая могла бы находиться в этом месте. Чтобы привести упрощенный пример, ген цвета глаз входит в различные версии или аллели, включая голубую аллель и карюю аллель. Другие биологи, особенно та их категория, к которой принадлежу я, которую иногда называют социобиологами, поведенческими экологами или этологами, склонны использовать слово «ген», чтобы обозначать то же самое, что и «аллель». Когда нам нужно слово для сегмента в хромосоме, который может быть заполнен любым набором аллелей, мы имеем тенденцию говорить «локус». Люди, подобные мне, склонны говорить: «Представьте себе ген синих глаз и конкурирующий ген карих глаз». Не все молекулярные генетики выражаются так, но это – известная привычка у биологов моей категории, и я буду иногда следовать ей.

Есть впечатляющая разница между «родословными деревьями генов» и «родословными деревьями людей». В отличие от человека, который происходит от двух родителей, у гена есть только один родитель. Каждый из Ваших генов должен был быть получен или от Вашей матери, или от Вашего отца, от одного и только одного из Ваших четырех бабушек и дедушек, от одного и только одного из Ваших восьми прабабушек и прадедушек, и так далее. Но когда люди прослеживают своих предков традиционным путем, становится очевидным, что они происходят в равной мере от двух родителей, четырех бабушек и дедушек, восьми прабабушек и прадедушек и так далее. Это означает, что «генеалогия людей» намного более запутана чем «генеалогия генов». В некотором смысле, ген следует единственным путем, выбранным из лабиринта перекрещивающихся маршрутов, отображенных на (человеческом) родовом дереве. Фамилии ведут себя как гены, а не как люди. Ваша фамилия выбирает тонкую линию на Вашем широком генеалогическом дереве. Она указывает на родословную, передающуюся от мужчины к мужчине. ДНК, с двумя примечательными исключениями, к которым я перейду позже, не является такой женоненавистницей, как фамилии: гены прослеживают свою родословную через мужчин и женщин с равной вероятностью.

Некоторые из наиболее хорошо задокументированных человеческих родословных принадлежат европейским королевским семьям. В следующем генеалогическом дереве дома Саксен-Кобург, обратите особое внимание на принцев Алексиса, Вольдемара, Генриха, и Руперта. «Родословное дерево» одного из их генов особенно легко проследить, потому что, к сожалению для них, но к счастью для нас, рассматриваемый ген был дефектным. Он дал этим четырем принцам и многим другим из их злополучной семьи легко узнаваемую болезнь крови – гемофилию; их кровь не сворачивалась должным образом. Гемофилия наследуется особым образом: ее несут X-хромосомы. У мужчин есть только одна X-хромосома, которую они наследуют от своей матери. Женщины имеют две X хромосомы, по одной от каждого родителя. Они страдают от болезни, только если унаследовали дефектную версию гена и от своей матери, и от своего отца (то есть гемофилия является «рецессивной»). Мужчины страдают от болезни, если их единственная «неохраняемая» X-хромосома имеет дефектный ген. Очень немногие женщины страдают от гемофилии, зато многие женщины – «переносчики». У них есть одна копия дефектного гена и 50-процентный шанс передать его каждому ребенку. Женщины-переносчики всегда, когда беременны, надеются на дочь, но у них все еще есть существенный риск иметь гемофилийных внуков. Если страдающий гемофилией мужчина живет достаточно долго, чтобы иметь детей, он не может передать этот ген сыну (мужчины никогда не получают свои X-хромосомы от своего отца), но он обязательно передаст его дочери (женщины всегда получают только X-хромосому от своего отца). Зная эти правила, и зная, у каких мужчин королевской семьи была гемофилия, мы можем проследить дефектный ген. Вот обратное генеалогическое дерево с выделенным путем гена гемофилии.

