Читать книгу Неандерталец. В поисках исчезнувших геномов - Сванте Пэабо - Страница 7

Чарльза Дарвина во время путешествия по Южной Америке восхитили и одновременно потрясли находки ископаемых растительноядных гигантов. Эти существа, казалось ему, обойдут в размерах любого их современного наземного наследника. Вместе с чучелами птиц и зверей Дарвин отправил в Англию и несколько окаменелостей, включая крупную нижнюю челюсть, извлеченную из выветрелых прибрежных скал в Аргентине. Челюсть попала к анатому Ричарду Оуэну, и он приписал ее гигантскому наземному ленивцу размером с бегемота и дал ему имя Mylodon darwinii (см. рис. 5.1). Такой роскошный гигантский растительноядный зверь, конечно, вызывал интерес, но всех больше воодушевляла мысль, что животное не вымерло окончательно, а где-то существует, бродит по просторам Патагонии. В 1900 году в поисках этого чуда снарядилась экспедиция мистера Хескета Причарда, которого подтолкнула сенсационная находка явно свежего помета и остатков шкуры какого-то животного, напоминающего гигантского ленивца. Проехав по Патагонии около двух тысяч миль, Причард решительно заявил, что никакого помета и никаких иных следов, свидетельствующих о существовании милодона, нет[32]. И правильно рассудил: мы теперь знаем, что милодон вымер около 10 тысяч лет назад во время последнего ледникового периода.

Сейчас в Южной Америке живут дву- и трехпалые ленивцы; по сравнению с милодоном их вес весьма скромный, 5–10 килограммов. И они в отличие от милодона живут на деревьях. К древесному образу жизни они приспособились, видимо, совсем недавно в масштабе геологического времени – не дело таким крупногабаритным животным забираться на деревья. Кроме того, они и в древесных верхах не слишком сноровисты, спускаются вниз лишь для такого “низменного” дела, как испражнение. Главный вопрос происхождения ленивцев – возможность параллельной эволюции: был ли у двух форм ленивцев единый наземный предок, который стал приспосабливаться, довольно неуклюже, к древесному образу жизни, или же было две параллельных попытки наземных ленивцев освоиться на деревьях? Если сходные адаптации появляются независимо друг от друга – иными словами, если история повторяется раз за разом, – это означает, что возникающие экологические требования животные могут исполнить ограниченным числом способов. И если находятся две или больше несвязанных групп организмов с параллельно обретенными сходными поведенческими или морфологическими признаками, то есть случаи так называемой конвергенции, то отсюда неизбежно следует, что эволюция подчиняется определенным правилам.

Примером конвергенции может служить сумчатый волк, которого мы изучали в Цюрихе и Беркли. Как и с сумчатым волком, конвергенцию в случае с древесными ленивцами можно доказать, если понять, как дарвиновский наземный гигант связан с трех- и двупалыми ленивцами.

Рис. 5.1. Реконструкция скелета гигантского наземного ленивца. Источник: http://commons.wikimedia.org/wiki/

И я отправился в Лондон, в Музей естественной истории. Там меня опекал Эндрю Каррант, куратор отдела животных четвертичного периода, специалист по палеонтологии млекопитающих, добродушный человек, внешностью не сильно отличавшийся от плейстоценовых гигантов. Он показал мне ископаемые кости, которые собирал Дарвин, и разрешил отрезать маленький кусочек от двух костей патагонского милодона из этой коллекции. И еще я съездил в Нью-Йорк, в тамошний Музей естественной истории, и взял кое-какие образцы оттуда. Но именно в Лондоне, во владениях Эндрю, я своими глазами увидел, откуда берутся загрязнения в окаменелостях, попадающих к нам для изучения. Например, однажды я спросил Эндрю, обработана кость лаком или нет. И он, к моему изумлению, лизнул ее. И потом ответил: эта вроде нет, не обработана. Потому что, будь она покрыта лаком, не впитывала бы слюну. А необработанная кость, напротив, так активно впитывает слюну, что язык будто прилипает к поверхности. Тут я понял, что кости, с которыми мы работаем, могли за столетие музейного хранения подвергнуться подобной проверке не знаю уж сколько раз, – и испугался.

