Вольф Кицес (wolf_kitses) wrote,
Вольф Кицес
wolf_kitses

Categories:

Естественный отбор и фенотипическая норма в популяциях человека

В продолжение темы генетических последствий аутбридинга, связанного с глобальной урбанизацией – соответствующий кусок из книги Ю.П.Алтухова (<> - опущены ссылки на литературу, полужирный курсив везде мой, прочие выделения – авторские. В.К.).
«По данным О.Л.Курбатовой, сейчас коэффициент миграции генов в большую урбанистическую популяцию может превышать 50% на поколение; это резко контрастирует с тем, что известно для древних систем изолятов, интенсивность миграции в которых не превышает нескольких процентов на поколение (Rychkov, Sheremetyeva, 1977). Столь мощный поток генов приводит к практически полной замене исходного генофонда городского населения за 3-5 поколений; большие городские поселения уже не являются самовоспроизводящимися и фактически не имеют аналогов среди известных теоретических моделей популяций…
С развитием средств транспорта и возрастанием подвижности населения радиус центростремительной миграции непрерывно увеличивается во времени. Это приводит к значительному расширению круга брачных связей, возрастанию доли … гетеролокальных браков. Например, если в конце 19 столетия круг брачных связей сельского населения европейской части России в основном был ограничен 10 км (Жомова, 1965), то теперь для проживающих в столице его радиус охватывает практически всю страну <>
Фактически человечество никогда не сталкивалось с аутбридингом в таких масштабах, который начался с появлением нынешних мегаполисов в 1930-1940-х гг., поэтому крайне существенна оценка медико-генетических последствий происходящего.

…Считается, что благодаря многим социальным мерами успехам медицины давление отбора, особенно в промышленно развитых странах, значительно снизилось. Тем не менее, по подсчётам Л.Пенроуза (Penrose, 1955), выполненным для европейского населения, 15% человеческих эмбрионов погибают  на ранних стадиях развития (спонтанные аборты), 3% составляют мёртворождения, 2% - неонатальная смертность, 3% - смертность до наступления репродуктивного возраста, 20% лиц не вступают в брак и 10% браков бесплодны. За прошедшие 45 лет эти цифры могли только возрасти, и, стало быть, можно сделать вывод, что не менее половины первичного генофонда не воспроизводится в следующем поколении. Даже если допустить, что генетическая компонента всех этих явлений составляет не более 20-30%, интенсивность отбора оказывается не ниже 10-15% на поколение!
Изменился и характер отбора, что можно показать, используя предложенный Дж.Кроу (Crow, 1958) индекс тотального отбора.  Соответствующую оценку удаётся извлечь из данных демографической статистики, вычленив такие компоненты приспособленности, как дифференциальная смертность (Im) и дифференциальная плодовитость (If): Im = Pd/Ps; If = Vk/k2, где Pd – доля лиц, умерших до наступления репродуктивного возраста, Ps – доля лиц, достигших репродуктивного возраста, k – среднее число детей, приходящееся на одного индивидуума, достигшего репродуктивного возраста, Vk – варианса числа детей.
По определению (Crow, 1958), индекс тотального отбора I = Im + 1/Ps*If рассматривает все различия в приспособленности, как обусловленные генетически и, следовательно, представляет собой верхнюю возможную оценку интенсивности селективного давления.
Обратившись к популяциям, находящимся на разных стадиях развития, легко убедиться, что компонента Im максимальна в населении, ведущем примитивное аграрное хозяйство, и минимальна в промышленно развитых странах, для которых компонента If, связанная с дифференцированной плодовитостью,  наоборот, достигает максимальной величины (табл.7.23). Это означает, что для популяций развитых стран резкое и длительное сокращение смертности  на поздних стадиях  постнатального онтогенеза, что привело к беспрецедентному возрастанию ожидаемой продолжительности жизни и постарению населения благодаря благоприятной социокультурной среде (табл.7.24).
