Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз

Теперь – важный момент: не все молекулы опсина одинаковы. Опсины, как и все белки, создаются под влиянием генов. Различия в ДНК способствуют производству опсинов, которые чувствительны к различным цветам, и это является генетической основой двухцветных или трехцветных систем, о которых мы говорили. Конечно, поскольку все гены присутствуют во всех клетках, различие между красной и синей колбочкой не в том, какими генами они обладают, а в том, какие гены они запускают. И есть своего рода правило, которое говорит, что любая колбочка запускает ген только одной категории.

Гены, которые создают наши зеленые и красные опсины, очень похожи друг на друга; они находятся на X хромосомах (половых хромосомах, которые у женщин имеются в двух копиях, а у мужчин - только в одной). Ген, который делает синий опсин, немного отличается, и лежит не на половой хромосоме, а на одной из обычных, неполовых хромосом, названных аутосомами (в нашем случае это хромосома 7). Наши зеленые и красные клетки были, очевидно, получены в результате недавнего случая дупликации гена, а намного раньше они, должно быть, отделились от гена синего опсина в другом случае дупликации. Обладает ли человек дихроматичным или трихроматичным зрением зависит от того, сколько генов различных опсинов он имеет в своем геноме. Если у него будут, скажем, опсины, чувствительные к синему и зеленому свету, но не красному, то он будет дихроматом.

Это объясняет, как цветовое зрение работает вообще. Теперь, прежде чем мы непосредственно рассмотрим особый случай обезьяны-ревуна, и как он стал трихроматом, мы должны понять странную двуцветовую систему остальных обезьян Нового света (между прочим, она имеется также у некоторых лемуров, но не у всех обезьян Нового света – например, ночные обезьяны обладают монохроматическим зрением). В целях данного обсуждения мы временно исключим обезьяну-ревуна и другие необычные виды из «обезьян Нового света». Мы дойдем до обезьяны-ревуна позже.

Во-первых, оставим в стороне синий ген как постоянно закрепленный на аутосоме, присутствующей у всех особей, самцов или самок. Красные и зеленые гены на X хромосомах более сложны и привлекут наше внимание. В каждой X хромосоме есть только один локус, где мог бы находиться красный или зеленый аллель (Фактически  красный и зеленый — только два из ряда возможных в этом локусе, но мы имеем достаточно много сложностей для начала. В целях этого рассказа они будут твердо «красным» и «зеленым».). Так как самка имеет две X хромосомы, у нее есть две возможности обладать красным или зеленым геном. Но у самца со всего одной X хромосомой имеется или красный, или зеленый ген, но не оба. Таким образом, типичный самец обезьяны Нового света должен быть дихроматичным. У него имеются только два вида конусов: синий плюс либо красный, либо зеленый. По нашим стандартам все самцы дальтоники, но они дальтоники двух различных типов; некоторые самцы в популяции не имеют зеленого опсина, у других нет красного. Все они имеют синий.

Самкам потенциально повезло больше. Имея две X хромосомы, они могли бы быть достаточно удачливыми, чтобы обладать красным геном на одной из них, а зеленым - на другой (плюс синий цвет, который снова сам собой разумеется). Такая самка была бы трихроматом (Что касается того, чтобы обеспечить в любой колбочке включение только красного или зеленого гена опсина, но не обоих, это оказалось нетрудным для самок. У них уже есть механизм, чтобы отключить всю систему  X-хромосомы в любой клетке. Случайно выбранная половина клеток дезактивирует одну из двух  X-хромосом, другая половина — другую. Это важно, потому что все гены в  X-хромосоме настроены, чтобы работать, если активна всего одна – что необходимо, потому что у самцов есть только одна X-хромосома.). Но невезучая самка может иметь два красных или два зеленых гена, и поэтому будет дихроматом. По нашим стандартам такие самки дальтоники, и двух типов, точно так же как самцы.

Популяции обезьян Нового света, таких как игрунки или беличьи обезьяны, поэтому являются странной сложной смесью. Все самцы и некоторые самки являются дихроматами: дальтониками по нашим стандартам, но двух альтернативных типов. Некоторые самки, но не самцы, являются трихроматами с настоящим цветовым зрением, которое, по-видимому, похоже на наше. Экспериментальные данные с игрунками, ищущими пищу в закамуфлированных коробках, показали, что трихроматичные особи были более успешны, чем дихроматы. Возможно, добывающие пропитание группы обезьян Нового света полагаются на своих удачливых трихроматичных самок, чтобы найти пищу, которую иначе пропустило бы большинство из них. С другой стороны, есть возможность, что у дихромата, одного или в сговоре с дихроматом другого типа, могли бы быть странные преимущества. Есть анекдоты про экипаж бомбардировщика во Второй Мировой войне, нарочно принимавший в свой состав одного дальтоника, потому что он мог выявить определенные типы камуфляжа лучше, чем его более удачливые трихроматичные товарищи. Экспериментальные данные подтверждают, что человек-дихромат может действительно распознать определенные формы камуфляжа, которые обманывают трихромата. Действительно ли возможно, что отряд обезьян, состоящий из трихроматов и двух видов дихроматов, мог бы совместно найти больше разнообразных фруктов, чем отряд чисто трихроматов? Это могло бы показаться неправдоподобным, но это не глупо.

