Половой отбор у людей. Глава 1_(2).Вредные мутации.

Новичок, начни здесь!

Итак продолжим, Камрады.

Начало книжки (с Аннотацией) ---> Половой отбор у людей. Начало книги

Целиком эту отличную книжку можно совершенно бесплатно скачать тут - Половой отбор у людей

Накопление мутаций

Концепция накопления мутаций, в некотором смысле универсальна — она относится как к бесполому размножению, так и к половому. Проще объяснить её очень приблизительной, зато наглядной аналогией.

Допустим, человек написал книгу, а второй человек должен её переписать. Вполне вероятно, что он допустит при переписывании ошибки. Если же он их не допустит, то вполне вероятно, что ошибку допустит следующий переписыватель.

Рисунок 1. Переписчики за работой. Иллюстрация из кодекса Albendense, библиотека Сан-Лоренсо-де-Эль-Эскориаль (Испания).

То есть всегда существует вероятность, что в одном из следующих переписываний образуется первая ошибка. Но не последняя. А затем, при последующих переписываниях, добавятся новые ошибки.

Допустим кто-то допустил первую ошибку. В будущем кто-то другой, переписывая уже эту (получившуюся в результате переписки) книгу, может случайно эту ошибку исправить, если ошибется в том же месте определенным образом. Однако, интуитивно понятно, что вероятность создания новой ошибки в книге при её следующем переписывании явно выше, чем вероятность совершенно случайного исправления старой ошибки (в случае с книгой и человеком-переписчиком, человек может в принципе догадаться, что была допущена ошибка и сознательно её исправить, так что аналогия тут весьма условная, но зато наглядная).

В общем, можно сказать, что накопление мутаций в генофонде происходит потому, что при копировании генетического материала (которое в природе предшествует размножению — см. ниже) вероятность создать новую ошибку — новую мутацию, очевидно, статистически выше, чем вероятность совершенно случайно исправить старую ошибку.

Генетический материал (ДНК) передается детям с помощью половых клеток родителей — сперматозоидов и яйцеклеток. Половая клетка содержат половину генома от соответствующего родителя — папы или мамы. Сперматозоид и яйцеклетка при оплодотворении вместе образуют «зиготу», из которой развивается зародыш («эмбрион»), а из него — плод, который потом родится на свет.

Яйцеклетки закладываются в организме будущей женщины ещё во время её эмбрионального развития и потом небольшая часть из них, всего несколько сотен, достигает полной зрелости в яичниках. У мужчин сперматозоиды начинают образовываться в подростковом возрасте.

Половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) образуются из «клеток-предшественников» (что это за клетки нам тут не суть важно). Клетки-предшественники, прежде чем превратиться в половые клетки, сначала размножаются «митозом» — делятся, чтобы образовать достаточное их количество. При митозе их ДНК просто копируются. Затем происходит «мейоз» — процесс образования половых клеток. Мейоз состоит из двух делений, но копирование генома происходит только во время первого деления. В результате образующиеся половые клетки содержат лишь «половинки» генома (которые, соединяясь потом при оплодотворении, образуют уже полный геном для будущей новорожденной особи).

Таким образом, можно сказать, что ДНК половой клетки — это результат предыдущих копирований ДНК в организме особи. Особь, очевидно, получает геном от родителей и передает своим детям.

То есть получается, что ДНК любой особи — это результат многократных предыдущих копирований ДНК, в череде поколений предков этой особи. При копировании генетического материала, как мы уже поняли, происходят «ошибки» — мутации.

Процесс копирования ДНК имеет отдельное название — «репликация». Репликация — хоть и не единственный, но основной источник мутаций (всего этих источников несколько, но не суть).

Суммируя вышесказанное, получается, что геномы, передаваясь от потомка к потомку, накапливают ошибки (мутации), в основном — при копировании («репликации») генетического материала.

Большая часть мутаций, к счастью, исправляется генетической «ремонтной системой» — постоянно происходит так называемая «репарация» ДНК. Но, в силу довольно сложных причин, часть мутаций не исправляется в ходе репарации. Мало того, сама репарация тоже является одним из источников «ошибок» — ошибки происходят в само́м процессе репарации ДНК.

Итак, мутации, возникшие в половых клетках родительских особей (или в тех клетках-предшественниках, из которых половые клетки образуются), могут, наряду с мутациями, которые родительские особи получили от своих родителей, передаваться в геном следующего поколения.

Заметим, что мутации, образовавшиеся в половых клетках некой особи, скорее всего, не скажутся на функционировании остального его/её организма. Однако, если эти новые мутации передадутся ребенку этой особи, то они уже будут являться частью генома почти всех его клеток, и могут уже сказаться на организме этого ребенка в целом.

Как мы уже отмечали, часть от общего числа мутаций — «вредные», то есть могут понизить «приспособленность» организма (способность выжить и размножиться в данных условиях). Поговорим далее именно о них.