Разумеется, нет оснований трактовать эти различия как имеющие только генетическую природу. Возможность вычислить генотипическую составляющую индивидуальных и групповых различий в приспособленности у человека представляется труднодостижимой, однако это не значит, что надо отказаться от усилий в данном направлении…. Для этого необходимо вернуться к понятиям адаптивной нормы и генетического груза, которые, хотя и сформулированы в общем виде в современной генетике, не могут считаться достаточно разработанными для современного человека…
Следует напомнить, что представление об адаптивной норме  сформировались благодаря работам, выполненным в 1940-1950-е годы на дрозофиле и курах, и приведших к открытию в популяциях коадаптированных полигенных систем [они же локально коадаптированные генные комплексы Майра и других СТЭ-шников, выработка которых связана с локальной адаптацией, разной у разных подвидов и географических популяций; она определяет внутривидовую дифференциацию. Современные данные показывают, что вроде бы здесь в наибольшей степени повлияло приспособление к разным видам паразитических червей. В.К.]. Наиболее приспособленный генотип в теории генетического гомеостаза М.Лернера связан с высокой гетерозиготностью, а неадаптивный фенотип – «фенодевиант» - с недостижением определённого порога гомозиготности. Опираясь на эти представления, Уоллес и Мадден (Wallace, Madden, 1953) определили адаптивную норму как совокупность особей, жизнеспособность которых находится в пределах двух стандартных отклонений выше и ниже средней жизнеспособности гетерозигот, и соответственно, к генетическому грузу отнесли индивидов, чья приспособленность более чем на 2 стандартных отклонения ниже средней приспособленности гетерозиготных фенотипов.
Однако такой подход сталкивается с целым рядом трудностей прежде всего потому, что приспособленность генотипов способна меняться в разных условиях и, образно говоря,  то, что хорошо здесь и теперь, может оказаться плохим там и тогда. Это обстоятельство имеет отношение и к концепции генетического груза, вызвавшей горячую дискуссию уже на первых порах, как только Дж.Кроу в 1958 г. … определил его как относительное снижение приспособленности популяции по сравнению с оптимальным фенотипом. Применительно к человеку общий знаменатель того, что считать оптимальным генотипом (фенотипом), отыскать, как известно, не удалось.
Между тем понятие оптимума (нормы) имеет фундаментальное значение для биологии и медицины, особенно когда речь идёт о необходимости распознавания неблагоприятного состояния или же неблагоприятного процесса. Оценить и прогнозировать их нельзя, не имея точки отсчёта.
Как мне представляется, выход из этого затруднительного положения можно найти, обратившись к факту повышенной приспособленности морфологически «среднего» фенотипа – соответствующие данные для различных популяций растений и животных … уже рассматривались в предыдущих главах. Что касается человека, то здесь наиболее яркий аналогичный пример – известное исследование Карн и Пенроуза (Karn, Penrose, 1951), изучивших на большом материале распределение  смертности среди новорожденных в зависимости от массы их тела (рис.7.18). Эта зависимость, подтверждённая результатами более поздних работ <>, стала хрестоматийным примером демонстрации действия стабилизирующего отбора и «канализованности» развития по Х.Уоддингтону, в данном случае на ранних онтогенетических этапах. Но эта же закономерность, может быть, по-видимому, использована для целей мониторинга  или, что то же самое, для слежения за приспособленностью  популяции во времени.
… если в популяции протекает неблагоприятный генетический процесс, то в терминах концепции адаптивной нормы, выраженной через оптимальный «средний» фенотип, это будет означать ни что иное, как уменьшение во времени доли  наиболее приспособленных морфологически средних индивидуумов и увеличение доли индивидуумов с крайними, особенно малыми, значениями признаков. В статистическом смысле возрастание частоты мутационных и рекомбинационных событий, нарушающих нормальное развитие, должно проявиться в значимом отклонении распределений полигенных антропометрических признаков от исходного распределения, принимаемого за точку отсчёта (рис.7.19).
Несмотря на простоту предлагаемого подхода, следует указать на те трудности, с которыми связана его практическая реализация. Во-первых, Карн и Пенроуз показали максимальную приспособленность среднего фенотипа в отношении такой крайней характеристики, как детская смертность при рождении. А как обстоит дело с другими, более «минорными» показателями жизнеспособности?
Во-вторых, был взят, хотя и полигенный, но лишь один признак – масса тела. Вместе с тем очевидно, что каждый фенотип – это упорядоченная совокупность признаков в многомерном пространстве.
