Самые важные научные результаты 2005 года

По давней традиции в конце года ведущие мировые научные журналы, такие как Science и Nature, подводят итоги, выделяя самые важные результаты и направления исследований уходящего года. На этот раз первым свой годовой обзор опубликовал журнал Science.

Научным прорывом 2005 года редакция журнала Science назвала исследования в области эволюционной биологии. Новые массивы генетических данных по самым разным организмам — от микробов до млекопитающих — позволили биологам сделать огромный шаг вперед в понимании механизмов, которые управляют эволюцией живых существ. Мы приводим сокращенный пересказ обзора, опубликованного на сайте журнала Science.

Одним из самых важных событий года стала публикация генома шимпанзе — ближайшего к человеку из существующих видов животных. Сравнение геномов позволило выявить 40 млн эволюционных событий, которые отделяют человека от шимпанзе. На тех участках, где два генома могут быть непосредственно сопоставлены, различия составляют всего около 1%. В расчете на один синтезируемый белок эта разница составляет всего два аминокислоты. Однако между двумя геномами неожиданно обнаружились довольно заметные различия в некодирующей части. Имеются крупные участки ДНК, которые есть у человека, но отсутствуют у шимпанзе, и наоборот. С их учетом различие геномов достигает 4%.

В уходящем году появилась целая серия публикаций, подтверждающих, что в относительно недавнее время естественный отбор привел к изменениям в экспрессии некоторых уникальных генов в мозгу человека. В целом поиск человеческих генов, поддержанных естественным отбором, был в этом году резко ускорен появлением ряда баз данных, в которых собрана информация о вариациях человеческого генома, в частности базы данных HapMap по однонуклеотидным полиморфизмам (SNP) в геноме человека.

В уходящем году замечательные результаты получены в изучении процессов разделения видов. Новые виды могут образовываться, когда две популяции одного вида выбирают разные пути адаптации и в конце концов перестают скрещиваться между собой. Это, например, может произойти, если популяции оказываются разделены морем или горным хребтом. Однако популяция может разделиться на две даже без географических барьеров, достаточно, чтобы одна группа особей перестала спариваться с другой. До недавнего времени было очень мало подтверждений, что такой процесс действительно имеет место. Однако в этом году биологи обнаружили убедительные примеры неожиданно быстрой эволюции формы и поведения живых существ.

Один из таких примеров — певчая птица славка-черноголовка (Sylvia atricapilla), которая размножается в Германии и Австрии. Часть птиц зимой мигрирует к северу, а часть — к югу. Весной они возвращаются на общую территорию гнездования, но в разное время, что исключает спаривание между двумя популяциями. В будущем это несовпадение во времени может привести к разделению двух популяций на два разных вида.

Даже небольших изменений во внешнем виде или поведении, возникших за время раздельного существования популяций, может оказаться достаточно, чтобы предотвратить скрещивание между зарождающимися видами. В 2005 году удалось получить убедительные подтверждения этого тезиса. Изменение цвета крыльев и быстрое изменение числа хромосом может обеспечить разделение в популяции бабочек. А, например, гавайским сверчкам рода Laupala для этого достаточно различия в звучании песни, которой самец призывает самку. В обоих случаях большое количество наблюдаемых видов этих насекомых говорит о быстром процессе видообразования.

Также в этом году была показана важная роль некодирующей части генома. В исследованиях, выполненных на плодовых мушках, обнаружилось, что от 40 до 70% некодирующей части ДНК эволюционирует медленнее, чем гены, задающие структуру белков. То есть некодирующая часть генома может в некоторых случаях более надежно стабилизироавться естественным отбором, чем экспрессируемые гены. В одном случае удалось путем замены некодирующего участка ДНК добиться изменения внешнего вида мушек, а именно появления у них темного пятна, которое характерно для другого подвида.

Эволюционно-генетические исследования могут привести к важным результатам в медицине. Изучение генетических различий у людей, а также между людьми и животными помогает понять причины высокой уязвимости человека для таких заболеваний, как СПИД, коронарная болезнь сердца, хронический вирусный гепатит, малярия, которым не подвержены, например, шимпанзе.

В октябре в рамках исследований птичьего гриппа молекулярные биологи выполнили красивую работу. Из тканей человеческого тела, сохранившегося в вечной мерзлоте на Аляске, был извлечен генетический материал и по нему удалось восстановить три неизвестных гена вируса гриппа, эпидемия которого в 1918 году привела к смерти нескольких десятков миллионов людей. Изучение этих генов показало, что вирус 1918 года первоначально был птичьим, однако несколько мутаций привели к тому, что он обрел способность заражать человека. Сходная опасность эволюции вируса птичьего гриппа угрожает миру и в наши дни.

Полтора века назад, выдвигая идею эволюции посредством естественного отбора, Дарвин отмечал, что механизмы, управляющие наследственностью и изменчивостью, к сожалению, остаются совершенно непонятными. Поэтому своей главное задачей он считал доказательство существования самого естественного отбора. Современные последователи Дарвина полным ходом изучают генетические, морфологические и поведенческие механизмы, которые лежат в основе естественного отбора и эволюции. По мнению редакции журнала Science, в 2005 году именно в этой области науки были получены самые впечатляющие результаты. Об этом сообщают "Элементы" со ссылкой на Elizabeth Culotta, Elizabeth Pennisi, Breakthrough Of The Year: Evolution in Action, Science, 23 декабря 2005 года.