Эволюция человеческого вида

 

 

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Введение.

Эволюция  человеческого вида не ограничена прошлым. Механизмы, которые вызывают изменения  в частоте генов от поколения  к поколению, продолжают работать и  в настоящее время. С течением времени биологическая эволюция все в большей и большей степени дополняется культурной эволюцией, которая становится одной из главных сил, вызывающей биологические изменения внутри человеческого вида. Знание этих механизмов должно помочь в определении тенденции развития генетической структуры человеческих популяций в будущем.

В большинстве  стран за последние несколько  поколений условия жизни населения  сильно изменились и продолжают меняться в нарастающем темпе. Благодаря  успехам гигиены и медицины значительно  улучшилось здоровье человека, и возросла продолжительность его жизни. Эти обстоятельства сказываются на репродуктивности и смертности и, следовательно, влияют на генетическую структуру будущих поколений.

Прогресс  науки и техники подвергает современных  людей большим рискам неблагоприятной изменчивости, чем это было на протяжении всего предшествующего периода развития человеческой цивилизации. Физические, химические и, возможно, биологические (вирусные) мутагены могут нести серьезную угрозу для генетической структуры популяции в будущем.

Поэтому одной из актуальнейших задач  современного естествознания является изучение процессов генетической изменчивости человека и разработка системы мер  для предотвращения неблагоприятных  тенденций эволюции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предки человека.

 

Если сравнить ДНК разных людей, то выяснится, что они отличаются друг от друга лишь на 0,1%, то есть только каждый тысячный нуклеотид у нас разный, а остальные 99,9% совпадают. Более того, если сопоставить все разнообразие ДНК представителей самых разных рас и народов, то окажется, что люди отличаются гораздо меньше, чем шимпанзе в одном стаде.

 

Много это или мало – 99,9% сходства и 0,1% различий. Проведем простые подсчеты. ДНК человека содержит около 3 млрд. пар нуклеотидов, примерно три миллиона из них у каждого из нас разнятся. Этого достаточно, чтобы утверждать, что не существует людей, генетически тождественных друг другу. Даже ДНК близнецов могут отличаться вследствие мутаций. Правда, большинство различий приходится на молчащие участки ДНК, и потому основные гены у нас во многом идентичны.

 

Так почему же особи шимпанзе больше отличаются, чем люди? Почему мы так похожи друг на друга генетически? Откуда мы и кто наш предок? Последний вопрос до сих пор остается спорным, хотя археологические находки последних десятилетий и исследования ДНК приблизили нас к пониманию этого. Шимпанзе имеет длительную историю развития, в ходе которого выработалось значительное генетическое разнообразие. Эволюционная же история человека слишком коротка для накопления серьезных различий. Обратимся теперь к деталям нашего прошлого.

 

5-7 млн. лет назад от общего  предка человека и шимпанзе отделилась ветвь, давшая начало древним обезьяно-людям, переходящим к прямохождению( рис.1). Обитали они в Южной Африке, где их останки и были найдены; отсюда и их название – австралопитеки (т.е. обезьяны из Южного полушария), род Australopithecus. Одна из ветвей дала начало роду Человек – Homo. До середины 90-х г. Древнейшим известным предком современного человека считался афарский австралопитек, A. afarensis, живший 3-4 млн. лет назад. К этому виду относится знаменитая Люси, найденная в 1974 г. в Эфиопии. Рядпалеоантропологов полагают, что древнейшим прародителем современного человека являлся другой вид австралопитека – рамидус, A. ramidus, чьи останки, насчитывающие 4,5 млн. лет, также были обнаружены в Эфиопии.

 

Первый известный нам представитель  рода Человек появился более 2 млн. лет назад (рис. 1). Это был Homo habilis – Человек умелый, живший в Восточной и Южной Африке. Потом его сменил Homo erectus – Человек прямоходящий, следы которого были найдены в Африке и Евразии – им 1,7 млн. лет. К этому виду принадлежит азиатский синантроп, или пекинский человек, питекантроп, или яванский человек, обнаруженный в Океании, и древний «европеец» – гейдельбергский человек. Самым поздним находкам – 250 тыс. лет. Антропологи сходятся во мнении, что Homo erectus распространился далеко за пределы Африки путем миграций.

