Генетичне майбутнє людства

Логинова О.О.

Еволюція людського виду не обмежена минулим. Механізми, які викликають зміни в частоті генів від покоління до покоління, продовжують працювати і в даний час. З плином часу біологічна еволюція все більшою і більшою мірою доповнюється культурної еволюцією, яка стає однією з головних сил, що викликає біологічні зміни всередині людського виду. Знання цих механізмів має допомогти у визначенні тенденції розвитку генетичної структури людських популяцій в майбутньому.

У більшості країн за останні кілька поколінь умови життя населення сильно змінилися і продовжують змінюватися в наростаючому темпі. Завдяки успіхам гігієни та медицини значно поліпшилося здоров'я людини і зросла тривалість його життя. Ці обставини позначаються на репродуктивності і смертності і, отже, впливають на генетичної структурі майбутніх поколінь.

Прогрес науки і техніки піддає сучасних людей істотно великим ризикам несприятливою мінливості, ніж це було на протягом усього попереднього періоду розвитку людської цивілізації. Фізичні, хімічні і, можливо, біологічні (вірусні) мутагени можуть нести серйозну загрозу для генетичної структури популяції в майбутньому.

Тому однією з найактуальніших завдань сучасного природознавства є вивчення процесів генетичної мінливості людини і розробка системи заходів для запобігання несприятливих тенденцій еволюції.

У зазначеному аспекті важливе значення має розвиток генетики людини, особливо в області генетичного консультування і скринінгу спадкових аномалій, що може зберегти прийнятний рівень здоров'я майбутніх поколінь.

Мутація - це загальна властивість живих організмів, що лежить в основі еволюції і селекції всіх форм життя і полягає в раптово що виникає зміну генетичної інформації. Коли мутація відбувається в окремому гені, то говорять про генних або точкових мутацій. При зміні структури хромосом або їх числа, мова йде про хромосомних мутацій. Всі генетичну різноманітність людей так чи інакше є наслідком мутацій

З достатньою впевненістю можна стверджувати, що багато мутації генів і практично всі аберації хромосом несприятливі як для індивіда, так і для популяції; більшість хромосомних аберацій губить зиготу в період ембріонального розвитку, менша частина таких зигот доживає до народження і продовжує існувати далі, але уражені пацієнти страждають важкими вродженими вадами. Генні мутації часто ведуть до вроджених захворювань з простим типом успадкування або до виходу з ладу в мультифакторіальних генетичних системах. Дуже велика частина генних мутацій веде до змін амінокислотної послідовності білків і не викликає явною функціональної недостатності, прикладом чого служать варіанти гемоглобіну. Частка сприятливих мутацій, у кращому випадку, дуже незначна.

Частоти чисельних аберацій хромосом збільшується з віком матері, тому будь-який зрушення в материнському віці приведе до до зміни в загальній поширеності таких хромосомних мутацій. У багатьох сучасних популяціях існує тенденція до зменшення числа дітей у сім'ї і концентрація дітонародження у віковій групі з найменшим ризиком (жінки у віці від 20 до 30 років). Було підраховано, що в західних країнах і в Японії ця тенденція повинна була зменшити кількість дітей із синдромом Дауна на 25 ... 40%. Однак кілька останніх досліджень показує, що схильність багатьох сучасних жінок відкладати народження дитини на кілька більш пізній вік легко може призвести до зміни цієї тенденції на протилежну.

Відомо, що найефективніший засіб виявлення аномалій хромосом - це пренатальна діагностика. У багатьох країнах цю діагностичну процедуру пропонують проводити всім жінкам старше 35 років. Якби всі люди похилого вагітні жінки дійсно через неї проходили, частота синдрому Дауна безумовно б знизилася. Можна припустити, що зі збільшенням безпеки пренатальної діагностики для матері та дитини, амніоцентез стане звичним для більшості вагітностей в розвинених країнах. У таких умовах можна буде майже повністю уникнути аномалій, обумовлених чисельними або структурними абераціями хромосом.

Для багатьох генів частота мутацій збільшується з віком батька, тому будь-який зрушення у віковій структурі батьків відповідним чином вплине на частоту мутацій. Для рідкісних аутосомно-домінантних станів зміни під дією віку батька не будуть настільки великими, як для численних хромосомних аберацій; вплив віку батька на частоту мутацій у домінантних і зчеплених з Х-хромосомою генів менше віку матері на частоту чисельних аномалій хромосом. З медичних позицій загальний вплив батьківського віку є відносно невеликим і практично не береться до уваги фактичний ризик ураження домінантної мутацією дитини, яка має літнього батька.

Будь-який можливий підйом рівня радіації, будь-яке опромінення може на декілька відсотків збільшити частоту мутацій. Беручи до уваги флуктуації «спонтанної» частоти мутацій, обумовленої наприклад, змінами вікової структури батьків, будь-яке збільшення, пов'язане з радіацією, може виявитися навіть непоміченим без застосування тонких епідеміологічних методів. Все ж таки ефект має місце, особливо з урахуванням дії техногенних факторів, включаючи техногенні катастрофи. Отже, однією з основних завдань профілактики підвищеної частоти мутацій у людини є підтримка радіації на низькому рівні.