В третьих, хотя наследуемость полигенных признаков достаточно велика, не следует забывать о той значительной средовой компоненте, которая влияет на их внешнее выражение.
В четвёртых, коль скоро ставится задача отыскать эффекты мутации и рекомбинации генов на приспособленность, нельзя обойтись без привлечения  ряда принципиально важных демографических и генеалогических данных.
В пятых, необходимы доказательства устойчивых связей генетических маркёров с дифференциацией особей по полигенным признакам (см.гл.5).
С учётом сделанных замечаний  нами была проведена работа по обоснованию предлагаемой модели мониторинга. Установлено, что эффекты, впервые выявленные Карн и Пенроузом, остаются неизменными и в отношении любых других параметров приспособленности, а не только детской смертности. Это можно иллюстрировать данными, полученными при обследовании детей в возрасте до 2-х лет; дети, минимально отклоняющиеся при рождении от популяционной средней по комплексу количественных признаков (группа М0), оказались в наименьшей степени нагруженными самыми различными патологиями, включая острые респираторные заболевания, пневмонию и даже лейкоз (рис.7.20) <>.
Но наиболее важный результат выполненных исследований состоит в том, что за «средними» и «крайними» морфотипами стоят различные генотипы полиморфных локусов групп крови, причём редкие генотипы (или комбинации генотипов) концентрируются на краях многомерных распределений полигенных количественных признаков, т.е. в группах М+, Мδ и особенно М- (Алтухов, 1984; Алтухов, Курбатова, 1984, 1990). Любопытно, что та же самая эмпирическая зависимость между частотой фенотипической комбинации по группам крови и приспособленностью прослеживается и на более поздних онтогенетических стадиях. Например, среди женщин, достигших репродуктивного возраста, во всех случаях приспособленность оказывается выше у комплексных гено(фено)типов, представленных в популяциях на промежуточных частотах (Курбатова, 1977). Это значит, что можно говорить о совпадении морфологической и генетической «адаптивных норм», о том, что [по данному признаку] средовая компонента наблюдаемой изменчивости не перекрывает её генотипическую компоненту. Особенно низка приспособленность редких генотипов, частота которых в популяции может возрасти, во-первых, за счёт снижения интенсивности отбора (благодаря успехам медицины) и, во-вторых, за счёт изменения исторически сложившейся структуры миграции генов. Этот вопрос заслуживает особого рассмотрения, так как он исключительно важен для оценки состояния генетического процесса, протекающего в современных человеческих популяциях (Курбатова, 2001).
Нами был предпринят специальный анализ родословных детей крайних фенотипических классов (М+, М-) и детей, попадающих в зону адаптивной нормы (М0). Оказалось, что в первом случае чаще представлены браки между лицами из географически отдалённых или близких популяций, тогда как в группе родителей морфологически средних детей почти половина всех браков заключена в пределах исторически сложившейся системы популяций  русского населения центральной части европейской территории СССР (табл.7.25). В согласии с полученным результатом находятся и демографические данные, устанавливающие более значительное возрастание доли городского населения и соответственно гетеролокальных браков в родительском поколении менее приспособленных групп М- и М+ (табл.7.25). Таким образом, выявляются отрицательные эффекты аутбридинга, промаркированные неравномерным распределением генетической информации среди групп индивидуумов, отличающихся от популяционной средней по совокупности морфологических признаков.
Эти результаты можно интерпретировать как свидетельство адаптивного оптимума обнаруженной дифференциации и одновременно как указание на необходимость более тщательного изучения вопроса о наличии у человека коадаптированных генных комплексов, существование которых, как известно, до сих пор ставится под сомнение…
Следует также особо подчеркнуть, что и наши данные относятся не к межрасовым бракам, как ошибочно полагают некоторые авторы (Дубинин, 1968аб, С.204-205), а исключительно к гетеролокальным бракам внутри единой этнической группы (Дубинин и др., 1976; Дубинин, Алтухов, 1977). Новые факты… поднимают вопрос о более внимательном изучении взаимосвязей между увеличением гетерозиготности современных панмиктических популяций и возможным возрастанием частоты внутригенной рекомбинации, которая может отрицательно влиять на приспособленность носителей редких аллелей в условиях изменяющейся среды [тут надо ещё раз повторить, что человеческие популяции никогда не знали такого уровня аутбридинга, который устанавливается в ХХ веке благодаря формированию сети мегаполисов и подчинённых им городов, между которыми организуется обмен населением, описываемый эволюционными моделями урбанизации. В.К.]
