You are here

Грекопитекус задает вопросы

Как рассказывает нам наука палеоантропология, которая изучает историю наших предков, последний раз родословная приматов разветвилась примерно 8-7 млн лет назад, где-то в Африке. Одна ветвь этой родословной потянулась к нынешним шимпанзе и бонобо, а другая – к т.н. австралопитекам, которые стали дальними предшественниками нашего семейства Гомо.

До сих пор первыми на этой «гоминидной» ветви считались Сахельантропусы, вторыми – Оррорины. От Сахельантропуса, как были названы останки, найденные в 2001-02 годах вблизи африканского озера Чад, сохранился – да и то не полностью - один только череп. Датировка показала, что его возраст порядка 7 млн лет, а поскольку некоторые особенности зубов роднили это существо и с обезьянами, и с людьми, было выдвинуто предположение, что Сахельантропус и мог быть последним общим предком тех и других.

Оррорины, около 20 разных костей которых были найдены в Кении с 2000 по 2007 годы, жили, судя по результатам датировки, между 6.1 -5.7 млн лет назад и, судя по многим особенностям их зубов и скелета, были значительно ближе к гоминидам, чем Сахельантропусы.

Посмотрите внимательно на эти цифры возрастов. Их стоит напомнить, потому что они, кажется, вот-вот подвергнутся радикальному пересмотру, ибо в мае нынешнего года палеоантропологический научный мир всколыхнуло сообщение об открытии еще одного дальнего человеческого предка, точнее – его челюсти и одного зуба, датировка которых дала для их возраста цифры – посмотрите внимательно и на них - 7.175 и 7.24 млн лет, соответственно.

Тщательное исследование уникального зуба выявило в нем одну важную особенность – намек на частичное срастание корней, что в палеоантропологии считается характерным признаком гоминидов. На этом основании авторы открытия выдвинули предположение, что именно найденное ими существо, - а не Оррорины, -  было самым далеким предком гоминидов. Если эта гипотеза подтвердится последующими находками и их анализом, можно будет сказать, что история гоминидов сделала существенный шаг назад, в прошлое, поскольку с ее начала прошло не 6.1 млн лет, как утверждала гипотеза о «первенстве» Орроринов, а 7.24 млн лет. Соответственно, необходимо будет сдвинуть назад и время разветвления эволюционных линий гоминидов и обезьян: не 8-7, а, быть может, 9-8 млн лет назад. И вдобавок, разумеется, возникнет вопрос, куда, на какую из этих линий поместить Сахельантропусов?

Но и это еще не все, потому что самым важным последствием нового открытия может оказаться не столько изменение хронологии, сколько изменение географии. Дело в том, что обе находки - и челюсть, и зуб – были обнаружены не где-нибудь в Кении или Эфиопии, а … на Балканах: зуб в Болгарии, а челюсть в Греции, прямо в Афинах. Соответственно, новооткрытое существо получило название Грекопитекус, и авторы открытия уже выступили с гипотезой, что эволюция гоминидов началась отнюдь не в Африке, как общепринято считать сегодня, а на юге Европы. Понятно, что это настоящее «колебание основ». Но насколько оно правдоподобно?

Вообще-то говоря, новая гипотеза – отнюдь не первое посягательство на «основы». В минувшем веке, когда складывались нынешние представления о родословной человечества, были выдвинуты сразу две теории. По одной, гоминиды не только появились в Африке, но здесь же прошли и все основные этапы своей эволюции вплоть до появления вида Гомо сапиенс. По другой, эта эволюция началась и происходила в самых разных местах земного шара независимо. Позднее первая теория была основательно подтверждена генетическими исследованиями, и сегодня гипотезу мультирегиональной эволюции вспоминают лишь изредка. Но, к примеру, китайские ученые то и дело объявляют, что нашли у себя на родине доказательства «китайского» происхождения современного человечества. Как правило, эти заявления связаны с находкой очередных останков какого-то древнего гоминида, возраст которого превышает 2 млн лет. И это не случайно. Согласно классической «африканской» теории, первым гоминидом, совершившим «исход из Африки», был т.н. Гомо Эректус («Человек Прямоходящий»), и исход этот произошел 2 млн лет назад. Понятно, что останки этого гоминида никак не могли появиться в Китае раньше даты «исхода».