Вредные мутации. Естественный отбор против накопления вредных мутаций (обсуждаем пока что без явного учета полового отбора)

Часть вредных мутаций отфильтровывается естественным отбором еще на самых ранних этапах: некоторые сперматозоиды нежизнеспособны и возникшие в них мутации никому передаться не могут (в том числе те мутации, которые делают их нежизнеспособными). Отбор происходит также при созревании яйцеклеток.

После зачатия естественный отбор продолжается. Существуют оценки, что
существенная часть спонтанных прерываний беременности может быть обусловлена тем, что зародыш имеет несовместимые с развитием нарушения (помимо других возможных причин). Если остановка развития зародыша происходит на ранних этапах, то есть в первые недели, женщина этого может даже не заметить.

Однако, часть мутаций «просачивается» сквозь эти «барьеры». Согласно современным научным представлениям, новорожденный человек содержит в среднем несколько (примерно 3-7) «новых» вредных мутаций (всего, в среднем, примерно 60-70 новых мутаций, но большинство из них — это «нейтральные» мутации, то есть не вредные и не полезные) [8]. Которые образовались в половых клетках родителей (или клетках-предшественниках половых клеток) и достались ребенку. То есть «новые» они в том смысле, что их не было в геноме дедушек и бабушек этого новорожденного.

При этом понятно, что какие-то вредные мутации могут оказаться и вообще новыми для нашего вида (но это, кстати, совершенно не обязательно будет вести к появлению нового, для нашего вида, заболевания — см. далее).

Данные по количеству вредных мутаций, конечно же, будут еще в будущем уточняться учеными, но суть вряд ли изменится. К слову, класс млекопитающих, куда входит и наш вид — Человек разумный (Homo sapiens), согласно современным научным представлениям, имеет очень высокий темп мутагенеза («мутагенез» — образование новых мутаций). По темпам мутагенеза в расчете на особь за поколение млекопитающие сильно опережают большинство живых существ.

Вредные мутации не обязательно будут проявлять себя (в организме особи) в виде какого-то конкретного заболевания (см. далее). Как вариант — не обязательно в полную силу.

Вместе с тем, если мы хотим поговорить на тему вредных мутаций, проще все-таки, в основном, говорить о тех вредных мутациях, которые имеют какое-то отношение к здоровью. Поскольку понятно, что мутации, вызывающие заболевания или определяющие предрасположенность к каким-то заболеваниям — это вредные (или хотя бы потенциально вредные), для организма особи, вещи. Другими словами, таким образом мы будем, по крайней мере, знать, что говорим именно о вредных мутациях (вредных генах), а не о чем-то еще.

Не планируя тут сильно углубляться, мы лишь поверхностно пробежимся по группам вредных для здоровья мутаций, почти не касаясь конкретных заболеваний (это не учебник для медицинских вузов, изложенное ниже будет в целом вполне доступно для понимания людей, далеких от медицины). Нам тут лишь важно будет дать понять нашему читателю, что большинство заболеваний, в той или иной степени, связанны с генами.

По ходу, еще раз подчеркнем, что если в геноме (не в какой-то отдельной клетке, а в геноме, то есть почти во всех клетках) некой особи присутствует мутация, то эта мутация могла либо образоваться в половых клетках непосредственно родителей этой особи (в таком случае, конкретно для их «генетической линии» это будет «новая» мутация), либо могла возникнуть еще раньше, у кого-то из более далеких (чем родители) предков этой особи.

• Начнем с группы относительно редких вредных мутаций. Это генные мутации (то есть возникающие на уровне отдельных генов), которые могут вызывать генетические заболевания (когда наличие определенного мутировавшего гена вызывает соответствующую болезнь). Людей, имеющих мутации, вызывающие генетические заболевания, в популяции относительно мало. В отличии от следующей группы.
• Другая группа вредных мутаций — тоже генные мутации, но ведущие лишь к предрасположенности к заболеваниям. Такие заболевания называют болезнями с наследственной предрасположенностью или, по-другому, «полифакторными». То есть заболеет человек или нет зависит еще и от других факторов/условий, помимо генетических. Большинство заболеваний, встречающихся у людей, можно отнести к этой группе. Можно сказать, что это мутации, образующие «слабые места» в здоровье особи. Такие мутации — уже гораздо более часто встречающаяся вещь, нежели чем предыдущая группа мутаций.

Среди полифакторных заболеваний различают: а) моногенные — связанные с мутацией одного гена. б) полигенные — проявление которых связанно с сочетанием генов: когда каждая из мутаций сама по себе не вызывает предрасположенность к заболеванию. Из-за этого в медицинской литературе их обычно стараются не обозначать как «мутации», чтобы не смешивать с моногенными полифакторными болезнями, при которых есть один конкретный «виновный», в предрасположенности к заболеванию, ген.

