Снижение естественного отбора не приведет к накоплению спонтанных мутаций у человека

Спонтанные мутации обычно отрицательно влияют на популяции хорошо приспособленных к определенным условиям организмов. Естественный отбор поддерживает эти мутации на низком уровне и в конце концов убирает их из популяции. Человек значительно снизил давление естественного отбора на свой вид. Однако ученые из Германии и Великобритании считают, что это не приведет к опасному для нашего вида накоплению вредных мутаций.

Мутационная наследственность у растений и беспозвоночных составляет порядка 0,1%, но на сегодняшний день практически нет информации о том, как по мере накоплении мутаций меняется приспособленность позвоночных, в том числе человека. Наш вид — долгоживущий, на смену поколений у него уходит больше времени, чем у многих других видов. При этом у человека скорость мутаций на один нуклеотидный сайт в одном поколении составляет примерно 10^-8, то есть новорожденный ребенок уже несет примерно 70 новых мутаций в своем диплоидном геноме. Это выше, чем у многих видов.

Улучшение условий жизни и новые открытия в сфере здравоохранения снижают влияние естественного отбора, направленное на удаление вредных для вида мутаций. Предполагается, что ослабление естественного отбора ведет к росту показателя равновесной частоты генов, при которой возникает вредная мутация. При почти полном отсутствии естественного отбора скорость генетической деградации из расчета на одно поколение была бы равна произведению скорости геномных мутаций и изменения приспособленности, возникающего в результате гетерозиготной мутации. Экстраполируя данные о скорости изменения приспособленности, полученные в ходе экспериментов по накоплению мутаций у беспозвоночных, утверждается, что скорость снижения приспособленности у человека может достигать 5% и составлять не менее 1% на поколение.

В качестве модельного организма для исследования накопления мутаций у млекопитающих авторы использовали мышей. Они быстро и в больших количествах размножаются, а их скорость мутаций на нуклеотидный сайт на поколение составляет около 50% от человеческой, то есть 20 поколений мышей примерно эквивалентны 10 поколениям у людей (250 человеческих лет). В ходе эксперимента по накоплению мутаций количественных признаков исследователи поддерживали на протяжении 21 поколения 55 инбредных линий мышей C3H/HeNRj, получаемых путем спаривания сибсов. Использовался криоконсервированный контроль: эмбрионы, полученные от пары-основательницы колонии, были заморожены и в 16-м поколении оживлены и выведены в качестве контрольных линий; в группе контроля, таким образом, было минимизировано количество мутаций.

Согласно полученным данным, в течение 16 поколений (до инициации контроля) размер помета и количество выживших потомков уменьшились на 3,6%, что говорит об уменьшении средних значений признака на 0,22% на поколение. Однако аналогичных признаков (размер помета и количество выживших потомков) у людей нет, поэтому исследователи использовали количество выживших потомков как признак, связанных с общей приспособленностью. Для оценки изменения приспособленности из-за накопления мутаций у человека ученые умножили изменение числа выживших потомков у мышей на соотношение скоростей мутации у человека и мыши на один нуклеотидный сайт. Исследователи прогнозировали для человека снижение средней приспособленности, связанное с накоплением мутаций, примерно на 0,38% на одно поколение, что за 200 лет или примерно 8 поколений составит около 3%.

Однако в реальности влияние мутаций на человека будет намного меньше. Во-первых, в ходе эксперимента на мышах происходил инбридинг путем спаривания сибсов, что ведет к фиксации вредных мутаций, но человеческие популяции аутбредны (скрещиваются неродственные особи), а значит вредные мутации, которые в среднем рецессивны, находятся в гетерозиготном состоянии. То есть снижение приспособленности при накоплении мутаций будет кратковременным, а чистая рецессивность снижает влияние накопления мутаций в аутбредной популяции на 50% по сравнению с расчетным для инбредной линии. Во-вторых, человечество по-прежнему подвержено естественному отбору, например, в виде полового отбора или различий в размере семьи. В-третьих, распределение мутационных эффектов приспособленности является островершинным (лептокуртическим), и новые изменения вызываются мутациями, дающими больший эффект – такие мутации, как правило, быстрее удаляются в ходе естественного отбора, и их влияние сильно ослаблено.

Таким образом, исследователи считают, что в ходе эксперимента на мышах им удалось наблюдать снижение средних показателей для признаков приспособленности под действием накопления мутаций, но величина этого снижения очень невелика. Экстраполяция полученных данных на человеческую популяцию позволяет предполагать, что в ближайшем будущем снижения средней приспособленности из-за накопления мутаций наблюдаться не будет.

Почему нам выгодно состоять из недолговечных компонентов