Про вплив хімічних мутагенів на популяцію людини відомо дуже мало. Можна припустити, що людству доведеться змиритися з певною кількістю хімічно індукованих мутацій, оскільки суспільство не може відмовитися від тих переваг, які дають йому досягнення сучасної хімії.

У майбутньому людству доведеться зіткнутися зі збільшенням частоти спонтанних мутацій. Воно призведе до відповідного збільшення чисельних і структурних хромосомних аберацій і спадкових захворювань, пов'язаних з домінантними і з X-зчепленими генами. Ймовірно, що в майбутньому зросте число неопластичних захворювань, оскільки соматичні мутації, викликаються агентами зовнішнього середовища, часто служать причиною новоутворень.

Широко поширена думка про те, що завдяки сучасній медицині дію природного відбору послабшав. Однак це твердження справедливе лише почасти. Ніяким лікуванням до цих пір не вдавалося запобігти наслідкам хромосомних аберацій (синдроми Дауна, Клайнфельтера та ін.) Для цих станів дію природного відбору не змінилося.

Відбір дійсно ослаблений для деяких патологічних ознак з аутосомно-домінантним або Х-сцепленим рецесивними типами успадкування. Існують спадкові захворювання, які збереглися до цих пір завдяки генетичному рівноваги між мутацією і відбором. Один з прикладів - гемофілія А, при якій замісна терапія за допомогою фактора VIII тепер дозволяє вести хворим майже нормальний спосіб життя. Значно зросла тривалість життя, збільшилася можливість мати дітей.

Існують, однак, багато інших домінантні і Х-зчеплені стану, для яких задовільною терапії немає, і природний відбір діє ще на повну силу. Як приклад можна привести нейрофіброматоз, туберозний склероз і міопатію Дюшенна. У міру того як ефективність лікування цих хвороб буде збільшуватися, відбір щодо їх буде слабшати.

Найбільш помітний успіх у терапії спадкових захворювань було досягнуто по відношенню до рецесивним дефектів ферментних систем. Лікування дозволяє особам, ураженим деякими з цих захворювань вирости здоровими настільки, що вони можуть мати дітей. У популяціях розвинених країн, де шлюби полягають випадковим чином, можна очікувати дуже повільного збільшення частоти рецесивних захворювань у порівнянні з сучасним рівнем.

В популяції існує мінливість не тільки для чітко певних генетичних дефектів, але і для функціональних систем, які залежать від складного, але упорядкованого взаємодії різних генів у період ембріонального розвитку. Серце, очі і імунна система є прикладами таких систем. Еволюційно ці системи розвивалися під постійним і інтенсивним дію відбору. Як тільки цей тиск знижується, починають накопичуватися мутації, які призводять до невеликих функціональним недоліків, і протягом довгих еволюційних періодів ці системи повільно, але неухильно деградують.

У тварин найхарактерніші приклади виявлені серед видів, які протягом багатьох поколінь жили в цілковитій темряві печер або на великих глибинах океану, де інтактних зорова система не дає ніяких переваг в плані відбору. Як правило, спочатку збільшується мінливість очей, особи з невеликими дефектами починають зустрічатися все частіше. Потім у більшості хворих тварин очі виявляються більш-менш дефектними, і, нарешті, виникає безокий вид.

У сучасному цивілізованому суспільстві невеликі дефекти зорової системи не ставлять їх носіїв у невигідне становище перед відбором, тоді як у минулі періоди розвитку людства досконалість зорової системи давало очевидні переваги для виживання індивідів і їхніх нащадків. У даний час спостерігається значне збільшення мінливості зорової системи людини: такі стани, як короткозорість, далекозорість, астигматизм, порушення кольоросприйняття зустрічаються частіше, ніж у примітивних популяціях, які до недавнього часу жили в умовах суворого відбору. Патогенні наслідки зазначеної тенденції неочевидні і їх важко прогнозувати, особливо у зв'язку з можливостями сучасної (і в ще більшій ступеня майбутньої) медицини з ефективної корекції зорових дефектів.

Іншим прикладом можуть служити вроджені аномалії розвитку, які ефективно коригуються хірургічними методами лікування. Так, в минулому діти з ущелинами неба і губи перебували під дією досить сильного природного відбору. У цей час внаслідок ефективного хірургічного лікування такі діти легко виживають і в майбутньому мають дітей. Аналогічні тенденції характерні для вроджених вад серця і шлунково-кишкового тракту.