Неверно будет утверждать, что все такие мутации, вызывающие предрасположенность к заболеваниям, уже выявлены и описаны, однако наука постоянно развивается в этом направлении.

Еще тут стоит упомянуть об используемом эволюционными генетиками понятии «слабовредные мутации», то есть мутации, относительно незначительно уменьшающие приспособленность организма. Такая мутация, в качестве умозрительного примера, может послужить причиной, скажем, совсем небольшого снижения какого-то из компонентов иммунитета. Понятие «слабовредные мутации», по-видимому, можно рассматривать, как частично пересекающееся с понятием о мутациях, относящимся к болезням с наследственной предрасположенностью. Таким образом, даже если новая вредная мутация оказалась новой и для нашего вида в целом, она вовсе не обязательно будет вести к новому заболеванию. Скажем, она может просто оказаться еще одной мутацией, которая будет увеличивать предрасположенность к какому-нибудь (уже известному) заболеванию или к нескольким из них.

Отметим еще, что тяжесть течения инфекционных заболеваний также зависит, в том числе, и от генома особи.

Ген (в том числе и мутировавший ген — мутация), может находиться в «подавленном» состоянии. Гены, как известно, бывают «доминантные» и «рецессивные». «Доминантные» гены подавляют «рецессивные». Мутация, соответственно, может быть в «подавленном», то есть не активном, «рецессивном» состоянии: подавлять её может здоровый парный «доминантный» ген («доминантный аллель»), если сама мутация, по своей генетической природе, не доминантная, а «рецессивная» (то есть если она в принципе может подавляться здоровым «доминантным» геном).

Наш геном состоит из пар хромосом (у человека их 23), и эти пары хромосом содержат множество пар генов — пар «аллелей» («аллель» — это «версия» гена). Каждый из двух родителей передает ребенку один, грубо говоря, случайно выбранный ген («аллель») из каждой пары. Соответственно, если мутация генная, то есть возникающая на уровне гена (то есть это ген, который мутировал), проявится ли она в полную силу, или проявиться частично или вообще не проявится может зависеть от па́рного ей гена, находящегося в па́рной хромосоме.

В общем, будь то генная мутация, вызывающая генетическое заболевание или генная мутация, ведущая лишь к предрасположенности к некоему заболеванию, она может быть в «подавленном» состоянии или нет.

• Еще одна группа — так называемые «хромосомные болезни» (изменение либо числа хромосом, например, всем известный синдром Дауна; либо структуры хромосом, например, синдром «кошачьего крика» — тяжелое заболевание, при котором большинство пациентов умирает до 10-летнего возраста) относительно нечасто передаются дальше от больных к их детям — в основном это новая мутация, то есть возникшая в половых клетках родителей. Хромосомные болезни относительно редки.

  Существуют оценки, что несколько процентов людей являются носителями «относительно сбалансированных» изменений в хромосомах, что может вести к бесплодию, привычному не вынашиванию итп.

  Отметим также, что существует исследование [31], показавшее корреляцию между относительно небольшими структурными изменениями в хромосоме (многие из которых унаследованные), и некоторым снижением интеллекта, но не до уровня умственной отсталости. Это как раз пример того, что вредная мутация, в принципе, не обязательно должна иметь отношение именно к здоровью. Но этого момента мы еще коснемся.

Перечислив основные разновидности вредных мутаций, вернемся теперь к общим рассуждениям про естественный отбор.

Те, кто получил «в наследство» от предков достаточно большой груз вредных для здоровья мутаций, могут относительно рано умереть. Либо не дав потомства, либо успев дать его существенно меньше, чем окружающие. Например, может проявиться больше вредных мутаций, чем проявилось у их родителей. Либо новые вредные мутации, образовавшиеся в половых клетках их родителей и добавившиеся к уже имеющемуся «грузу» вредных мутаций в их генетической линии, могут оказаться как бы «последней каплей» для их здоровья (конечно, при половом размножении от родителей могут достаться не все их мутации, тут уж как повезет — см. далее). Либо какая-то вре́менная просадка по условиям жизни. Или какая-то комбинация из числа этих причин, или все они вместе итд.

Естественный отбор, так сказать. До появления современной, доступной, на сегодняшней день, уже в подавляющем большинстве стран (правда, в разной мере) медицины, люди с относительно слабым от природы здоровьем, очевидно, гораздо чаще умирали еще в детстве или чуть позже, не успев размножиться (тут нет каких-то точных временны́х границ, просто имеется в виду, что чем менее развита медицина, тем жёстче работает естественный отбор). Конечно, смертность зависит не только от генетического здоровья, но корреляция между живучестью и здоровьем, очевидно, имеет место быть.

(Продолжение следует)

Продолжение ---> Продолжение книги про половой отбор у людей