Родословная злополучного дома Саксен-Кобург

Кажется, сама Королева Виктория была мутантом. Это не был Альберт, потому что его сын, принц Леопольд, страдал гемофилией, а сыновья не получают X-хромосому от своего отца. Ни один из непрямых родственников Виктории не страдал от гемофилии. Она была первой королевской особой, несущей этот ген. Неправильное копирование должно было произойти или в яйце ее матери, Виктории Саксен-Кобург, или, что более вероятно по причинам, объясненным моим коллегой Стивом Джонсом (Steve Jones) в «Языке генов», «в августейших яичках ее отца, Эдварда, герцога Кентского».

Хотя ни один из родителей Виктории не был переносчиком и не страдал от гемофилии, у одного из них действительно был ген (строго говоря, аллель), который был предмутантным «родителем» королевского гена гемофилии. Мы можем предположить (хотя не можем проследить) родословную этого гена королевы Виктории, прежде чем он мутировал, чтобы стать геном гемофилии. В наших целях является несущественным, кроме диагностического удобства, что копия гена Виктории была повреждена, в то время как его предшественники не были. Поскольку мы прослеживаем назад генеалогическое дерево гена, мы игнорируем его эффекты, кроме тех, которые делают его опознаваемым. Происхождение гена должно брать начало до Виктории, но видимый след утерян, поскольку тогда это не был ген гемофилии. Мораль в том, что у каждого гена есть один родительский ген, даже если из-за мутации они не идентичны с родительским. Так же у него есть только один ген-прародитель, только один ген-прапрародитель, и так далее. Это может показаться странным способом мышления, но нужно помнить, что наше путешествие имеет целью поиск предка. Данное упражнение должно помочь нам увидеть то, на что похожи поиски предка с точки зрения гена, а не человека.

В «Рассказе Тасманца» мы столкнулись с акронимом ПОП (последний общий предок), как альтернативой понятия «копредок». Я хочу зарезервировать «копредок» для последнего общего предка во всеобщей генеалогии (людей или других организмов). Так, говоря о генах, я буду использовать «ПОП». У двух или более аллелей различных людей (или даже, как мы увидим, одного и того же человека) конечно есть ПОП. Это – предковый ген, а каждый из этих аллелей – его копия (возможно, видоизмененная). ПОП генов гемофилии прусских принцев Вольдемара и Генриха располагался на одной из двух X-хромосом их матери, Ирэн, герцогини фон Гессен и на Рейне. Когда она была еще плодом, две копии одного гена гемофилии, который она несла, были переданы последовательно в две яйцеклетки – предшественниц ее несчастных сыновей. Эти гены, в свою очередь, разделяют ПОП с геном гемофилии российского цесаревича Алексея (1904-1918) в виде гена, который несла их бабушка, принцесса Алиса Гессенская. Наконец, ПОП генов гемофилии всех четырех из наших выбранных принцев является тем самым, который впервые предстал нашему вниманию как мутантный ген самой королевы Виктории.

У генетиков есть слово для подобного рода прослеживаемых генов: их называют сросшимися. Если смотреть в прошлое, линии происхождения этих двух генов, можно сказать, соединяются в одной точке, где, если снова смотреть в будущее, родитель копирует два экземпляра гена для двух последующих детей. Пункт соединения представляет собой ПОП. У любого родового дерева генов есть много точек соединения. Гены гемофилии Вольдемара и Генриха соединяются в ген ПОП, который несет их мать Ирэн. Затем их линия соединяется с ветвью, нисходящей к цесаревичу Алексею. И, как мы видели, все королевские гены гемофилии воссоединяются в королеве Виктории. Ее геном содержит ПОП генов гемофилии всей династии.

В моем примере соединение генов гемофилии всех четырех принцев происходит в одном человеке (Виктории), которая оказалась также их последним общим генеалогическим («человеческим») предком, их копредком. Но это – только совпадение. Если бы мы выбрали другой ген (скажем, ген цвета глаз), то его путь по генеалогическому дереву был бы совсем другим, и гены соединились бы в более отдаленном предке, чем Виктория. Если бы мы выбрали ген карих глаз принца Руперта и ген голубых глаз принца Генриха, то соединение должно быть, по крайней мере, столь же далеким, как разделение предкового гена цвета глаз на два типа, карий и голубой, событие, погребенное в доисторической эпохе. У каждого участка ДНК есть родословная, которая может быть прослежена в некотором смысле отдельно, но параллельно той родословной, где мы следуем за фамилиями в «Книге регистрации рождений, браков и смертей».

