9.3. Биологическое будущее человечества

Человеческая эволюция не закончена [2395]. Эволюция человеческого вида не ограничена прошлым. Механизмы, которые вызывают изменения в частоте генов от поколения к поколению, все еще работают. Знание этих механизмов должно помочь в определении тенденций развития генетической структуры человеческих популяций в будущем. Чтобы понять эти предсказания и использовать их соответствующим образом, нам следует помнить об ограничениях, присущих всем таким попыткам.

1. Мы можем экстраполировать только те тенденции, которые заметны уже в настоящее время; человеческая история, однако, часто формировалась непредвиденными событиями. Такая оценка справедлива и для биологической истории нашего вида, которая теперь неразрывно переплетена с культурной, социальной и политической историей, а также с будущим развитием биологии и медицины, которые могут активно влиять на эволюцию человечества.

2. Документально подтвержденным следует считать тот факт, что признаки будущих революционных направлений в науке, которые с легкостью выявляются ретроспективно, современникам часто не видны. Было бы нескромно со стороны авторов думать, что уж они-то не ошибаются. Возможно, в будущем коллеги процитируют эту книгу в качестве примера того, как были упущены из виду важные тенденции развития.

3. Все наши предсказания основаны на том, что современная цивилизация продолжит свое существование и что забота о здоровье и медицина в будущих обществах сохранят свое лидирующее положение.

Если допустить, что отношение к этим проблемам будет все более рациональным, можно предположить, что достижения медицинской генетики и генетики человека найдут широкое применение. Здесь нужна одна оговорка. Это предположение справедливо лишь в том случае, если человеческие сообщества научатся охранять свои социальные и технологические структуры от разрушения. Ведь невозможно гарантировать, что рано или поздно не произойдет ядерная катастрофа. Важно помнить также, что в развивающихся странах, где ключевыми проблемами еще долго будут оставаться перенаселенность, недостаточное питание и инфекционные болезни, приоритетность многих из выраженных здесь проблем существенно ниже.

Последующие экстраполяции исходят из предположения, что социальный прогресс, которого хотят и капиталистические, и социалистические страны, будет продолжаться.

Главные силы, определяющие эволюцию. Основные механизмы, которые определяют эволюцию, обсуждались в главе, посвященной популяционной генетике (гл. 6). Их влияние на развитие современных человеческих популяций было рассмотрено в гл. 7. Какие предсказания можно сделать?

Дрейф генов. Случайные флуктуации частоты генов могут привести к заметным генетическим различиям между субпопуляциями при условии, что эти популяции почти полностью изолированы друг от друга, в результате чего поток генов между ними поддерживается на очень низком уровне. Этот эффект усиливается с уменьшением размера эффективно размножающейся популяции и сопровождается даже снижением изменчивости, обусловленным случайной потерей аллелей для некоторой доли генов.

В современных популяциях людей мы наблюдаем сильно выраженную тенденцию к разрушению изоляции и увеличению числа смешанных браков между членами разных популяций. По-видимому, нет оснований предполагать, что в обозримом будущем эта тенденция сменится на противоположную, и будут сформированы новые небольшие изолированные группы. Таким образом, в будущем случайные флуктуации будут играть существенно меньшую роль в отличие от бесспорно важной их роли для эволюции человека в прошлом. Если эта тенденция в структуре воспроизведения человека сохранится, нового вида человека не возникнет, так как непременным условием видообразования является репродуктивная изоляция популяционной подгруппы (разд. 7.2). Писатели-фантасты иногда обсуждают создание нового, подобного человеку, вида. Существующая в настоящее время генетическая изменчивость в сочетании с селективным размножением не смогла бы привести к его формированию. Нужно было бы создать новые генетические комбинации, для чего в настоящее время нет методов, и в принудительном порядке ввести селективное размножение. Подобные возможности, следовательно, являются чрезвычайно отдаленными. Для сдвигов в частоте генов внутри нашего вида в будущем остаются два фактора, вызывающих систематические изменения в частоте генов и генотипов - мутация и отбор.

Мутация. Современные знания о спонтанных и индуцированных мутациях обсуждались в гл. 5, а проблема генетического груза, обусловленного мутациями, рассматривалась в разд. 6.3.2. Мы можем с достаточной уверенностью полагать, что практически все аберрации хромосом и многие мутации генов неблагоприятны как для индивида, так и для популяции; большинство хромосомных аберраций губит зиготу в период эмбрионального развития, меньшая часть таких зигот переживает до рождения и продолжает существовать дальше, но пораженные пациенты страдают тяжелыми врожденными пороками. Генные мутации часто ведут к врожденным заболеваниям с простым типом наследования или к дефектам в мультифакториальных генетических системах (разд. 3.6.2). Очень большая часть точковых мутаций ведет к изменениям аминокислотной последовательности белков и не вызывает явной функциональной недостаточности, примером чему служат варианты гемоглобина. Доля благоприятных мутаций в лучшем случае очень незначительна.