Гены красного и зеленого опсина у обезьян Нового света являются примером «полиморфизма». Полиморфизм – одновременное существование в популяции двух или больше альтернативных версий гена, где ни один из них не является достаточно редким, чтобы быть просто недавним мутантом. Существует известный принцип эволюционной генетики, что полиморфизмы, подобные этому, не возникают без серьезного основания. Если не случится ничего особенного, обезьяны с красным геном будут или более удачливы, или окажутся в более затруднительном положении, чем обезьяны с зеленым геном. Мы не знаем, какой именно, но очень маловероятно, что они оба были бы строго одинаково хороши. И худшая разновидность должна исчезнуть.

Устойчивый полиморфизм в популяции указывает на нечто особое. На что именно? Два основных предположения были сделаны для полиморфизмов вообще, и любое из них могло бы быть применимо в данном случае: частотно-зависимый отбор и преимущество гетерозигот. Частотно-зависимый отбор имеет место, когда более редкий тип имеет преимущество просто на основании того, что он более редок. Итак, поскольку тип, о котором мы думали как о «худшем», начинает исчезать, он перестает быть худшим и приходит в норму. Как такое может быть? Что ж, предположим, что «красные» обезьяны способны особенно хорошо видеть красные фрукты, в то время как «зеленые» обезьяны – зеленые фрукты. В популяции, где преобладают красные обезьяны, будет уже сорвано большинство красных фруктов, и единственная зеленая обезьяна, способная видеть зеленые фрукты, могла бы обладать преимуществом – и наоборот. Даже если это не особенно правдоподобно, это является примером особых условий, которые могут сохранить оба типа в популяции без вымирания одного из них. Легко заметить, что некоторые параллели нашей «теории» экипажа бомбардировщика могли бы быть разновидностью особых условий, которые поддерживают полиморфизм.

Возвращаясь теперь к преимуществу гетерозигот, классическим примером – почти клише – является серповидно-клетчатая анемия у людей. Ген серповидно-клетчатости плох тем, что люди с двумя его копиями (гомозиготы) имеют поврежденные кровяные тельца, похожие на серпы, и страдают от тяжелой формы анемии. Но этот ген хорош тем, что люди только с одной его копией (гетерозиготы) защищены от малярии. В областях, где малярия является проблемой, польза перевешивает вред, и ген серповидно-клетчатости имеет тенденцию распространяться в популяции, несмотря на отрицательное воздействие на людей, достаточно неудачливых, чтобы быть гомозиготными (Это, к сожалению, затрагивает многих афро-американцев, которые больше не живут в малярийной стране, но наследуют гены предков, которые там жили. Другой пример — изнурительная болезнь кистозный фиброз, ген которого в гетерозиготном состоянии, похоже, предоставляет защиту от холеры.). Профессор Джон Моллон (John Mollon) и его коллеги, исследования которых важны главным образом для раскрытия полиморфной системы цветового зрения у обезьян Нового света, предполагают, что преимущества гетерозигот, которым обладают трихроматичные самки, было достаточно, чтобы одобрить сосуществование красных и зеленых генов в популяции. Но обезьяна-ревун сделала свою систему цветового зрения лучше, и это переносит нас к самому рассказчику.

Обезьянам-ревунам удалось воспользоваться достоинствами обеих сторон полиморфизма, комбинируя их в одной хромосоме. Они сделали это с помощью удачной транслокации. Транслокация – особый вид мутации. Часть хромосомы по ошибке произвольно приклеивается к другой хромосоме или к другим местам на той же самой хромосоме. Это, похоже, случилось с удачливым мутантным предком обезьяны-ревуна, который в результате оказался с красным и зеленым генами рядом друг с другом на одной X хромосоме. Эта обезьяна была одобрена на своем эволюционном пути к становлению истинным трихроматом, даже если это был самец. Мутантная X-хромасома распространилась в популяции, и теперь ею обладают все обезьяны-ревуны.