Хордовые животные получили свое название от уже упомянутой хорды, хрящевого стержня, который проходит вдоль спины животного, у эмбриона, если не у взрослого. Другие особенности хордовых животных (включая позвоночных), которые у нас встречаются только в эмбрионе, включают жаберные отверстия на переднем конце с обеих сторон и хвост, тянущийся позади заднего прохода. У всех хордовых животных есть спинной нервный тяж (проходит вдоль спины), в отличие от многих беспозвоночных, где нервный тяж является брюшным (проходит вдоль живота).
У всех эмбрионов позвоночных есть хорда, но она заменяется более или менее сегментированным, сочлененным позвоночником. У большинства позвоночных сама хорда сохраняется у взрослых только во фрагментах, таких как межпозвоночные диски, свойство которых смещаться может принести нам так много огорчений. Миноги и миксины – необычные позвоночные, сохранившие хорду более или менее неизменной у взрослых. В этом отношении они, я считаю, являются граничными позвоночными, но все равно все называют их позвоночными.
Рассказ Миноги
Причина, по которой миноге выпало рассказывать этот рассказ, будет выявлена в конце. Это – повторение темы, с которой мы сталкивались прежде: есть отдельный взгляд на происхождение и родословную с точки зрения гена, удивительно независимый от представления, которое мы получаем, когда думаем о генеалогических деревьях более традиционным способом.
Гемоглобин известен как жизненно важная молекула, которая несет кислород к нашим тканям и придает нашей крови ее захватывающий цвет. Человеческий взрослый гемоглобин – в действительности соединение четырех цепей белка, названных глобинами, закрученных друг вокруг друга. Их последовательности ДНК показывают, что четыре цепи глобина близко связаны друг с другом, но не идентичны. Две из них называют альфа-глобинами (каждая соединяет цепочкой 141 аминокислоту), и две – бета-глобинами (каждая соединяет 146 аминокислот). Гены, кодирующие альфа-глобины, находятся на нашей 11 хромосоме; а кодирующие бета-глобины – находятся на хромосоме 16. На каждой из этих хромосом располагается подряд кластер генов глобинов вперемежку с некоторым количеством мусорной ДНК, которая никогда не транскрибируется. Альфа-кластер на хромосоме 11 содержит семь генов глобина. Четыре из них – псевдогены – выведенные из строя версии альфы с ошибками в их последовательности, никогда не переводимые в белок. Два истинных альфа-глобина используются во взрослом возрасте. Последний глобин называют дзэтой, и он используется только в эмбрионах. В бета кластере на хромосоме 16 есть шесть генов, некоторые из которых повреждены, а один используется только в эмбрионе. Гемоглобин взрослого, как мы видели, содержит две альфа и две бета цепи, обвитые друг вокруг друга, чтобы сформировать красиво функционирующий узел.
Не обращайте внимания на все эти сложности. Вот очаровательный момент. Тщательный побуквенный анализ показывает, что различные виды генов глобина – буквально кузены друг друга, члены семьи. Но эти дальние родственники все еще сосуществуют в Вас и во мне. Они все еще сидят бок о бок со своими кузенами в каждой клетке каждого бородавочника и каждого вомбата, каждой совы и каждой ящерицы.
В масштабе целых организмов, конечно, все позвоночные животные – также кузены друг друга. Дерево эволюции позвоночных – генеалогическое дерево, с которым мы все знакомы, его точки ветвления представляют события видообразования – раскол видов на дочерние виды. В обратном направлении они – пункты свиданий, которые перемежают это странствие. Но есть другое генеалогическое дерево, занимающее ту же шкалу времени, ветви которого представляют не события видообразования, а события дупликации гена в геномах. И образец ветвления дерева глобина выглядит очень отличающимся от образца ветвления генеалогического дерева, если мы чертим его обычным, ортодоксальным способом, с видами, ветвящимися, чтобы сформировать дочерние виды. Не существует единственного эволюционного дерева, в котором виды делятся и дают начало дочерним видам. У каждого гена есть свое собственное дерево, своя собственная хроника расщеплений, свой собственный перечень близких и дальних родственников.