Совокупность этих данных дает основание сделать вывод об увеличении общей частоты мутаций в будущем.

Тенденции в частоте спонтанных мутаций: хромосомные абберрации. Частота численных аберраций хромосом увеличивается с возрастом матери, поэтому любой сдвиг в материнском возрасте приведет к соответствующему изменению в общей распространенности таких хромосомных мутаций. Во многих современных популяциях существует тенденция к уменьшению числа детей в семье и к концентрации деторождения в возрастной группе с наименьшим риском (женщины в возрасте от 20 до 30 лет). Было подсчитано, что в западных странах и в Японии эта тенденция должна была уменьшить число детей с синдромом Дауна на 25-40% [2338; 2371; 2394]. Сохранится ли эта тенденция? Ряд относительно недавних данных показывает, что склонность многих современных женщин откладывать рождение ребенка на несколько более поздний возраст легко может привести к изменению этой тенденции на противоположную.

Известно, что самое эффективное средство обнаружения аномалий хромосом - это пренатальная диагностика (разд. 9.1.1). Во многих странах эту диагностическую процедуру предлагают проводить всем женщинам старше 35 лет. Если бы все пожилые беременные женщины действительно через нее проходили, частота синдрома Дауна безусловно бы снизилась. Можно предположить, что с увеличением безопасности пренатальной диагностики для матери и ребенка, амниоцентез станет обычным для большинства беременностей в развитых странах. В таких условиях можно будет почти полностью избежать аномалий, обусловленных численными или структурными аберрациями хромосом.

Генные мутации. Для многих генов частота мутаций увеличивается с возрастом отца [2367] (разд. 5.1.3.3), поэтому любой сдвиг в возрастной структуре отцов соответствующим образом повлияет на частоту мутаций. Для редких аутосомно-доминантных состояний изменения под действием возраста отца не будут столь крупными, как для численных хромосомных аберраций; влияние возраста отца на частоту мутаций доминантных и сцепленных с Х-хромосомой генов меньше влияния возраста матери на частоту численных аномалий хромосом. С медицинских позиций общее воздействие отцовского возраста представляется относительно небольшим, и практически не принимается в расчет фактический риск поражения доминантной мутацией ребенка, имеющего пожилого отца.

Ионизирующая радиация и химические мутагены. В разд. 5.2.1.5 было показано, что любой возможный подъем уровня радиации, любое облучение может на несколько процентов увеличить частоту мутаций. Принимая во внимание флуктуации "спонтанной" частоты мутаций, обусловленной например, изменениями возрастной структуры родителей, какое-либо увеличение, связанное с радиацией, может оказаться даже незамеченным без применения тонких эпидемиологических методов. Все же эффект имеет место. Следовательно, одной из основных задач профилактической медицины будущего является поддержание радиации на как можно более низком уровне. Кое-что в этом отношении дает усовершенствование технологии, поскольку основным источником радиации в настоящее время является медицинская диагностическая аппаратура. Что касается профессионального и общего фонового облучения, то можно только надеяться, что в будущем будет разработана технология долговременного энергоснабжения за счет иных, чем ядерная энергия, источников.

О воздействии химических мутагенов на нашу популяцию известно слишком мало (разд. 5.2.2), чтобы отважиться на какие-либо предсказания. Можно только утверждать, что нам, вероятно, придется смириться с определенным числом химически индуцированных мутаций, поскольку человеческое общество вряд ли откажется от тех преимуществ, которые дают нам некоторые химические вещества. Можно надеяться, что когда мы больше узнаем о химическом мутагенезе и канцерогенезе, современные, часто истерические реакции на возможную опасность для здоровья химических препаратов сменятся более адекватными.

Итак, в будущем нам придется столкнуться с увеличением частоты спонтанных мутаций. Оно приведет к соответствующему увеличению численных и структурных хромосомных аберраций и наследственных заболеваний, связанных с доминантными и Х-сцепленными генами (разд. 5.2.2). Вполне вероятно, что в будущем возрастет число неопластических заболеваний, поскольку соматические мутации, вызываемые агентами внешней среды (разд. 5.1.6), часто служат причиной рака. Но как показывает происшедшее по неизвестным причинам уменьшение частоты рака желудка и предсказанное заранее снижение числа случаев рака легких в результате уменьшения курения сигарет, какие-то общие благотворные тенденции могут компенсировать некоторые из неблагоприятных.

