Наука: Наука и техника: Lenta.ru
Человек появился благодаря эволюции. Но продолжают ли люди эволюционировать, постепенно изменяясь так, что это остается незаметным? Эволюционист и генетик Джонатан Бичем (Jonathan Beauchamp) из Гарвардского университета положительно ответил на этот вопрос. Он выяснил, что по крайней мере американцы до сих пор испытывают воздействие естественного отбора. «Лента.ру» рассказывает об исследованиях ученого, опубликованных в виде препринта на сайте bioRxiv.
Ученые давно задавались вопросом, происходит ли в современной человеческой популяции естественный отбор — один из основных двигателей эволюции. Напомним, что естественным отбором называют процесс увеличения числа живых организмов с полезными признаками и уменьшения тех, кто оказался не приспособлен к своей среде обитания. До недавних пор считалось, что эволюция человека прекратилась около 40-50 тысяч лет назад. На это ссылались креационисты, спрашивая у эволюционистов: если человек произошел от обезьяны, то почему он больше не эволюционирует? Им отвечали: естественный отбор просто-напросто утратил свою силу.
Современная медицина позволяет выживать подавляющему большинству людей до детородного возраста и заводить детей.
Материалы по теме:
Однако за последние десятилетия накоплены свидетельства того, что эволюция современного Homo sapiens продолжалась и в последние три тысячелетия. Такие адаптации, как толерантность к лактозе, устойчивость к малярии и адаптация к высокогорному климату, возникли у человечества сравнительно недавно. Кроме того, обнаружили, что индекс массы тела у европейцев также находится под давлением естественного отбора.
Переносимость лактозы, которая позволяет взрослым людям усваивать молоко, — сравнительно недавнее изобретение эволюции, возраст которого всего лишь около трех тысяч лет
Изображение: Kmusser / Wikipedia
Исследователи старались выяснить, какие признаки способствуют тому, что человек становится репродуктивно успешным, то есть оставляет больше потомства. Может возникнуть вопрос: при чем тут репродуктивный успех, если речь идет о естественном отборе? Дело в том, что непосредственно естественный отбор почти невозможно выявить в популяции с низкой смертностью.
Однако чем более приспособлена особь, тем больше потомства она способна оставить. Следовательно, по количеству родившихся детей можно косвенно судить о степени адаптации родителя — разумеется, с некоторыми ограничениями.
Выяснилось, что люди доиндустриальной культуры достаточно сильно отличались друг от друга своей приспособленностью, и это могло служить подходящим «сырьем» для естественного отбора. По словам Бичема, здесь есть подводный камень. О естественном отборе можно говорить только тогда, когда внешние признаки (фенотип) особи, которые способствуют репродуктивному успеху, связаны с ее генами (генотипом). Методы молекулярной генетики, сравнительно недавно взятые эволюционистами на вооружение, позволяют возвести мост между генотипом и фенотипом.
Бичем стремился установить зависимость между относительным репродуктивным успехом (отношение показателя репродуктивного успеха человека к среднему репродуктивному успеху представителей того же пола) и генетическими вариантами (аллелями), ассоциированными с различными фенотипами.
В своей работе он воспользовался данными долговременного исследования Health and Retirement Study, в котором около 20 тысяч взрослых американцев старше 50 лет каждые два года отвечают на вопросы, касающиеся здравоохранения, обеспеченности жильем, финансового состояния, трудовой занятости и инвалидности.
Показатели относительного репродуктивного успеха удобны тем, что их можно использовать для оценки темпов естественного отбора. Чем он интенсивнее, тем быстрее эволюционирует популяция.
Рассматривались такие признаки, как индекс массы тела (ИМТ), уровень образования, концентрация глюкозы в крови, рост, шизофрения, концентрация холестерина в плазме крови и возраст прихода первых месячных у женщин. Предыдущие исследования, направленные на полногеномный поиск ассоциаций, продемонстрировали, что все перечисленные показатели в большей или меньшей степени связаны с генетическими факторами. Речь шла преимущественно о людях 1931-1953 годов рождения, поскольку они уже вышли из репродуктивного возраста.
