Про походження людини
Де виник рід людський
Одна з найцікавіших і найскладніших тем, які вивчаються в курсі загальної біології, - походження людини. Де, коли і як виник рід людський? Як він розселився по Землі?
У минулому столітті в європейській культурі існувало дві відповіді: один дано в Біблії, інший - в теорії Чарльза Дарвіна. І хоча походження людини від мавпоподібних предків було одним з приватних наслідків дарвінівської теорії еволюції, природно, саме це питання - чи створений людина Богом або походить від мавпи - привернув увагу широкої публіки.
Найбільш ортодоксальні прихильники біблійній версії вважають, що кожен вид, у тому числі і людина, був створений Богом. Область досліджень, спрямованих на пошук наукових доказів цієї версії, називається креаціонізму. Сучасні креаціоністи підтверджують тексти Біблії точними розрахунками. Зокрема, вони доводять, що Ноїв ковчег міг вмістити всіх тварюк по парі - якщо врахувати, що рибам та іншим водним тваринам місце в ковчезі не потрібно, а інших хребетних тварин - близько 20 тис. видів. Якщо помножити цю кількість на два (в ковчег були взяті самець і самка), вийде приблизно 40 тис. тварин. Середньої величини автофургон для перевезення овець вміщує 240 тварин. Значить, потрібно було б 146 таких фургонів. А ковчег довжиною 300, шириною 50 і висотою 30 ліктів вмістив би 522 таких фургона. Отже, місце для всіх тварин знайшлося і ще залишилося - для корму і людей. Тим більше що Бог, як стверджує Томас Хайнц з Інституту креаційних досліджень, напевно здогадався б взяти маленьких і молодих тварин, щоб вони і місця займали менше, і розмножувалися активніше.
Чарлз Дарвін не заперечував існування Бога, проте вважав, що Бог створив лише початкові види, інші ж виникли під дією природного відбору. Альфред Уоллес, який прийшов до відкриття принципу природного відбору майже одночасно з Дарвіном, на відміну від останнього стверджував, що між людиною і тваринами існує різка межа щодо психічної діяльності. Він прийшов до висновку, що мозок людини не може розглядатися як результат природного відбору. Уоллес проголосив, що цей "розумовий інструмент" виник у результаті потреб його власника, і припускав "втручання вищого розумної істоти".
Людина - це тварина, цікавиться своїм походженням. Інтерес до власного походженням властивий людині з глибокої давнини. Чим довше вчені вивчають палеонтологічну літопис, тим ясніше вимальовується картина перетворення мавпи в людину. Сучасні уявлення набагато складніше излагавшийся у наших старих підручниках "єдино вірної" теорії, яку можна резюмувати словами Абрама Терца (Синявського): "Мавпа встала на задні лапи і пішла прямим шляхом до комунізму".
По дорозі гоминизации йшли багато видів приматів, і Homo sapiens у момент своєї появи був просто представником однієї з кількох конкуруючих ліній. Те, що саме він досягне успіху на арені еволюції, не було визначено. Висипаючи відро піску, ви не можете передбачити, яка з піщинок виявиться зверху. Однак ясно, що яка-небудь з них займе місце нагорі, трохи вище інших. Те ж відбувається і в процесі еволюції: один із близьких видів виявляється трохи успішніше, ніж інші, але який саме - заздалегідь передбачити не можна.
Сьогодні більшість вчених дотримуються теорії африканського походження людини і вважають, що майбутній переможець у еволюційної гонці виник на Південно-Сході Африки близько 200 тис. років тому і розселився звідти по всій планеті (рис. 1).
Раз людина вийшла з Африки, то, здавалося б, само собою зрозуміло, що наші далекі африканські прабатьки були схожі на сучасних жителів цього континенту. Проте деякі дослідники вважають, що перші люди, що з'явилися в Африці, були ближче до монголоїдів.
Монголоїдна раса має ряд архаїчних рис, зокрема в будові зубів, які характерні для неандертальців і Homo erectus (Людини прямоходячої). Популяції монголоїдного типу володіють високою адаптивністю до різних умов існування, від арктичної тундри до екваторіальних вологих лісів, тоді як у дітей негроїдної раси у високих широтах при нестачі вітаміну D швидко виникають захворювання кісток, рахіт, тобто вони спеціалізовані до умов високої інсоляції. Якби перші люди були подібні сучасним африканцям, то сумнівно, що вони змогли б успішно здійснити міграції по всій земній кулі. Однак ця точка зору заперечується більшістю антропологів.