Отбор: заболевания, связанные с доминантными и Х-сцепленными генами. Широко распространено мнение о том, что благодаря современной медицине действие естественного отбора ослабилось. Однако это утверждение справедливо лишь отчасти. Никаким лечением, например, до сих пор не удавалось предотвратить выкидыши, вызываемые аберрациями хромосом. Почти неспособны к продолжению рода больные с синдромом Дауна или синдромом Клайнфельтера. Для этих состояний действие естественного отбора не изменилось.

Отбор действительно ослаблен для некоторых патологических признаков с аутосомно-доминантным или Х-сцепленным рецессивными типами наследования. Существуют наследственные заболевания, которые сохранились до сих пор благодаря генетическому равновесию между мутацией и отбором. Один из примеров - гемофилия А, при которой заместительная терапия с помощью фактора VIII теперь позволяет больным вести почти нормальный образ жизни. Значительно возросла продолжительность жизни, увеличилась возможность иметь детей. Для таких состояний можно дать количественный прогноз увеличения распространенности в пределах нескольких поколений, если известны частота на данное время, коэффициент селекции до и после ослабления отбора и тип наследования. Для ретинобластомы [2393] такой расчет был приведен в разд. 6.2.1.2 (рис. 6.9).

Существуют, однако, многие другие доминантные и Х-сцепленные состояния, для которых удовлетворительной терапии нет, и естественный отбор действует еще в полную силу. В качестве примера можно привести нейрофиброматоз, туберозный склероз и миопатию Дюшенна. По мере того как эффективность лечения этих болезней будет увеличиваться, отбор в отношении их будет ослабевать. С другой стороны, целая группа доминантных заболеваний является легкой "мишенью" для генетического консультирования, а состояний, сцепленных с Х-хромосомой, можно избежать путем пренатальной ДНК-диагностики. Следовательно, есть все основания надеяться, что пациенты, пораженные такими заболеваниями, будут все чаще добровольно отказываться от рождения детей. При таких обстоятельствах искусственный отбор заменит естественный и частота в популяции окажется близкой к частоте соответствующих мутаций.

На рис. 9.7 эта тенденция продемонстрирована в виде схемы. У слепого в результате врожденной катаракты мужчины было семеро выживших детей, четверо из которых были тоже слепыми. Все четверо женились на женщинах, которые тоже не видели, но по другим причинам (иллюстрация к подбору пар по сходству). Замечательно здесь то, что три из этих пар добровольно и без генетического консультирования воздержались от рождения детей. У четвертой пары был только один сын, который еще до вступления в брак обратился с просьбой о генетическом консультировании. Мы видим, что мутация, размножавшаяся не менее четырех раз в то время, когда меры контрацепции не были так широко распространены, в двух последующих поколениях была уничтожена добровольным решением ее носителей. Каждый медицинский генетик с опытом генетического консультирования знает такие примеры.

Рис. 9.7. Родословная с врожденной катарактой, демонстрирующая ассортативные браки между слепыми (по разным причинам) лицами и добровольный отказ от деторождения. Слепота деда семейства была обусловлена врожденной катарактой; из девяти родившихся в его семье детей, четверо оказались слепыми. Все они вступили в брак со слепыми партнерами (ассортативные браки!). Лишь одна из пар имела единственного сына, который, будучи слепым, обратился за генетической консультацией (данные Ф. Фогеля)

Естественный отбор: рецессивные заболевания. Наиболее заметный успех в терапии наследственных заболеваний был достигнут по отношению к рецессивным дефектам ферментных систем (разд. 4.2.2.7). Лечение позволяет лицам, пораженным некоторыми из этих заболеваний, вырасти здоровыми настолько, что они могут иметь детей.

Более того, можно предсказать, что если генная терапия достигнет успеха в обозримом будущем, то это произойдет скорее всего в отношении некоторых дефектов ферментных систем. Воспроизведение аномальных зигот, однако, ведет лишь к очень медленному увеличению частоты вредных генов (разд. 6.2.1.2). Увеличения частоты рецессивных заболеваний можно не бояться еще и по другой причине: в настоящее время большинство популяций не находятся в равновесии по рецессивным генам. Разрушение изоляции и резкое уменьшение числа близкородственных браков создали ситуацию, в которой общее число гомозигот намного ниже расчетного равновесного значения. В отсутствие других факторов, которые могли бы изменить известные преимущества гетерозигот в плане отбора, эта тенденция должна привести к медленному увеличению числа гомозигот через сотни будущих поколений (разд. 6.3.1.2). Поскольку 100 поколений соответствуют периоду времени в 2500-3000 лет, нет нужды волноваться по этому поводу уже теперь. За такой долгий период времени условия жизни могут измениться совершенно непредсказуемым образом.