Уровень образования в США: процент молодых людей, получивших ученую степень
Изображение: Ali Zifan / Wikipedia
Результаты показали, что наиболее репродуктивны успешные женщины с высокой массой тела или низким ростом, а также наименее образованные представители обоих полов. Вероятность ошибки — 0,001 для всех случаев. Связь между этими фенотипами и генами была продемонстрирована в статье 2015 года, опубликованной в журнале Nature Genetics. Авторы статьи, американские и европейские ученые, проанализировали более двух тысяч исследований, в которых применялся близнецовый метод.
Также установлено, что бездетные люди отличались более высоким уровнем образования, чем те, у кого был хотя бы один ребенок. В целом именно образованность в конечном итоге оказалась признаком, четко связанным с репродуктивным успехом. Остальные фенотипические черты после статистических поправок не демонстрировали влияния на численность потомства, кроме возраста начала первых месячных, для которого эта связь остается вполне вероятной.
Уровень рождаемости в отдельных штатах США
Изображение: Ali Zifan / Wikipedia
Следует отметить, что под образованностью понимается число лет, потраченных на образование. По оценкам ученого, естественный отбор способствует уменьшению времени учебы на полтора месяца за одно поколение.
Конечно, кажется очевидным, что на учебу тратятся годы, оптимальные для зачатия ребенка, поэтому гены здесь ни при чем. Однако не стоит забывать, что для уровня образования доказана наследуемость. Поэтому можно представить, что какие-то генетические факторы влияют на обучаемость людей, в результате чего они не тратят время на образование, а могут посвятить выигранные годы рождению детей и заботе о них. В результате рождается больше детей, которым передаются «гены низкой образованности».
В статье, опубликованной в журнале Nature в мае 2016 года, продемонстрировано, что уровень образованности может быть связан с некоторыми психоневрологическими и когнитивными особенностями организма, которые, в свою очередь, определяются изменениями в генах, участвующих в развитии центральной нервной системы.
Ученые: Современному человеку законы Дарвина не указ
Однако у этой точки зрения немало оппонентов. Они считают, что на естественном отборе рано ставить крест. Он продолжает работать, но в новых реалиях. Если раньше нашему предку приходилось выживать в суровых условиях дикой природы, то сейчас задачи иные. Ведь уже сам человек творит новую среду обитания, но механизм адаптации к ней не изменился. Сейчас нам приходится приспосабливаться к достижениям цивилизации точно так же, как когда-то далекий предок приспосабливался к изменениям климата. Но есть одно но… Если климат менялся крайне медленно, за сотни тысяч, а то и миллионы лет, то затем изменения в образе жизни стали стремительно ускоряться. И они заставляют человека в условиях цейтнота находить ответы на эти вызовы самому себе.
— Вот лишь один пример, — говорит кандидат биологических наук из Института общей генетики РАН Светлана Боринская. — Есть целые народы, которые не переносят молоко, скажем, китайцы. С точки зрения биологии так и должно быть.
Ведь человек, как и все млекопитающие, вскармливает детенышей молоком. У них вырабатывается фермент, расщепляющий молочный сахар. Но вот малыш подрастает, и ему молоко уже не требуется. Значит, не нужен и фермент. И тогда отвечающий за него «молочный» ген перестает работать, отключается. Что и произошло с китайцами.
Почему же сегодня миллионы людей без всяких проблем могут пить молоко до глубокой старости? Все дело в мутации «молочного» гена. Среди наших предков были люди с такими мутациями, но не играло существенной роли, пока человек был охотником-собирателем. А вот 10 тысяч лет назад он переключился на земледелие и скотоводство, молоко полилось, что называется, рекой. «Мутанты» смогли употреблять молоко и во взрослом состоянии. В итоге произошел отбор по мутантному «молочному» гену. Сегодня в Дании и Голландии этот напиток пьют практически все взрослые. У русских доля меньше, около 60 процентов. Это яркий пример, как хозяйственные и культурные особенности меняют генофонд популяции.