Мы можем даже сделать это для двух тождественных генов одного и того же человека. У принца Чарльза голубые глаза, что означает, поскольку голубой является рецессивным, что у него есть два голубоглазых аллеля. Эти два аллеля должны соединяться где-нибудь в прошлом, но мы не можем сказать, когда и где. Это могло произойти столетия или несколько тысячелетий назад, но в частном случае принца Чарльза, возможно, что два голубоглазых аллеля соединяются в столь же недавно жившем человеке, как королева Виктория. Так могло случиться потому, что принц Чарльз происходит от Виктории дважды: через короля Эдуарда VII и через принцессу Алису Гессенскую. Следуя этой гипотезе, единственный ген голубых глаз Виктории в разное время создал две свои копии. Эти две копии одного и того же гена передались по наследству нынешней королеве (правнучке Эдуарда VII) и ее мужу, принцу Филиппу (правнуку принцессы Алисы) соответственно. Две копии одного гена Виктории, возможно, могли встретиться снова на двух различных хромосомах у принца Чарльза. Фактически это почти наверняка случилось для некоторых из его генов, будь то ген голубых глаз или нет. И независимо от того, соединяются ли его два гена голубых глаз в королеве Виктории, или в ком-то из более отдаленных предков, у этих двух генов должен был быть ПОП в некоторой определенной точке в прошлом. Не имеет значения, говорим ли мы о двух генах одного человека (Чарльз), или двух людей (Руперт и Генрих): логика одна и та же. Для любых двух аллелей различных людей или одного и того же человека закономерен вопрос: когда и в ком, соединяются эти гены, если проследить их прошлое? Мы можем расширить этот же вопрос для любых трех генов или любого числа генов в популяции в одной и той же генетической позиции («локусе»).

Глядя намного далее назад в прошлое, мы можем задать тот же вопрос относительно пар генов в различных локусах, потому что гены дают начало генам в других локусах в процессе «дупликации». Мы встретим это явление снова в «Рассказе Обезьяны-Ревуна» и в «Рассказе Миноги».

Отдельные люди, которые связаны близким родством, имеют большое количество общих генных родовых деревьев. Мы разделяем большинство наших генных родовых деревьев с нашими близкими родственниками. Но некоторые из этих генных деревьев, представляющие «меньшинство голосов», относят нас ближе к нашим более отдаленным родственникам. Мы можем представить себе близость родства среди людей как своего рода решение большинством голосов среди генов. Некоторые из Ваших генов голосуют за, скажем, королеву, как близкую кузину. Другие утверждают, что Вы ближе, по-видимому, к намного более отдаленным особам (как мы увидим, даже членам других видов). Когда проведен опрос, у каждой части ДНК окажется различное представление об общем прошлом, потому что каждый прошел различный путь через поколения. Мы можем надеяться получить всестороннее представление, только опрашивая большое количество генов. Но в этом вопросе мы должны с подозрением относиться к генам, расположенным близко друг от друга на хромосоме. Чтобы понять, почему, мы должны знать кое-что о явлении рекомбинации, которая случается каждый раз при создании сперматозоида или яйцеклетки.

При рекомбинации, случайно выбранные участки тождественной ДНК меняются местами на хромосомах. В среднем в хромосоме человека наблюдаются только один или два обмена (меньше – при создании сперматозоида, больше – при создании яйцеклетки, неизвестно почему). Но во многих поколениях множество различных участков хромосомы, в конечном счете, обмениваются местами. Так, вообще говоря, у двух близлежащих на хромосоме участков ДНК шанс, что граница обмена пройдет между ними, ниже, и с большей вероятностью они будут унаследованы вместе.