 

Первые представители Homo sapiens (т.н. архаичные люди) являющиеся потомками Homo erectus, появились более 500 тысяч лет назад и отличались по сложению от человека современного типа. Их кости были обнаружены и в Африке, и в Европе, и в Азии.

Рис.1. эволюционное древо рода Человек

(по L. Cavalli-Sforza  and F. Cavalli-Sforza 1995)

 

 

И поэтому возникает вопрос – а где же возник человек современного типа? В настоящее время существуют две основные гипотезы: полифилетическая (или мультирегиональная) и монофилетическая. Сторонники обеих гипотез не сомневаются в происхождении человека от Homo erectus, но расходятся в вопросе о месте и времени его возникновения.

 

Согласно мультирегиональной гипотезе (рис. 2), люди разных рас имеют различное происхождение: каждая возникла на своем континенте от отдельного представителя вида Homo erectus. При этом предковые расы составляли единую популяционную систему и, мигрируя, обменивались генами.

рис.2. Мультирегиональная гипотеза

 

Монофилетическая  же гипотеза утверждает, что все люди имеют общее происхождение, и Homo sapiens, как и Homo erectus, возник в Африке, а затем расселился оттуда по всем континентам (рис. 3).

 
рис. 3. Монофилетическая гипотеза

Согласно мультирегиональной гипотезе, возраст современного человека более миллиона лет, а по монофилетической версии – около 500 тыс.

 

Однако ни антропологи, ни археологи не смогли поставить точку в этом споре. Коренной перелом в решении проблемы возникновения человека, его расселения по континентам и возникновения рас внесли исследования ДНК.

 

ДНК и восстановление истории человечества.

 

Историю популяций человека можно проследить, сравнивая представителей разных рас и народов по тем фрагментам ДНК, по которым различия между индивидами гораздо более выражены, чем в среднем по геному. Такие фрагменты называют ДНК-маркерами. Зная скорость, с которой происходят мутации, и определяя количественную меру различий между геномом людей из разных популяций, вычисляют время их отделения от общей предковой линии. Продвигаясь назад от генома современного человека, можно построить филогенетическое древо Homo sapiens. Оно позволяет делать определенные выводы о генетической истории человечества. Для исследования используют разные типы ДНК-маркеров. Следует отметить ДНК митохондрий (мтДНК) и Y-хромосомы (Y-ДНК), поскольку они позволяют проследить генетическую историю человечества отдельно по женской и мужской линиям. Первая передается только по материнской линии, так как митохондрии находятся в цитоплазме клетки, а цитоплазма потомка (зиготы) определяется цитоплазмой яйцеклетки. Если два человека имеют общего предка женского пола, с которым их соединяет цепочка по женской линии, то различия между их мтДНК покажут, сколько поколений отделяет их от жившей столетия или тысячелетия назад общей пра-пра…бабушки. Изучение Y-ДНК позволяет проследить эволюционные траектории по отцовской линии, поскольку Y-хромосома передается только

 по мужской линии. Изучение остальной, аутосомной части генома, которая

сосредоточена в хромосомах, наследуется по обеим линиям и  в которой представлена бóльшая часть генома человека, также чрезвычайно важно, ибо дает маркеры для изучения комбинативной изменчивости, одновременно привносимой и с отцовской, и с материнской сторон.

 

Первое исследование такого рода было проведено с использованием митохондриальной ДНК. Сравнивая данные аборигенов всех континентов, ученые обнаружили, что разнообразие мтДНК выше всего в Южной Африке. Более того, там были обнаружены такие типы, которые нигде больше не встречались. Они оценивались по нуклеотидному составу как наиболее древние. Митохондриальные ДНК населения других континентов были менее разнообразны, их сравнение с мтДНК аборигенов Южной Африки показало, что они возникли как мутационные изменения африканских типов в ходе распространения человечества за пределы Африки.