— Надо отметить, что наш геном уже не поспевает за стремительным развитием цивилизации, — говорит Светлана Боринская. — Отсюда и многие наши недуги. По сути, болезни цивилизации, скажем, атеросклероз, диабет, гипертония, заложены в нас генетически. И виноваты «жадные» гены. Ведь наш организм устроен рационально: если в пище чего-то не хватает, то именно этот дефицит он из еды максимально аккумулирует. Так, в рационе охотников-собирателей было мало соли, углеводов, холестерина, поэтому их генетический аппарат был «жадным» до этих продуктов, «заточен» на них. Кстати, в генофонде бушменов Африки, рацион которых примерно такой же, как у наших далеких предков, частота «жадных» генов и сегодня очень высока.
Что касается большинства населения планеты, то наше меню человека забито солью, углеводами, холестерином. Но мы не приспособлены к этому избытку, так как геном не может столь быстро перестроиться. И то, что когда-то помогало популяции выживать, сегодня мешает: соль вызывает гипертонию, холестерин — атеросклероз, сахар — диабет.
Словом, в ходе социальной и технической эволюции появляются все новые факторы риска, причем намного быстрее, чем наш генетический аппарат успевает к ним подстроиться.
Яркий пример связи генетики и переломов в развитии человечества приводит британский ученый Грегори Кларк. Он рассматривает причины промышленной революции в Англии в XVII-XIX веках. Об этом феномене в истории человечества ученые спорят уже не один десяток лет, в частности, называют демографию, развитие демократии, появление патентов и т.д. Кларк утверждает, что в основе революции лежит генетика. Переход нашего предка к аграрной жизни заставил быть более бережливым, ответственным, как следствие — богатеть. Вместо импульсивной, «вольной» жизни охотника и собирателя он постепенно превратился в дисциплинированного труженика, который должен каждый день приходить на работу без опозданий и трудиться по восемь и более часов. Что, кстати, за десятки тысяч лет предыдущего развития вовсе не было естественно для человека. Но аграрное общество наступало вольнице на горло, ведь нужно было в строго определенное время сеять и собирать урожай.
Но как же все эти годы работал генетический механизм? Как он «породил» промышленную революцию? Кларк доказывает, что у аграриев из поколения в поколение шел отбор по «гену работника», «гену цивилизованного человека». То есть средний класс формировался генетически. Это были относительно богатые люди, в семьях которых детей больше, чем в бедных. Они наследовали те черты, которые позволили их родителям стать богатыми. Так как у богатых детей становилось слишком много, то отпрыскам пришлось спускаться в низкие слои и постепенно распространять сюда «хорошие» гены. Словом, культура высшего класса распространилась на все общество через биологические механизмы.
Но почему она произошла именно в Англии, а не в какой-то другой стране, которые также жили в аграрных экономиках? Причина, по мнению Кларка, в резком росте населения в этой стране. Менее чем за сто лет оно выросло втрое, а человеку впервые в истории удалось выбраться из кошмара знаменитой мальтузианской ловушки. Британский ученый Томас Мальтус доказывал, что каждый скачок производительности труда увеличивает рождаемость, но этот рост числа едоков «съедает» все излишки, возвращая общество на круги своя.
И вот в Англии впервые дополнительная рабочая сила стала увеличивать, а не проедать доходы. Кларк замечает, что английские рабочие ускорили приближение промышленной революции своим упорным трудом как в цеху, так и в постели.
Эта версия Грегори Кларка сразу попала под огонь критики. Не меньше досталось и работе американского нейрофизиолога Брюса Лана. Сравнив современного человека и жившего 37 тысяч лет назад, он обнаружил изменения в двух генах, отвечающих за развитие мозга: один — за увеличение его объема, второй — за усложнение строения. По мнению Лана, первый ген «усовершенствовался» под влиянием культуры, искусства, письменности и ремесел. Они требовали от человека сложных навыков. Естественный отбор отдавал предпочтение тем, у кого этот ген был качественнее, отбраковывая бездарных и тупых. Второй ген улучшался благодаря развитию сельского хозяйства и возникновению городов.
