25-27 февраля в Лейпциге прошла встреча ученых, на которой обсуждался довольно важный вопрос: «С какой скоростью возникают мутации в человеческой ДНК?».
Итог встречи можно подвести словами Дэвида Райха из Бостона сказавшего, что скорость возникновения мутаций – это не скорость света, а молекулярная биология – не физика, и однозначных ответов тут нет. Но это не снимает вопросов о том, почему нет однозначных ответов, и какими значениями лучше пользоваться для получения разумных выводов.
Почему вообще точная оценка этой величины так волнует ученых? Потому что на ней основывается большинство выводов об эволюции человека. Мутации не только источник болезней, они – основа эволюции. Именно благодаря мутациям в ДНК у ее носителя возникают новые признаки, которые отбор может одобрить, а может забраковать. Если бы мутации не возникали, никакой эволюции не было бы. Частота их возникновения считается примерно постоянной для каждого вида, и слегка отличающейся у близких видов. При этом, разумеется, у человека и вируса она отличается уже значительно.
Частота возникновения мутаций зависит не только от того, насколько часто при репликации неправильный нуклеотид занимает чужое место, но и от того, есть ли у вида системы исправления подобного рода ошибок, и хорошо ли они работают. Также разные у более «продвинутых» видов в среднем более совершенные системы обезвреживания общепризнанных мутагенов: ультрафиолета, свободных радикалов и т.д.
Сейчас, когда секвенированием уже никого не удивить, довольно легко можно сравнить геномы двух особей или усредненные геномы двух видов и на их основании реконструировать геном их последнего общего предка. После этого можно подсчитать, сколько мутаций успело произойти за время эволюции от общего предка до исследуемой особи. Зная, как часто происходят мутации, можно подсчитать, как давно этот общий предок жил. Вот тут и возникает необходимость точной оценки частоты мутирования.
Разные методы оценки дают разные результаты. Среди имеющих право на существование оценок минимальный результат отличается от максимального вдвое (вероятность мутации одного нуклеотида в одном поколении 1,1×10-8 и 2,5×10-8 соответственно). С этим довольно неудобно жить эволюционистам, и они встретились обсудить, нельзя ли исправить ситуацию.
Первым частоту возникновения мутаций попытался определить Джон Холдейн. Его попытка примечательна тем, что имела место в 1935 году, когда никто еще толком не знал, что такое ген, как устроена ДНК и что такое мутация. Он просто посчитал, как часто в Лондоне встречаются больные гемофилией без семейной истории гемофилии и предположил, что эти случаи появляются из-за только что возникшей мутации. В 1935 году ничего не зная о молекулярном устройстве ДНК, Холдейн получил вероятность 2×10-5 возникновения мутации в данном гене. Хотя факторов свертывания крови у человека много, у них разные функции, не все мутации одинаково вредны и т.п., это неплохо согласуется с сегодняшними оценками.
Одна из более современных оценок была произведена путем сравнения фрагментов генома человека, шимпанзе и других человекообразных обезьян. Ученые определили, сколько различий возникло за время эволюции от общего предка до современного состояния и поделили это число на время, прошедшее с момента жизни этого общего предка, которое было определено по палеонтологическим данным. Если принять продолжительность одного поколения равным 20 годам, эта оценка давала вероятность мутации одного нуклеотида в одном поколении в 2×10-8.
В последние годы с развитием технологий секвенирования стало возможно напрямую сравнить геномы детей и родителей и посчитать интересующую величину напрямую. Эти подсчеты дали вдвое меньший результат.
Более низкая скорость мутаций давала весьма правдоподобные результаты при попытках датировать события, произошедшие на более поздних стадиях человеческой эволюции, например, выход из Африки и расселение по миру. Но их применение к более ранним этапам дало бессмысленные результаты: получилось, что общий предок человека и человекообразных обезьян еще застал динозавров, а это не согласуется ни с чем.
Из всего этого следует, что, вероятно, скорость возникновения мутаций у человека со временем менялась, и надежды ученых получить одну, подходящую для любых целей константу не могут оправдаться.
