Было ли у нас время для эволюции?

«молча» принял человека за существо гаплоидное (с одинарным набором хромосом) - так часто делают в популяционной генетике для упрощения анализа. Если все же вспомнить, что человек является диплоидным, то ситуация станет еще более драматической: «идеальный» ген можно будет обнаружить хотя бы в одной из двух хромосом примерно у 84% людей!

Смешивание популяций

Точно такую же картину мы получим по всем 30 000 генам человека.

И вот – крамольный вопрос.
А что было бы, если бы мы взяли, скажем, тысячу или миллион самых первых потомков Адама и Евы, включая и их самих, и «впрыснули» бы их в современное общество?
Смогли бы мы их каким-то образом выявить?
Ведь их геномы оказались бы сформированы из генов, которые и сегодня являются самыми массовыми в популяции.
Ответ выглядит очевидным – мы не смогли бы их как-то «вычислить» в современной популяции человека, они «растворились» бы среди нас, так как обладали бы самыми распространенными признаками – самым средним ростом и весом, самым массовым цветом кожи, глаз и т.д. Другими словами, при смешивании двух популяций – первозданной, исходной, которая существовала один миллион лет назад, и нынешней, спустя миллион лет, мы не смогли бы их разделить.

На крамольный вопрос следует дать крамольный ответ:

Популяция человека осталась практически неизменной с момента своего возникновения.  Причем, с математической неизбежностью.

Конечно, современная популяция оказалась бы гораздо более разнообразной, в сравнении с почти однородной первозданной, но последняя входила бы, практически, на равных правах в современную популяцию.
Далее. Если бы мы поступили наоборот: набрали бы миллион «добровольцев» из современного общества и «впрыснули» бы их в первозданную популяцию, то дикари прошлого вполне сумели бы переловить многих из них. Пожалуй, их бы еще и съели. Но дикари все равно съели бы их как людей, они все равно считали бы их людьми, но только чужаками, уродцами. Но вот если бы кто-нибудь из этих дикарей вступил в законный брак с кем-либо из «добровольцев», то от этого брака родились бы вполне нормальные и здоровые дети, которых легко взяли бы в современный детский сад.

Первым и самым очевидным возражением против моей идеи со стороны любого эволюциониста будет следующее: «Вы забыли про отбор. А отбор-то существует».
Нет, не забыл. Но прежде, чем перейти к анализу влияния отбора, рассмотрим один из прикладных аспектов предложенной идеи, а именно – метод точного определения времени происхождения биологического вида.

Период полураспада абсолютно шумового гена и его использование
для точного определения времени происхождения вида

В физике существует понятие «абсолютно черного тела».
В генетике предлагаю ввести аналогичное понятие «абсолютно шумового гена – АШГ». Такой ген, точнее, такой участок ДНК, должен отвечать следующим требованиям-допущениям:
  – он не должен транскрибироваться;
– он не должен участвовать в каких-либо других видах жизнедеятельности клетки или организма;
  – он никак не должен проявляться в фенотипе;
  – он никак не должен влиять на выживаемость;
 – он должен быть подвержен свободной «бомбардировке» со стороны мутаций.

Возможно ли существование подобных АШГ?
С точки зрения логики – да. Почему?
Во-первых, исследования генома человека показали, что только 5% генома несут гены. Остальные 95% - темная неизвестность. Скорее всего, процент полезной части генома возрастет в процессе исследований, но вряд ли существенно, во всяком случае, он никак не должен приблизиться к 100%. Значит, в пределах этих 95% совершенно пустых участков ДНК вполне могут существовать АШГ.
Во-вторых, размер генома человека, и вообще, млекопитающих, не является самым большим в природе. У некоторых гораздо более низкоорганизованных живых существ геном больше! Значит, хотя бы у них должны существовать совершенно бесполезные участки генома, а значит, должны содержаться «абсолютно шумовые гены».
В-третьих, в геномах всех живых существ обнаруживаются повторяющиеся последовательности. Любая из единожды летально нарушенных таких последовательностей может превратиться в АШГ, так как она перестанет выполнять свои функции, но это никак не приведет к гибели организма или вида: ее функцию будут выполнять многочислен-ные «дублеры» этой летально нарушенной последовательности.

Предположим, однако, что такой АШГ существует у биологического вида «человек» и он обнаружен. Скажем, участок «пустой» ДНК между двумя четко установленными генами.
Предположим также, что этот участок ДНК имеет такой размер, что вероятность точечной мутации в его пределах равна средней вероятности спонтанной мутации на один ген человека в одном поколении – 0,00001.
Понятно, что с каждым поколением такой ген под действием мутаций начнет рассыпаться, но, как уже было показано в первой части статьи, он будет рассыпаться настолько медленно, что его распад можно использовать для определения времени появления вида на глубину до десятков тысяч генераций – для человека это измеряется в миллионах лет.