Концепції африканського походження протиставляється концепція мультирегіональних походження, що припускає, що наш предкової вид Homo erectus перетворився на Homo sapiens в різних точках земної кулі незалежно.
Homo erectus з'явився в Африці близько 1,8 млн років тому. Він виготовляв кам'яні знаряддя, знайдені палеонтологами, і, можливо, більш досконалі знаряддя з бамбука. Однак від бамбука через мільйони років не залишається слідів. За кілька сотень тисяч років Homo erectus поширився спочатку по середньому Сходу, потім до Європи і до Тихого океану.
Найближчий родич людини був відкритий в 1856 р. в містечку Неадерталь біля Дюссельдорфа. Робітники, що знайшли печеру з дивними черепами і великими кістками, вирішили, що це останки печерного ведмедя, і навіть не припускали, які палкі суперечки викличе їх знахідка. Ці кістки, а також кістки, знайдені пізніше на півночі Англії, на сході Узбекистану та на півдні Ізраїлю, були останками предка людини, що отримала назву неандерталець, - примітивний чоловік, який жив від 200 000 до 27 000 років тому. Неандерталець робив примітивні знаряддя, розфарбовував тіло візерунками, мав релігійні уявлення та похоронні ритуали.
Передбачається, що неандерталець еволюціонував з Homo erectus в Європі і вимер, не здатний конкурувати з прийшли з Африки Homo sapiens. Причиною вимирання могла бути і дуже висока спеціалізація - неандертальці були пристосовані до життя в умовах льодовикової Європи. При зміні умов така спеціалізація обернулася для них бідою.
Довгі роки обговорювалося питання, де місце неандертальців на еволюційному древі і могло відбуватися схрещування між ними і Homo sapiens у період їх співіснування протягом десятків тисячоліть. Якщо схрещування було можливо, то сучасні європейці могли б мати деякі гени неандертальців. Відповідь - хоча і не остаточний - отримано зовсім недавно при дослідженні ДНК неандертальця. Генетик Сванте Пебо - той самий, який вивчав ДНК з єгипетських мумій, екстрагували ДНК з останків неандертальця, що мають вік кілька десятків тисяч років. Незважаючи на те що ДНК була сильно фрагментована, вченим вдалося за допомогою найсучаснішого методу аналізу ДНК - методу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) - встановити нуклеотидну послідовність невеликої ділянки мітохондріальної ДНК. Мітохондріальна ДНК була обрана для дослідження тому, що в клітинах її молярна концентрація в сотні разів перевищує концентрацію ядерної ДНК.
Екстракція ДНК проводилася в умовах високої стерильності - вчені працювали в костюмах, що нагадують скафандри, для того щоб запобігти випадкове забруднення досліджуваних зразків сторонньої, сучасної ДНК. У звичайних умовах за допомогою використаного вченими методу полімеразної ланцюгової реакції вдається "читати" фрагменти ДНК довжиною до декількох тисяч пар нуклеотидів. На досліджуваних зразках максимальна довжина "прочитаних" фрагментів становила близько 20 пар нуклеотидів.
Одержавши набір таких коротких фрагментів, вчені відновили за ним вихідну нуклеотидну послідовність мітохондріальної ДНК. Порівняння її з ДНК сучасної людини показало, що вони значно відрізняються. Отримані дані дозволяють припустити, що неандертальці складали окремий, хоч і споріднений людині вид.
Швидше за все, схрещування цих двох видів було неможливо - занадто великі генетичні відмінності між ними. Отже, в генофонді людини немає генів, отриманих від неандертальців. За послідовності ДНК було оцінено час розбіжності гілок неандертальця і сучасної людини, яка склала 550-690 тис. років. Однак отримані дані можна вважати попередніми, тому що це результати дослідження тільки одного індивіда.