 

Изучение географического распределения  типов ДНК-маркеров и анализ их мутационных взаимосвязей позволили доказать справедливость монофилетической гипотезы (рис. 3). Более того, их изучение помогает

реконструировать миграционные события не только далеких тысячелетий,

но и последних веков. Например, эпоха великих географических открытий ХIV-XVI вв. способствовала развитию контактов с неведомыми ранее жителями отдаленных земель. На кораблях были только мужчины, и сейчас генетические исследования аборигенных народов Африки, Океании и Америки показывают присутствие в их ДНК значительной доли типов Y-хромосомы, характерных для европейцев.

 

 

 

 

Эволюция популяций и  рас.

 

Изучая разнообразие ДНК современных народов, можно оценить численность той пра-популяции, от которой, согласно гипотезе африканского происхождения, произошло все человечество. Она была невелика – порядка нескольких тысяч.

 

Сопоставляя ДНК-маркеры  аборигенов Южной Африки, можно сказать, что примерно 70-150 тыс. лет назад началась интенсивная дифференциация и сложные демографические процессы, сопровождающиеся возникновением разнообразных популяций в пределах Африки. Затем, 50-100 тыс. лет назад, волны переселенцев стали «выплескиваться» за пределы Африки и растекаться по другим континентам, что отразилось в своеобразной структуре ДНК-древа.

Исследуя современное  население Европы, Азии, Океании, Северной и Южной Америки и зная особенности и скорость мутирования в изучаемых ДНК-маркерах, можно с определенной степенью точности проследить пути и время миграций людей из Африки. Удивительно то, что генетические данные подтверждаются археологическими находками.

 

Например, структура ДНК  свидетельствует о том, что человек  появился в Австралии и Новой Гвинее 50-60 тыс. лет назад. Анализ состава химических элементов артефактов указывает на тот же период. В Центральную и Юго-Восточную Азию люди пришли примерно 70 тыс. лет назад, заселение Европы произошло позже, 35-40 тыс. лет назад. Время освоения Америки до сих пор не определено, известно лишь, что люди появились там гораздо позже, чем на других континентах – от 15 до 35 тыс. лет назад.

 

Как возникли современные  расы человека и отличаются ли они  друг от друга по ДНК?

 

В течение десятков тысяч  лет шли процессы миграций и адаптации человека к местным условиям. Допустим, группа людей пришла в Юго-Восточную Азию и осела там на много поколений. Потом часть мигрировала дальше, образуя новую локальную популяцию, которая, однако, имеет общую историю и общих предков с родительской группой, а потому их ДНК более сходны между собой, чем с жителями других континентов. Действительно, население разных материков эволюционно гораздо дальше от общей предковой группы, чем соседние популяции, близкие по родственным связям и демографической истории. За то время, что прошло со времени отделения от общих прародителей, их ДНК стали отличаться друг от друга за счет накапливающихся в чреде поколений мутаций. Генетические различия между людьми с разных материков мы называем сегодня расовыми признаками. Изучая десятки и сотни ДНК-маркеров, можно  почти стопроцентно идентифицировать расу.

Чтобы достоверно определить этническую принадлежность индивида в пределах расы и крупного географического региона, потребуются тысячи ДНК-маркеров. А в зонах контакта разных рас и этнических групп это сделать практически невозможно из-за смешения генофондов. Но генетически мы все вышли из одного гнезда, причем сравнительно недавно в масштабах эволюции.

 

Дальнейшее развитие рас шло независимо друг от друга: люди адаптировались к климато-географическим условиям, типу питания и ландшафта, складывался язык и культура. Но на формирование народов влияли не только процессы разделения популяций. Новые этносы могли образоваться при смешении групп разной расовой и языковой принадлежности. При этом возникала генетически разнородная этническая

общность с единым типом культуры и общим языком. Поэтому сейчас все бόльшую актуальность приобретают исследования, связанные с изучением генофонда, т.е. всего разнообразия ДНК в популяциях, генетической истории населения отдельных регионов, расово-этнических групп, родословной современных этносов.

 

Генетические различия между группами современных людей.