В таком подходе к проблеме сегрегационного груза специфику генетического процесса в современном городском населении необязательно связывать только с коадаптацией генов, которая, казалось бы, может сформироваться лишь по прошествии весьма длительных этапов эволюции. Возможно, например, допустить, что комбинации генотипов изученных нами локусов на протяжении большей части истории вида Homo sapiens были нейтральны (или почти нейтральны) и лишь теперь, в условиях ухудшающейся среды, стали приобретать селективное значение.
[Относительно среды: нельзя упускать из виду, что разные её виды меняются в противоположном направлении: если экологическая среда в крупных городах и по мере развития страны может ухудшаться (хотя не по всем параметрам и не всегда), то среда социальная по мере прогресса явно улучшается – а в вслед за ней, к слову, и планировка городского пространства. А поскольку на всём протяжении человеческой истории, стабилизирующий отбор, приспосабливающий индивидов к наличной социальной среде (в сворю очередь постоянно меняющейся и усложняющейся, что на уровне нашего вида реализует принцип Красной королевы Ван Валена), то «генетическое обеспечение» многих телесных и физиолого-биохимических характеристик, имеющих отношение к социальной конкуренции, наоборот, эффективно обнейтраливается – и чем дальше, тем больше. В.К.].
Вместе с тем … открывается возможность более строгой генетической трактовки одного из самых значительных изменений в биологии человека за последнее столетие – акселерации (зап. «эпохальный сдвиг»), увеличения длины тела и ускорения темпов полового созревания населения практически всех индустриально развитых стран <>, если рассматривать её как следствие внутрипопуляционного гетерозиса в результате интенсивного перемешивания генетически дифференцированных субэтнических групп.
…для решения этой задачи необходимо изучить особенности распределения индивидуальной биохимической гетерозиготности по совокупности генов с кодоминантной экспрессией «вдоль» кривой изменчивости полигенных морфофизиологических признаков, т.е. так, как это было сделано в разделе 5.4. на других объектах. Такая работа проводилась А.В.Шурхалом (1982), который методом электрофореза белков крови в полиакриламидном и крахмальном гелях исследовал по 22 биохимическим локусам (из них 9 полиморфных) образцы крови 1035 мужчин-доноров русской национальности.
Оказалось, что по мере увеличения степени экзогамности сравнивавшихся групп длина тела и средняя гетерозиготность возрастают, хотя зависимость эта, по-видимому, не является линейной. Полученный результат непосредственно относится к проблеме гетерозиса у человека и, следовательно, нуждается в дальнейшем подтверждении.
Возможность прямой проверки этой гипотезы появилась лишь недавно, после расшифровки универсальной полигенной системы, связывающей воедино гетерозиготность генома и ряд демографических параметров. При сравнительном биометрическом анализе 77 зоологических и 30 ботанических видов выяснилщось, что высокая аллозимная гетерозиготность определяет высокие  темпы роста и полового сорзревания, замедляет пострепродуктивный рост, сокращает продолжительность жизни <> (Рис.7-21). Даже беглого взгляда на приведённую схему достаточно, чтобы понять, что связь «1-4» между гетерозиготностью и длиной тела никак не согласуется чс последствиями акселерации, а именно, с фактами увеличения длины тела. Такой эффект может быть лишь результатом положительного соматического гетерозиса, тогда как зависимость, обнаруженная у животных и растений, соответствует отрицательному соматическому гетерозису.
Как примирить этот результат, полученный для широкого круга биологических видов, с прямо противоположной картиной, наблюдаемой в явлении акселерации у человека? Для ответ на поставленный вопрос мы вместе с В.А.Шереметевой (Алтухов и др., 2000) провели сопоставление средних уровней гетерозиготности и средней длины тела ряда коренных этнических групп, изученных на территории Северной Евразии…
Читать далее

Tags: биология человека, генетика, городские популяции, микроэволюция, мысли, популяционная биология, эволюционная биология, экология города
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 19 comments