И все же китайские претензии на «приоритет», по всей видимости, безосновательны, потому что палеоантропологические открытия последних лет сдвинули дату исхода Гомо Эректуса из Африки на добрых пол-миллиона лет в прошлое. (Это, кстати, объяснило, и нашумевшую находку костей гоминидов почти 2-х миллиооннолетней давности в грузинском Дманиси).

Таких «шагов назад» в палеоантропологии будет, надо думать, еще немало, потому что родословная семейства Гомо, особенно первых ее представителей, то и дело пересматривается в свете новых открытий. Так, раньше считалось, что предшественником Гомо Эректуса (и первым «Гомо») был Гомо Хабилис («Человек Умелый»), живший 2.5 млн лет назад, а теперь новая датировка «исхода» Гомо Эректуса явно вызывает необходимость сдвинуть в прошлое и время жизни этого Гомо Хабилиса.

Аналогично, намного усложнилась картина того, что происходило в Африке после ухода части племен Гомо Эректуса в Азию. Раньше считалось, что оставшиеся в Африке представители этого вида сразу дали начало линиям сапиенсов и неандертальцев, а теперь перед этой развилкой объявились, как минимум, еще два, ранее неизвестных вида гоминидов: Гомо Эргастер («Работящий») и Гомо Антесессор («Предшественник»). И вот сейчас нам предлагают самое, может быть, радикальное новшество: не только сдвинуть дату появления «самых первых» гоминидов, но и перенести место их появления из Африки в Европу. Так насколько же убедительна эта новая гипотеза?

Прежде всего, она вызывает очевидный вопрос. Как мы видели, палеоантропология накопила массу данных об эволюции ранних гоминидов в Африке, начиная, возможно, с Сахельантропуса, жившего около 7 млн лет назад, и уж наверняка с Оррорина, жившего 6.1 млн лет назад. И если принять, что Грекопитек был первым на этой линии, то как его потомки попали затем в Африку? Ведь его отделяло от нее Средиземное море!

Этот вопрос заставляет нас присмотреться к геологической истории Земли. А геология сообщает нам, что Средиземное море существовало не всегда. Во время т.н. Мессининского периода (8.6 – 5.3 млн лет назад) оно поначалу существовало в своем почти нынешнем виде, а около 6 млн лет назад, в результате испарения, отделилось от океана и практически съежилось до размеров большого озера между нынешними Италией и Ливией (об этом говорят огромной толщины солевые слои на дне моря), а 5.3 млн лет назад, в результате прорыва океана через нововозникший Гибралтарский пролив снова наполнилось.  Значит, существовал отрезок времени, когда сухопутное общение между нынешними Европой и Азией было вполне возможно. И это подтверждается обилием останков древних африканских животных, найденных в южной Европе.

Но «гипотеза Грекопитека» говорит о тех временах (напомню – 7.1-7.2 млн лет назад), когда море еще существовало. И надеяться на то, что будущие исследования что-то тут изменят в датах, как предлагает эта гипотеза, не приходится. Палеоантропологи считают, что эволюционный «взрыв», породивший множество новых животных видов в Африке и одновременно давший начало линиям обезьян и гоминидов, произошел именно 8-7 млн лет назад, потому что это было время, когда ледниковый щит, надвигавшийся с севера на Европу, существенно изменил климат Африки. Именно тогда Сахара стала превращаться в пустыню, а южнее нее леса стали сменяться саваннами, что и дало эволюционный толчок к образованию множества новых биологических видов.

В свете всех этих соображений не удивительно, что большинство специалистов скептически встретили гипотезу о европейском происхождении гоминидов

***************************************************************************************************************************

           «Ты меня не пугай. У меня на твой Криспер тоже кое-что найдется!»

Аббревиатура  CRISPR (произносится для удобства «Криспер») – известна сегодня многим. Поэтому достаточно напомнить, что она составлена из начальных букв длинного научного термина, который по-простому означает иммунную систему бактерий.