Около дюжины различных глобинов в Вас и во мне перешли к нам через все родословные наших позвоночных предков. Приблизительно пятьсот миллионов лет назад у бесчелюстных рыб, возможно, похожих на миногу, предковый ген глобина случайно раскололся на два, обе копии остались в различных частях генома той рыбы. Потом было две копии этого гена, в различных частях генома всех потомков животного. Одной копии было предопределено дать начало альфа-группе на том, что, в конечном счете, станет хромосомой 11 в нашем геноме, другой – бета группе на нашей теперешней хромосоме 16. Нет никакого смысла пытаться догадаться на какой хромосоме любой из них располагался у промежуточных предков. Местоположения опознаваемых последовательностей ДНК, фактически ряд хромосом, на которые разделен геном, перетасованы и изменены с удивительно беспечной энергией. Системы нумерации хромосом, поэтому, не являются общими для всех групп животных.
Прошли века, были дальнейшие дупликации, и, несомненно, также некоторые делеции. Приблизительно 400 миллионов лет назад предковый альфа-ген был дуплицирован снова, но на сей раз две копии оставались близкими соседями друг друга в кластере на одной и той же хромосоме. Одной из них было суждено стать дзэтой наших эмбрионов, другая стала альфа-генами глобина взрослых людей (дальнейшие ветвления дали начало атрофированным псевдогенам, о которых я упоминал). Подобная история произошла с бета-ветвью, но с дупликациями в другие моменты геологической истории.
Теперь интересный момент. Учитывая, что раскол между альфа- и бета-группой имел место пятьсот миллионов лет назад, конечно, не только наши, человеческие геномы свидетельствуют о расколе и обладают как альфа-, так и бета-генами в различных своих частях. Мы должны ожидать увидеть тот же раскол, если посмотрим на геномы любых других млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий или костных рыб – до нашего общего со всеми ими предка, жившего меньше чем 500 миллионов лет назад. Везде, где он был исследован, это ожидание оказалось правильным. Наша самая большая надежда на обнаружение позвоночного животного, которое не разделяет с нами древний альфа/бета раскол, было бы бесчелюстной рыбой, такой как минога или миксина, поскольку они – наши самые отдаленные кузены среди сохранившихся позвоночных животных. Они – единственные сохранившиеся позвоночные животные, чей общий предок с остальными является достаточно древним, чтобы он мог предшествовать альфа/бета расколу. Без сомнения, эти бесчелюстные рыбы – единственные известные позвоночные животные, у которых отсутствует альфа/бета разделение. Другими словами, Свидание 22 является настолько древним, что оно предшествовало расколу между альфа- и бета-глобином.
Нечто подобное «Рассказу Миноги» могло быть сказано для каждого из наших генов, поскольку все они, если вернуться достаточно далеко, обязаны своим происхождением расколу некоторого древнего гена. И нечто подобное этой всей книге могло быть написано для каждого гена. Мы произвольно выбрали, что это должно быть человеческим путешествием, и мы определили свои вехи как пункты свиданий с другими линиями, что означает в прямом направлении события видообразования, в которых наши человеческие предки откалываются от других. Я уже отмечал, что мы могли точно так же начать свое путешествие с современного дюгоня или современного черного дрозда и перечислить другой ряд копредков на пути назад к Кентербери. Но я теперь выскажу более радикальное соображение. Мы могли также описать обратное странствие для любого гена.
Мы могли бы проследить за странствием альфа-гемоглобина, или цитохромома-c, или любого другого упомянутого гена. Свидание 1 было бы вехой, в которой наш выбранный ген последний раз был дуплицирован, создав свою копию в другом месте в геноме. Свидание 2 было бы предыдущим случаем