Історія в наших генах
Історія еволюції людини записана в наших генах і в наших засобах дій. Професор Стенфордського універститету (США) Лука Каваллі-Сфорца склав карти розподілу частот кількох сотень генів у європейських популяціях (він назвав ці карти "генетичними ландшафтами") і за генетичним дистанцій між популяціями обчислив дати їх поділу.
Йому вдалося реконструювати кілька хвиль міграцій людей. Перша, яка залишила найбільш помітний генетичний слід (частота зустрічальності комплексу з 95 генів плавно знижується від районів Середнього Сходу до місця проживання басків, див. рис. 2, а), відповідає експансії неолітичних землеробських народів з місць зародження землеробства (район Месопотамії) на північ і захід Європи. Її датування на основі генетичних дистанцій збігається з археологічними датуваннями (6-9 тис. років тому). Баски - популяція, унікальна за генетичними характеристиками, - є, мабуть, єдиними сучасними представниками найдавніших жителів Європи - кроманьйонців. Ймовірно, вони зберегли свою генетичну унікальність, тому що жили в далекій точці міграційного шляху, по якому в Європу були привнесені гени, землеробська культура і індо-європейські мови ранньонеолітичної племенами з Близького Сходу. Висновки генетиків підтверджуються і даними лінгвістів про унікальність мови басків.
Частота народження іншого комплексу генів найбільш висока на півдні Росії і знижується як у напрямку на північ, так і на південь від цієї області. Цей слід залишили міграції скотарів-кочівників 4-6 тис. років тому (рис. 2, б).
Зміна поширеності третього комплексу генів відповідає експансії грецької культури в I тисячолітті до нашої ери (рис. 2, в).
Не тільки міграції призводять до змін концентрації генів в популяціях. Наприклад, частота зустрічальності генів, пов'язаних з адаптацією до холоду, плавно зменшується з півночі на південь.
"Молекулярні годинник"
Крім порівняння частот зустрічальності генів в популяціях для реконструкції історії людства використовується метод "молекулярних годин". Він заснований на тому, що швидкість зміни нуклеотидної послідовності молекули ДНК за рахунок точкових мутацій (тобто зміни тільки однієї пари нуклеотидів) настільки постійна, що її можна використовувати для датування відходження даної еволюційної гілки від загального стовбура. Так як більшість цих мутацій, за сучасними уявленнями, нейтральні, тобто не роблять якого-небудь корисного чи шкідливого впливу на їхнього власника, вони не елімінуються відбором. Ці "молекулярні годинник" були відкалібровані при порівнянні швидкості зміни ДНК тих видів, час розбіжності яких було надійно встановлено з викопних решток.
"Молекулярні годинник" допомогли визначити дату поділу гілок людини і мавп - від 5 до 7 млн років тому. До цього палеонтологи вважали, що поділ відбувся близько 25 млн років тому. Однак тепер "молекулярна" датування є загальноприйнятою. Вважається, що предки людини і шимпанзе розділилися близько 5 млн років тому, відділення горил сталося раніше, а ще раніше, близько 10-15 млн років тому, відокремилася гілку орангутанів.
Гени та мови
Метод "молекулярних годин", що дозволяє встановити ступінь спорідненості різних видів за відмінностей в їх ДНК, дуже схожий на метод глоттохронологіі, використовуваний при встановленні спорідненості різних мов. За 1000 років в так званому базовому словнику (він включає ті слова, які є в будь-якій мові, - "будинок", "земля", "небо", назви частин тіла і т.д.) зберігається 86% слів, тобто . кожна з мов двох народів, що розділилися 1000 років тому, має 86% загальних слів з предкової мовою. Отже, один з одним ці мови мають 74% (86% від 86%) загальних слів. Зіставлення еволюційного древа популяцій людини з лінгвістичними даними і класифікацією мов за надродини показало, що в більшості випадків мови генетично споріднених популяцій належать до однієї лінгвістичної групі. Чим раніше розділилися дві популяції, тим довше вони еволюціонували незалежно і тим більше накопичилося замін в їх ДНК і в їх мовах. Звичайно, мови не залежать від генів, і кореляції генетичного та лінгвістичного споріднення визначаються лише історичними обставинами.