Раса-это большая популяция  индивидов, у которых значительная часть генов общая и которую  можно отличать от других рас по общему для нее генофонду.

Классификация и история рас  составили одно из основных направлений исследований в области классической антропологии, проводившихся в XIX  и особенно в начале XX веков. Предлагавшиеся ранее классификации основывались на соответствующих зрительных впечатлениях и на анализе статических распределений антропометрических признаков. По мере развития генетики человека для этого все шире стали использовать данные о частотах полиморфных генетических маркеров. Классификации разных авторов несколько различаются в деталях, однако подразделение человечества на негроидов, монголоидов и европеоидов не вызывает никаких сомнений. К этим трем большим расам нередко добавляют две меньшие группы, а именно койсанидов или капоидов (бушменов и готтентотов) и австралоидов (австралийских бушменов и негритосов).

Приведенное определение расы является генетическим, и поэтому построим расовую классификацию на основе  признаков, хорошо изученных на генном уровне. Можно выделить несколько групп таких признаков.

1. Многие гены функционируют у всех человеческих существ, проявляя, возможно, лишь небольшие количественные различия в уровне экспрессии. Например, у каждого человека есть гены, детерминирующие структуру ферментов, необходимых для осуществления множества основных метаболических процессов. Необычные индивиды-носители редких мутаций, изменивших эти гены, страдают от врожденных ошибок метаболизма. Многие гены, принадлежащие этой группе, имеются и у других живых существ.
2. Есть признаки и, следовательно, детерминирующие их гены, общие для всех или почти для всех представителей какой-то одной расы; у индивидов иных рас они отсутствуют. Число таких признаков, по-видимому, очень невелико; с генетической точки зрения они охарактеризованы плохо. Один из примеров признаков такого рода - вертикальная складка верхнего века у монголоидов.
3. Признаки, которые встречаются только у одной из трех основных рас, а у представителей двух остальных отсутствуют. Эта группа включает большое число маркеров генов, составляющих множество хорошо охарактеризованных систем генетического полиморфизма. Один из таких признаков - выявляемый при анализе крови фактор Диего. Эта группа крови была обнаружена в 1953 г. у представителей четырех поколений одной венесуэльской семьи; при этом было показано, что у большинства белых людей фактор Диего отсутствует. Фенотипические частоты этого фактора, полученные при изучении популяций американских индейцев, варьируют от 0,025 до 0,48. В популяциях белых и негров соответствующий аллель не обнаружен вообще. С другой стороны, у монголоидов, например японцев и китайцев, он встречается, хотя и с более низкой средней частотой.
4. Признаки, которые в одних популяциях встречаются чаще, чем в других. К ним относятся признаки и аллели, имеющиеся у всех человеческих рас, но встречающиеся в них с разными частотами. К этому классу принадлежат, например, аллели большинства систем генетического полиморфизма и гены, детерминирующие количественные признаки, такие, как рост, пропорции тела и физиологические функции. Полиморфные аллели все шире используются в исследованиях, предпринимаемых с целью охарактеризовать различные популяции с генетической точки зрения. Благодаря этому появилась возможность достаточно объективно классифицировать популяции. Имеющиеся данные свидетельствуют о сходстве частот некоторых гомологичных генов в разных популяциях и о том, что построение расовых классификаций - задача непростая: внутригрупповые различия между представителями любой расовой группы часто превышают различия между представителями разных больших рас (монголоидами, негроидами и европеоидами).
5. Наиболее заметные различия между большими расами - это различия по пигментации кожи. Средний оттенок кожи популяции находится почти в прямой зависимости от долготы: самый темный встречается близ экватора, а самый светлый — ближе к полюсам. Темная кожа лучше защищает от ультрафиолетового излучения, вызывающего рак кожи, а ведь это излучение интенсивнее всего в районе экватора. С другой стороны, солнечный свет способствует синтезу витамина D; в северных широтах светлая кожа пропускает больше света и как следствие позволяет увеличить содержание витамина D. В экваториальных областях темная кожа предотвращает избыточный синтез витамина D, излишек которого может быть вреден.