Найбільш небезпечні наслідки для людства може мати повільне пошкодження імунної системи. До недавнього часу висока смертність серед немовлят і дітей була обумовлена головним чином інфекційними захворюваннями. Складна система виявлення і знищення інфекційних агентів еволюціонувала під впливом сильного відбору. Відомо безліч генетичних дефектів, що знижують ефективність імунної системи. Раніше такі дефекти призводили до смерті індивідів від інфекції; тепер за наявності потужної антибактеріальної терапії багато хто з них виживають і дають потомство. У результаті протягом ряду поколінь може мати місце функціональна деградація імунної системи і пов'язані з нею несприятливі наслідки у вигляді зниження стійкості до інфекційних впливів і можливе зростання частоти новоутворень.

Сучасне постіндустріальне суспільство забезпечує можливості для виживання та розмноження індивідів з маргінальним поведінкою, а також з слабкою ступенем розумової відсталості, генетична обумовленість яких у даний час визнається більшістю вчених. У майбутньому вказана тенденція може мати дуже негативний вплив на перебіг соціального, культурного та наукового прогресу навіть у найбільш розвинених країнах світу.

Випадкові флуктуації частоти генів (дрейф генів) можуть призвести до помітних генетичних відмінностей між субпопуляціями за умови, що ці популяції майже повністю ізольовані один від одного, в результаті чого потік генів між ними підтримується на дуже низькому рівні. Однак у сучасних популяціях людей спостерігається сильно виражена тенденція до руйнування ізоляції і збільшенню кількості змішаних шлюбів між членами різних популяцій. Мабуть, немає підстав припускати, що в доступному для огляду майбутньому ця тенденція зміниться на протилежний, і будуть сформовані нові невеликі ізольовані групи. Отже, в майбутньому випадкові флуктуації будуть грати істотно меншу роль на відміну від безперечно важливою їх ролі для еволюції людини в минулому. Якщо ця тенденція в структурі відтворення людини збережеться, нового вигляду людини не виникне, тому що неодмінною умовою видоутворення є репродуктивна ізоляція популяційної підгрупи.

Всі люди, що живуть в даний час, належать до одного виду Homo sapiens; будь-які шлюби між ними дають плідних нащадків. Вид Homo sapiens розділений на популяції (раси), у яких значна частина генів загальна і які можна відрізняти один від одного по загальному генофонду.

Головним чинником расогенеза є природний добір, що обумовлює адаптацію до різних умов навколишнього середовища. Для того, щоб відбір, що приводить до виникнення генетичних відмінностей був ефективним, необхідна значна репродуктивна ізоляція субпопуляцій.

Протягом більшої частини останнього льодовикового періоду (близько 100000 років тому) величезна площа поверхні Землі була покрита льодом. Гімалайські і Алтай гори з розташованими на них льодовиками поділяли євразійський континент на три області, створюючи тим самим умови для роздільної еволюції білих на заході, монголоїдів на сході і негроїдів на півдні. Сучасні області розселення трьох великих рас не збігаються з тими областями, в яких вони формувалися; це невідповідність може пояснюватися міграційними процесами.

В даний час спостерігається очевидна тенденція до змішання різних рас через все більш зростаючої кількості міжрасових шлюбів. Можливо, що в майбутньому це неминуче призведе до утворення гібридної популяції. Ніяких даних на користь припущення, що змішування рас призведе до яких-небудь шкідливим генетичним наслідків, немає. Навпаки, менша гомозиготності расових гібридів сприятливо позначається на частоті багатьох рецесивних захворювань. Теза про те, що міжрасові змішування призводить до виникнення гібридної сили і до більшого фізичному і психічному здоров'ю вимагає уточнення на основі великих багатофакторних досліджень гібридів та предкової для них популяцій при ретельно контрольованих умовах середовища.

Таким чином, на основі вищевикладеного можна припустити, що загальний склад генів людства в майбутньому буде схожий на той, який існує в даний час. Зберегтися, ймовірно, тенденція до зменшення расових і етнічних відмінностей. Чи можуть стати рідкістю люди з аутосомним абераціями. Внаслідок терапевтичного, хірургічного лікування та інших факторів, що ведуть до ослаблення відбору, збільшитися кількість захворювання, викликаються полігенні факторами. Зазначене може стати однією з найважливіших проблем медицини майбутнього і зажадає розробки принципово нових підходів до лікування і профілактики подібних захворювань.

Список літератури

Ауербах Ш. Проблеми мутагенезу.// Пер. з англ. - М., 1978.

Бочков Н.П. Клінічна генетика. - М., 1997.

Дубінін Н.П. Загальна генетика. - М., 1976.

Козлова С.І., Семанова Є., Демікова Н.С., Блинникова О.Е. Спадкові синдроми та медико-генетичне консультування. - М., 1987.

Маккьюсік В. Спадкові ознаки людини.// Пер. з англ. - М., 1976.

Спадкові хвороби./Под ред. Л.О. Бадалян. -- Ташкент, 1980.

Фогель Ф., Мотульскі А. Генетика человека: В 3-х т. Т. 3 //Пер. з англ. - М., 1990.