Глава пятнадцатая

И еще немного генетики, совсем немного, совсем чуть-чуть

В этой книге то и дело упоминается анализ ДНК, позволяющий антропологам делать выводы о нашем родстве с человекообразными обезьянами и представителями других видов рода Люди. Выводы эти важные, значимые. Обычно анализ ДНК дает окончательный и бесповоротный ответ на тот или иной вопрос. «Исследование ДНК показало…» или «сравнение ДНК показало…» – и точка!

Человеку, далекому от генетики, трудно поверить в то, что ученые могут проводить такие анализы, как сравнение молекул ДНК для определения совпадающих участков, позволяющих судить о степени родства между их хозяевами. Да и вообще в возможность исследования таких огромных молекул верится с трудом. Даже те, кто ничего не знает о генетике, обычно слышали краем уха или читали краем глаза о том, что молекулы ДНК огромные, даже не огромные, а просто гигантские…

С качественными реакциями неорганической химии все понятно – добавили в бесцветный раствор одного вещества пару капель раствора другого вещества, получили красную или, скажем, синюю окраску и сделали вывод о том, какое вещество содержалось в первом растворе. А что тут сложного? Одно вещество прореагировало с другим и получилось третье вещество, имеющее яркую окраску. Но это – простые вещества, молекулы которых состоят из нескольких атомов. Но в молекулах ДНК этих атомов не тысячи, а сотни миллионов или даже миллиарды! Уму непостижимо – как можно сравнивать такие гигантские молекулы?

Все непостижимое рождает недоверие, а если учесть, что современная антропология опирается на генетические исследования, то недоверие может привести к неприятию современных взглядов на эволюцию человека (да и на всю эволюцию в целом). Так что давайте внесем ясность, рассмотрим в самых общих чертах, как проводятся сравнения различных молекул ДНК.

Во второй главе было сказано о том, что молекулы ДНК и РНК состоят из нуклеотидов, в которые входят азотистые основания, и что в человеческой ДНК этих азотистых оснований четыре – аденин (A), гуанин (G), тимин (T) и цитозин (C). А еще вспомните, что гигантская молекула ДНК состоит из двух нуклеотидных цепочек, которые закручены вокруг своей оси в спираль.

Для того, чтобы две состоящие из нуклеотидов цепочки соединились в одну молекулу ДНК или же для соединения одной цепочки ДНК с молекулой РНК (такое возможно), необходима комплементарность соединяемых элементов. Комплементарностью называется взаимное соответствие молекул или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между ними. В частности, в двух цепочках, составляющих молекулу ДНК, напротив азотистого основания тимина (Т) в другой цепочке должен обязательно находиться аденин (А), а напротив гуанина (Г) – цитозин (Ц). В молекулах РНК не бывает тимина, поэтому при соединении цепочки ДНК с молекулой РНК аденин будет «соседствовать» с урацилом (У).

Комплементарность

Между членами пар «А – Т», «А – У» и «Г – Ц» образуются особые связи, называемые водородными, которые удерживают две цепочки вместе. Водородные связи могут разрушаться и образовываться вновь, а структура цепочек при этом не изменяется.

«А – Т» или «А – У» плюс «Г – Ц» – таков секретный код нуклеиновых кислот. Нарушить его невозможно, это все равно, что пытаться открыть замок при помощи «чужого» ключа. Две нуклеотидные цепочки могут соединиться друг с другом лишь в том случае, если их последовательности азотистых оснований взаимно сочетаемы. Так, например, фрагмент – А-А-ГТ-Ц-А – соединится с фрагментом – Т-Т-Ц-А-Г-Т-, но не соединится с фрагментом – А-Ц-Г-Ц-А-А-. Вот на этой самой комплементарности и основано сравнение разных молекул ДНК.

Анализ проходит следующим образом.

Молекулы ДНК номер один и молекулы ДНК номер два по отдельности подвергают нагреванию в специальном растворе. При нагревании водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрушаются, в результате чего двойные цепочки распадаются на одинарные. Такая «распавшаяся» молекула ДНК называется денатурированной.

Препараты двух денатурированных ДНК смешивают друг с другом и медленно охлаждают до исходной температуры. При этом одинарные цепочки ДНК соединяются друг с другом благодаря образованию водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. Процесс соединения двух одинарных цепочек по-научному называется гибридизацией. Если гибридизация произошла, значит, молекулы номер один и номер два идентичны.

Сравнивать можно не только целые молекулы, но и их фрагменты, то есть – интересующие ученых участки. Короткие фрагменты сравнивать проще, чем длинные молекулы. На фрагменты молекулы ДНК нарезаются при помощи специальных ферментов, играющих роль биологических ножниц. А при помощи амплификатора (выше уже упоминалось об этом приборе) можно «наштамповать» необходимое количество копий исследуемых молекул ДНК или целых фрагментов. Так что в сущности все довольно просто. Ученым не приходится во время сравнения ДНК «разбирать» каждую молекулу на миллионы или миллиарды атомов. Достаточно увидеть в микроскоп, разумеется – в электронный, совпали ли разные цепочки или нет.

Гибридизация нуклеиновых кислот

По скорости соединения цепочек ДНК номер один и номер два (или цепочек ДНК с молекулой РНК), а также по степени их соединения можно судить о сходствах и различиях двух нуклеиновых кислот. Посмотрите на рисунок. Гибрид ДНК – ДНК далек от совершенства. Наряду со «спирализованными», то есть – полностью совпавшими участками, в нем присутствуют и «неспирализованные» (несовпавшие) участки. Следовательно, ДНК номер один и ДНК номер два мало схожи между собой.

Несхожие участки никогда не совпадут, поскольку некомплементарные азотистые основания никогда и ни при каких условиях не могут совпасть друг с другом. Поэтому сравнение ДНК является стопроцентно точным. Криминалистам этот метод помогает устанавливать личность по какому-либо биологическому материалу, а палеогенетикам (есть в генетике и такой раздел) позволяет устанавливать родство и получать различные сведения о хозяевах ДНК.

На этом можно закончить. Теперь вы представляете, как сравнивается ДНК от разных организмов.