Естественный отбор | Национальное географическое общество
Английский натуралист Чарльз Дарвин разработал идею естественного отбора после пятилетнего путешествия для изучения растений, животных и окаменелостей в Южной Америке и на островах Тихого океана.
В 1859 году он довел до сведения всего мира идею естественного отбора в своем бестселлере « о происхождении видов ».
Естественный отбор — это процесс адаптации и изменения популяций живых организмов. Люди в популяции естественно изменчивы, а это означает, что все они в чем-то разные. Эта вариация означает, что некоторые люди обладают чертами, более подходящими для окружающей среды, чем другие. Особи с адаптивными чертами — чертами, дающими им некоторое преимущество, — с большей вероятностью выживут и размножатся. Затем эти особи передают адаптивные черты своим потомкам. Со временем эти полезные черты становятся более распространенными в популяции. Благодаря этому процессу естественного отбора благоприятные черты передаются из поколения в поколение.
Естественный отбор может привести к видообразованию, когда один вид дает начало новому и совершенно другому виду. Это один из процессов, который движет эволюцией и помогает объяснить разнообразие жизни на Земле.
Дарвин выбрал название «естественный отбор», чтобы противопоставить его «искусственному отбору» или селекционному размножению, контролируемому людьми.
Он указывал на разведение голубей, популярное в его время хобби, как на пример искусственного отбора. Выбирая, какие голуби спариваться с другими, любители создали разные породы голубей с причудливыми перьями или акробатическим полетом, которые отличались от диких голубей.
Дарвин и другие ученые того времени утверждали, что процесс, очень похожий на искусственный отбор, происходил в природе без какого-либо вмешательства человека. Он утверждал, что естественный отбор объясняет, как большое разнообразие форм жизни развилось с течением времени от одного общего предка.
Дарвин не знал, что гены существуют, но он мог видеть, что многие признаки являются наследственными — передаются от родителей к потомству.
Мутации — это изменения в структуре молекул, из которых состоят гены, называемые ДНК. Мутация генов является важным источником генетической изменчивости в популяции. Мутации могут быть случайными (например, когда реплицирующиеся клетки делают ошибку при копировании ДНК) или происходить в результате воздействия чего-то в окружающей среде, например вредных химических веществ или радиации.
Мутации могут быть вредными, нейтральными, а иногда и полезными, приводящими к появлению новой полезной черты. Когда мутации происходят в зародышевых клетках (яйцеклетки и сперматозоиды), они могут передаваться потомству.
Если окружающая среда быстро меняется, некоторые виды не смогут достаточно быстро адаптироваться посредством естественного отбора. Изучая летопись окаменелостей, мы знаем, что многие из организмов, которые когда-то жили на Земле, теперь вымерли. Динозавры — один из примеров. Инвазивный вид, болезнетворный организм, катастрофическое изменение окружающей среды или очень успешный хищник — все это может способствовать исчезновению видов.
Сегодня действия человека, такие как чрезмерная охота и разрушение мест обитания, являются основной причиной вымирания. Судя по летописи окаменелостей, сегодня вымирания происходят гораздо быстрее, чем в прошлом.
Люди все еще развиваются? Взвешивание ученых: ScienceAlert
Как биологический вид люди заселили почти все уголки земли.
Мы разработали технологии и культуры, которые формируют мир, в котором мы живем.
Идея «естественного отбора» или «выживания наиболее приспособленных», кажется, имела смысл во времена каменного века, когда мы боролись за куски мяса, но разве это не так? все еще применяются сейчас?
Мы спросили 12 экспертов, эволюционируют ли люди. Эксперты пришли к единодушному мнению «да», однако ученые говорят, что у нас может быть неправильное представление о том, что такое эволюция на самом деле.
Эволюция — это не то же самое, что естественный отбор
Эволюция часто используется как взаимозаменяемая с фразами «выживание наиболее приспособленных» или «естественный отбор». На самом деле, это не совсем одно и то же.
«Эволюция» просто означает постепенное изменение популяции с течением времени.
«Естественный отбор» — это механизм, посредством которого может происходить эволюция. Наши предки каменного века, которые были более быстрыми бегунами, избегали быть растоптанными мамонтами и чаще имели детей.