Конкретный способ использования АШГ для датирования времени происхождения вида в числе генераций должен выглядеть примерно так:
1. Прежде всего, выявляется участок ДНК, отвечающий требованиям к АШГ.
2. Из популяции человека (или другого живого существа) отбирается достаточно репрезентативная выборка – не менее 1000 особей.
3. Определяется последовательность нуклеотидов данного АШГ для всей выборки, причем только для одной из пары хромосом, неважно, для какой.
4. Если идея изначально была верна, то должна получиться примерно следующая картина (для человека, если он действительно возник один миллион лет назад) – примерно у 60% особей анализируемый АШГ должен быть совершенно одинаковым. У оставшихся 40% особей должны быть единичные, реже двойные или тройные точечные мутации в самых разных местах АШГ. При этом частота даже самой распространенной из этих мутаций должна быть очень небольшой – не более 0,5 - 1%. Образно это можно представить так: возвышается остов разрушающегося высотного здания, от ста этажей которого осталось шестьдесят, а вокруг валяются груды кирпичей от бывших сорока этажей, не выше первого этажа.

Не буду пугать читателя математическими формулами, скажу только, что АШГ будет вести себя точно так же, как ведут себя радиоактивные изотопы.
Для него будет существовать свой «период полураспада».
Проще говоря, если за число генераций N от 100 этажей нашего «здания» осталось 50 этажей, то за последующие N генераций останется 25, еще за следующие N генераций – 12,5 и т.д.
Посчитав число сохранившихся «этажей», легко вычислить, сколько потребовалось бы поколений для того, чтобы произвести такие «разрушения», а, умножив число поколений на время генерации данного вида, можно определить время возникновения вида в годах.

Ноев ковчег

Но. Есть одно «но».
На самом деле, при помощи такого метода мы определим, скорее всего, не истинное время возникновения вида, а время его последнего прохождения через «горлышко бутылки» своей эволюции, то есть, то время, когда в последний раз в истории вида он, в силу каких-то обстоятельств, оказывался на грани исчезновения и его численность сокращалась до нескольких особей (или нескольких десятков особей). В таком случае, с большой вероятностью должен был сохраниться только первоначальный вариант АШГ.
Но нет худа без добра: зато у нас появился чисто генетический способ проверить, а был ли Ноев ковчег?
Если Ной взял с собой «каждой твари по паре», то все «твари» одновременно прошли через то самое пресловутое «горлышко бутылки».
Нам остается при помощи описанного выше метода проанализировать АШГ у разных видов животных и растений. И если выяснится, что все ныне живущие виды действительно одновременно прошли через «горлышко бутылки», то это будет означать, что всемирный потоп был! Если же нет, тогда станет немножко грустно…
Во всяком случае, гораздо легче искать Ноев ковчег в генетической лаборатории, нежели на заснеженных склонах горы Арарат.

Влияние отбора

Как мы выяснили ранее, сам по себе мутационный процесс не способен существенно изменить популяцию, по крайней мере, человека за период примерно в миллион лет. В результате мутаций может возникнуть разнообразие, но первоначальные гены все равно будут составлять львиную долю в популяции, превосходя суммарную долю всех мутантных генов, даже если в популяции будут сохранены все до единой мутации, которые когда-либо происходили внутри популяции.
Конечно же, в природе этого никогда не происходит, на самом деле сохраняется едва ли одна из тысячи мутаций.
Мы в ходе мысленного эксперимента сохранили все мутации, но даже это не смогло поколебать генофонд популяции, даже в течение миллиона лет, если речь идет о человеке или другом живом организме, время одной генерации которого сравнимо с цифрой 20 лет.
Считается, что из этого равновесного состояния популяция выходит в результате естественного отбора. Для описания изменений частот генов в популяции были предложены различные математические модели и формулы, при одном взгляде на которые у нормального человека пропадает желание жить…
Формулы эти вполне корректны и точны. Они очень хорошо подходят для описания различных изменений и колебаний внутри популяций. Лично я нисколько не боюсь математики, но, жалея обыкновенного любознательного читателя, попробуем рассуждать по принципу – минимум математики, максимум логики.
Для начала опять проанализируем поведение единичного гена, одного из тридцати тысяч или более в геноме человека.

Влияние отбора на единичный ген человека

Как мы условились, в «первозданной» популяции наш единичный ген был одинаковым у всех ее представителей.
Если мы хотим изменить популяцию по данному изначально заданному гену, нам необходимо дождаться двух событий:
А) внутри этого гена должна произойти мутация;
Б) эта мутация должна вытеснить «первозданный» ген.

Здесь необходимо остановиться.
Возникает очень серьезный вопрос: а должен ли мутантный ген вытеснить «первозданный ген» полностью?

Первое. Предположим, что мутантный и первозданный гены находятся в состоянии «мирного сосуществования». Это будет означать, ни много ни мало, что оба аллеля (варианта генов) оставят нас в рамках популяции «человек».
Даже если в пределах нашего единичного гена произойдет миллион мутаций, но при этом первозданный ген все равно будет обеспечивать принадлежность к виду «человек», то грош цена этому миллиону мутаций в смысле образования нового вида. В таком случае, как первоначальный ген, так и его мутантные варианты, будут представлять из себя лишь материал для разнообразия внутри одного и того же биологического вида – «человек», что, скорее всего, и имеет место в действительности.
Поэтому, если мы хотим добиться образования нового вида, хотя бы по одному из генов, мы должны добиться полного вытеснения его первоначального варианта.
Более того, размах мутации также не может быть совсем уж большим.
Предположим, что среди многочисленных стад бизонов в Северной Америке возник совершенно новый мутант –