Эволюция, как мы знаем, широко пользуется орудием войны, чтобы понудить свои создания совершенствоваться, и у бактерий тоже есть свои враги, антибактериальные вирусы, или бактериофаги, которые стремятся использовать механизмы бактериальной клетки для своего размножения (у самих фагов таких механизмов нет). Ну, а на попытки проникновения фагов бактерии, естественно, ответили выработкой у себя механизмов защиты. Таким механизмом как раз и является Криспер.

У нас, у людей, иммунная система умеет вырабатывать антитела, точно подогнанные под форму любого патогена, стремящегося ворваться в наш организм, и потом запоминать, как это повторить в будущем. У бактерий иммунная система, понятно, попроще.  Она обладает способностью разрушать ДНК вторгшегося в бактерию фага, анализировать получившиеся кусочки и брать себе «на память» какой-либо один из них. Эти кусочки хранятся затем в специальном участке бактериальной РНК. Его можно сравнить с этакой береговой батареей, где рядом друг с другом, отделенные перегородкой, стоят орудия разного калибра, каждое против какого-то фага – в том смысле, что «снаряд» этого орудия способен распознавать ДНК именно этого фага. Если в клетку вторгнется фаг из числа уже побывавших в ней, она выпустит в него такой «распознающий снаряд», снабдив его особым «взрывателем», который сработает в тот момент, когда снаряд нащупает знакомую фаговую ДНК – сработает и взорвет этот фаг на фиг.

Но «а ля гер ком а ля гер», на войне как на войне, и фаги, чья война с бактериями длится уже миллиарды лет, столкнувшись с Криспером, призадумались и нашли ему достойный ответ. Не все, конечно, нашли, только некоторые, но и таких было достаточно, чтобы ученые, обнаружив сей поразительный факт, тоже в свою очередь призадумались и решили разобраться. Первым результатом этого решения стала статья, опубликованная в марте 2017 года в журнале Cell учеными американского Института Скриппса (DOI: 10.1016/j.cell.2017.03.012). В этой статье сообщается о расшифровке тех тончайших механизмов, с помощью которых некоторые фаги отвечают некоторым бактериям на их Криспер.  

Успех, достигнутый учеными Скриппса, стал возможным благодаря новой технологии т.н. «криоэлектронной микроскопии», в разработке которой сотрудники Института сыграли ведущую роль. В отличие от обычной электронной микроскопии, образцы здесь подвергаются «мгновенному» замораживанию в жидком азоте, что позволяет различить их структуру в родной среде. Постепенное совершенствование этого метода позволило ученым довести разрешение до атомарных размеров. А серия последовательных «крио-снимков» ДНК бактерии и фага во время их взаимодействия, показала, как именно происходит это взаимодействие.

Прежде всего, выяснилось, что для успешного уничтожения фаговой ДНК распознающие молекулы Криспера («снаряд») должны обвиться вокруг нее и двигаться по ней до тех пор, пока не найдут знакомый кусочек. Найдя такое место, «снаряд» прикрепляется к нему, и такое прикрепление служит сигналом для «взрывателя». Так вот, как выяснилось на втором этапе исследования, фаг, научившийся отражать эту угрозу, реагирует на первое прикосновение комплекса распознающих молекул мгновенным выбросом заранее заготовленных белков разных типов. Белковые молекулы одного типа обвиваются вокруг распознающего комплекса и не дают ему двигаться вдоль фаговой ДНК. Белки второго типа действуют еще хитрее: они «мимикрируют», притворяясь, что они и есть фаговая ДНК, и тогда распознающий комплекс прикрепляется к ним и уже не может причинить вред настоящей ДНК.

Авторы исследования полагают, что существуют и другие виды анти-Крисперов. Их поиск может иметь и практическое значение. Поскольку сам Криспер пытаются сейчас приспособить для «редактирования» (исправления) испорченных генов у человека, то изучение анти-Криспера может открыть перед учеными возможность управлять включением или выключением такого «редактирования» по своему желанию, с помощью анти-крисперных фаговых белков.

Рафаил Нудельман

"Окна", 6.07. 2017