Когда образцы прибыли в Мюнхен, за них взялся Матиас Хёсс. Как всегда, по моему настоянию мы в первую очередь занялись технической стороной дела. Ленивцы меня интересовали лишь постольку-поскольку: на них можно было отработать получение древней ДНК. Матиас оценил общее количество ДНК в вытяжке из образцов милодона, а потом прикинул, сколько там ДНК, схожей с современными ленивцами. Выходило, что собственно милодоновой ДНК в вытяжке не больше 0,1 процента, а все остальное принадлежит тем существам, которые населяли эту кость после смерти животного. Нас это не удивило, потому что цифра оказалась типичной для ископаемых остатков.

Матиас, занявшись митохондриальной ДНК, ухитрился собрать цепочку длиной больше тысячи нуклеотидов. Как? Он размножил участки, которые перекрывались друг с другом, и соединил их в правильном порядке. После оставалось сравнить аналогичные фрагменты современных трех- и двупалых ленивцев с реконструированной древней цепочкой: так Матиас доказал, что наземные гиганты около четырех метров в высоту ближе к трехпалым ленивцам, чем к двупалым. Большинство ученых на тот момент полагали, что трех- и двупалые ленивцы произошли от единой древесной формы, и тогда они должны быть теснее связаны родством друг с другом, чем с наземным милодоном. Мы же показали, что, напротив, милодон больше похож на одного из них, значит, среди ленивцев по крайней мере дважды возникали древесные формы (рис. 5.2).

Рис.  5.2.  На  этом  филогенетическом  дереве  показано  положение  милодона  и двух  видов  современных  ленивцев;  за  свою  историю  ленивцы,  видимо,  осваивали деревья дважды. Из статьи: Höss et al. Molecular phylogeny of the extinct ground sloth Mylodon darwinii. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 93, 181–185 (1996)

Примеры с ленивцами и сумчатыми волками – яркие случаи конвергентной эволюции – стали для меня наглядным напоминанием, насколько ненадежно судить о родстве по морфологическому сходству. Выходило, что стоит природным обстоятельствам измениться в определенном направлении, как любая животная форма и поведение трансформируются сходным образом в нужную сторону. По мне, о родстве вернее говорит последовательность ДНК. В ДНК накапливаются тысячи мутаций, они возникают независимо друг от друга и не влияют ни на облик, ни на повадки животного. В морфологических чертах, напротив, заключаются средства выживания, поэтому те или иные измерения признаков отражают адаптивные возможности животного. Кроме того, признаки могут быть взаимно увязаны друг с другом – взяв два признака, никогда нельзя быть уверенным в их независимости. Так как в случае с ДНК мы имеем дело с множественными независимыми и случайно варьирующими признаками, то реконструкции получаются существенно более устойчивыми, чем основанные на морфологических вариациях. И даже больше – на базе ДНК можно получить время расхождения потомков с общим предком, чего никак нельзя сделать по морфологии. Ведь количество изменений в ДНК – это в основном функция времени, по крайней мере если речь идет о группе родственных видов.

Такие молекулярные часы и использовал Матиас. Он посчитал количество нуклеотидных различий в мтДНК и, соответственно, мутаций, которые успели накопиться по ходу эволюционного маршрута у животных, родственных ленивцам, – а это броненосцы и муравьеды. Неожиданно оказалось, что эта группа весьма древняя. Они разошлись, еще когда жили динозавры, около 65 млн лет назад. Вместе с ними, как мы знаем, появились некоторые современные группы млекопитающих и птиц, их непосредственные предки видели времена господства динозавров. Тогда существовали многочисленные виды наземных ленивцев, а теперь остались только обитатели древесных крон. До нашего открытия приходилось предполагать, что у древесных ленивцев имелось какое-то общее важное физиологическое свойство, которое помогло им пережить разнообразные климатические напасти, в том числе и последний ледниковый период. Но если общего предка у них не было, значит, вероятность такого хитрого признака уменьшается. Скорее все же их выживанию способствовал очевидный признак – приспособление к жизни на деревьях. Закончили мы свою статью[33] рассуждением, что ленивцы, забравшись повыше, смогли пережить и появление человека, который стал охотиться на их медлительных наземных сородичей. До сих пор ведутся споры, виноват ли человек, активный первобытный охотник, в вымирании американской мегафауны около 10 тысяч лет назад или тут сыграли свою зловещую роль естественные сдвиги в экологии. Но так или иначе, мы рады, что добавили в эту головоломку свой кусочек. Мы показали, что из остатков вымерших животных, живших тысячи лет назад, можно извлекать вполне достоверную ДНК и, опираясь на эту информацию, строить содержательные эволюционные гипотезы.