Это «естественный отбор».
Со временем люди стали быстрее бегать. Это эволюция.
Эволюция может происходить без естественного отбора
Это имеет смысл для людей каменного века, но как насчет наших дней? Нам не нужно убегать от мамонтов, у нас есть лекарства на случай болезни, и мы можем пойти в магазин за едой.
Естественный отбор нуждается в «давлении отбора» (например, опасные вытаптывающие мамонты), поэтому, если у нас их больше нет, означает ли это, что мы перестаем развиваться?
Эксперты говорят, что даже при отсутствии давления отбора эволюция происходит по другим механизмам.
Профессор Стэнли Эмброуз, антрополог из Университета Иллинойса, объясняет, что «любое изменение пропорций генов или вариантов генов с течением времени также считается эволюцией. Варианты могут быть функционально эквивалентны, поэтому эволюция не приравнивается автоматически к «улучшению». ‘».
В то время как естественный отбор может повлиять на некоторые гены (например, гены, которые помогают нам бегать быстрее), другие изменения в нашей ДНК могут не оказать на нас очевидного влияния.
«Нейтральные» вариации также могут распространяться в популяции с помощью другого механизма, называемого «генетический дрейф».
Генетический дрейф работает случайно: некоторым особям может не повезти, и они умрут по причинам, не имеющим ничего общего с их генами. Их уникальные генные вариации не будут переданы следующему поколению, поэтому популяция изменится.
Генетический дрейф не требует давления отбора, и он все еще происходит сегодня.
Естественный отбор все еще происходит в людях
Несмотря на то, что мы упростили себе жизнь, вокруг нас все еще существует давление отбора, а это означает, что естественный отбор все еще происходит.
Как и все млекопитающие, люди теряют способность переваривать молоко, когда перестают кормить грудью. Это потому, что мы перестаем вырабатывать фермент под названием лактаза. В некоторых странах население приобрело «лактазную стойкость», что означает, что люди вырабатывают лактазу на протяжении всей своей жизни.
В европейских странах мы можем быть благодарны одной конкретной вариации гена за нашу стойкость лактазы, которая называется «-13910*T».
Изучая эту специфическую генную вариацию в современных и древних образцах ДНК, исследователи предполагают, что она стала обычным явлением после того, как люди начали приручать и доить животных.
Это пример естественного отбора, когда мы сами создали давление отбора — мы начали пить молоко, поэтому мы эволюционировали, чтобы его переваривать!
Другим примером людей, подвергающихся естественному отбору для адаптации к образу жизни, является народ баджау, который традиционно живет в плавучих домах в водах Юго-Восточной Азии и проводит большую часть своей жизни, ныряя в воду, чтобы охотиться на рыбу или собирать моллюсков.
Ультразвуковое исследование показало, что у людей баджау селезенка больше, чем у их соседей, что позволяет им дольше оставаться под водой.
Вокруг нас всегда существует избирательное давление, даже если мы сами его создаем.
Как говорит доктор Бенджамин Хант из Бирмингемского университета: «Наши технологические и культурные изменения изменяют силу и состав давления отбора в нашей среде, но давление отбора все еще существует».
Эволюцию нельзя остановить
Таким образом, эволюция может происходить с помощью различных механизмов, таких как естественный отбор и генетический дрейф. Поскольку наша среда постоянно меняется, всегда происходит естественный отбор. И даже если бы наша окружающая среда была «в самый раз» для нас, мы бы все равно развивались!
Доктор Эливин Скалли, эксперт в области эволюции и генетики из Кембриджского университета, объясняет: «Пока человеческое воспроизводство связано со случайностью и генетическими мутациями (а законы Вселенной в значительной степени гарантируют, что так будет всегда, когда-нибудь уровень), будут продолжаться различия от одного поколения к другому, а это означает, что процесс эволюции никогда не может быть по-настоящему остановлен».
Вывод: Эволюция означает изменение популяции. Это включает в себя как легко заметные изменения для адаптации к окружающей среде, так и более тонкие генетические изменения.
Люди все еще развиваются, и вряд ли это изменится в будущем.