"Мітохондріальна" Єва
Чим вище швидкість накопичення мутацій в ДНК, тим менші відрізки часу еволюції видів можуть бути визначені за допомогою "молекулярних годин". Швидше за все накопичуються мутації в мітохондріальної ДНК. Мітохондрії містять кільцеву молекулу ДНК, що складається з 16 500 пар основ, - це зовсім небагато в порівнянні з ДНК хромосом, що знаходяться в ядрі клітини і, що складаються з десятків і сотень мільйонів пар основ. При заплідненні мітохондріальна ДНК (мтДНК) сперматозоїда не потрапляє в яйцеклітину, так що і чоловіки, і жінки отримують мтДНК тільки від матері.
Американський генетик Алан Вілсон вивчив мтДНК людей різного походження - африканців, європейців, азіатів, австралійців і жителів Нової Гвінеї. За кількістю відмінностей у нуклеотидної послідовності мтДНК він визначив ступінь спорідненості різних груп людей і побудував родовідне дерево людства. Сама рання точка розгалуження на цьому дереві відокремлює групу африканців від решти людей - за сучасними даними це відбулося 137 ± 15 тис. років тому.
Були визначені відмінності між послідовностями мтДНК людей і шимпанзе. За відомою датою відділення гілки шимпанзе (5 млн років тому) було обчислено час першого поділу груп предків нині живих людей, яке відбулося 180-190 тис. років тому. Це дата найдавнішої мутації в мтДНК, яку генетики можуть розпізнати.
Давню володарку цієї мтДНК відразу охрестили Євою, що внесло деяку плутанину. З даних аналізу мтДНК зовсім не випливає, що 190 тис. років тому на Землі жила лише одна-єдина жінка. "Єва" не була єдиною жінкою в цей час і не відрізнялася від своїх сучасниць за здатністю до розмноження. Просто мтДНК її сучасниць були втрачені (адже не всі жінки залишають потомство, і якщо жінка має тільки синів, то вони не передають її мтДНК наступного покоління). За незалежними оцінками декількох груп генетиків, розмір популяції, до якої належала африканська "Єва", становив у той час близько 10-30 тис. чоловік.
Близька оцінка часу появи і чисельності вихідної популяції Homo sapiens отримана при дослідженні Y-хромосоми. Ця хромосома передається тільки від батька до сина і представляє зручний об'єкт для еволюційних досліджень у пошуках "Адама".
Ці висновки суперечать мультирегіональних гіпотезі походження людини, яка передбачає широко поширене перетворення популяцій Homo erectus в Homo sapiens - такої невеликої кількості людей просто не вистачило б, щоб заселити всю землю.
Чи сильно ми відрізняємося один від одного?
У всіх людей генетичні тексти дуже схожі. Два будь-яких людини, крім однояйцевих близнюків, різняться лише однією літерою-нуклеотидів з 300. А от від наших найближчих родичів у світі тварин - людиноподібних мавп - ми відрізняємося вже одним нуклеотидів з 30. Чим далі спорідненість, тим більше відмінностей в генетичних текстах. Дослідження схожості ДНК дозволяє з'ясувати родинні відносини між людьми - від встановлення батьківства, що часто застосовується в кримінологічній експертизі, до встановлення походження цілих етнічних груп. При цьому іноді генетики роблять, здавалося б, дивовижні відкриття, які виявляються вже давно відомими людям з переказів і легенд. Наприклад, древнє передання свідчить, що всі монголи походять від трьох матерів. Вивчення мтДНК, успадковується тільки по материнській лінії, показало, що велика частина населення Монголії за генетичними характеристиками дуже чітко поділяється на три групи.
Генетичне дослідження людей європейської раси показало, що люди з білим кольором шкіри походять від групи числом близько 20 чоловік, при цьому число чоловіків в два рази перевищувала кількість жінок.
У жовтні 1997 р. в Колд Спрінг Харбор (США) пройшла конференція з еволюції людини. Постійні згадування теорії африканського походження людини і досліджень африканських і неафриканським популяцій викликали тривожне зауваження однієї з учасниць про етичність такого поділу людства, пов'язане з педантичністю громадської думки в США щодо расових питань. На це дотепно відреагував швейцарський генетик д-р Андре Лангані: замість запланованого доповіді з Генографія він прочитав лекцію про те, що, судячи з генетичними даними, всі ми є африканцями, просто є азіатські африканці, європейські африканці і африканські африканці.