Таким образом, в популяциях индустриальных стран Европы и в США, где браки заключаются случайным образом, можно ожидать очень медленного увеличения частоты рецессивных заболеваний по сравнению с современным уровнем. Однако это предсказание не принимает в расчет искусственного отбора, осуществляемого путем генетического консультирования, пренатальной диагностики и, возможно, реализации скрининговых программ для гетерозигот. Если пренатальная диагностика станет обычной процедурой, то в программу скрининга можно будет, вероятно, включить самые частые рецессивные заболевания, например β-талассемию для населения средиземноморского бассейна и юго-восточной Азии или кистозно-фиброзную дегенерацию для населения Северо-Западной Европы и белого населения Северной Америки. Более редкие дефекты включить в скрининг вряд ли удастся.

Совокупность всех данных по четко определенным генетическим аномалиям, таким, как хромосомные аберрации, доминантные и Х-сцепленные болезни и аутосомно-рецессивные заболевания, позволяет нам с достаточной уверенностью предсказать, что современная цивилизация не вызовет существенного увеличения частоты этих аномалий. Будет ли вообще увеличиваться эта частота, останется на близком к современному уровне или даже снизится - это в значительной степени зависит от обстоятельств жизни нашего общества. Сможем ли мы сохранить в разумных пределах воздействие мутагенных факторов, о чем говорилось выше? Насколько эффективно в плане уменьшения наследственных заболеваний будет работать искусственный отбор в форме генетического консультирования и пренатальной диагностики? И еще одно обстоятельство - как долго общество будет проявлять готовность платить за "роскошь" разработки планов предотвращения и лечения редких заболеваний? В настоящее время мы не можем сделать сколько-нибудь точных предсказаний.

Постепенная утрата функций, которые обеспечиваются мультифакториальными генетическими системами. В популяции существует изменчивость не только для четко определенных генетических дефектов, о которых шла речь до сих пор, но и для функциональных систем, которые зависят от сложного, но упорядоченного взаимодействия различных генов в период эмбрионального развития. Сердце, глаза и иммунная система являются примерами таких систем. Эволюционно эти системы развивались под постоянным и интенсивным давлением отбора. Как только это давление снижается, начинают накапливаться мутации, которые приводят к небольшим функциональным недостаткам, и в течение очень долгих эволюционных периодов эти системы медленно, но неуклонно "отмирают". У животных самые известные примеры обнаружены среди видов, которые в течение многих поколений жили в полной темноте пещер или на больших глубинах океана, где интактная зрительная система не дает никаких преимуществ в плане отбора. Как правило, сначала увеличивается изменчивость глаз, особи с небольшими дефектами начинают встречаться все чаще. Затем у большинства животных глаза оказываются больше или меньше поврежденными, и, наконец, возникает безглазый вид. В цивилизованном обществе небольшие дефекты зрительной системы не ставят их носителей в невыгодное положение перед отбором. Это уже привело к значительному увеличению изменчивости в зрительной активности: такие состояния, как близорукость, дальнозоркость или астигматизм, встречаются, вероятно, чаще, чем в примитивных популяциях, которые до недавнего времени жили в условиях сурового отбора (разд. 7.2.5). Будет ли этот процесс развиваться в том же направлении? С такой тенденцией можно было бы смириться - просто будет больше людей, которые носят очки. Их "дефект" обеспечивает средства к существованию людям других профессий - офтальмологам и оптикам - и создает производство по изготовлению очков.

Более опасные последствия может иметь медленное повреждение иммунной системы. В разд. 6.2.1.6 говорилось о высокой смертности среди младенцев и детей до недавнего времени, которая обусловлена главным образом инфекционными заболеваниями. Сложная система обнаружения и уничтожения инфекционных агентов эволюционировала под влиянием сильного отбора (разд. 4.4). Нам известно множество генетических дефектов, которые снижают эффективность этой системы. Раньше такие дефекты приводили, как правило, к смерти индивида от инфекции; теперь при наличии антибиотиков многие из этих пациентов выживают и дают потомство. При крайне тяжелых случаях поражения иммунной системы можно надеяться на терапию с помощью пересадки костного мозга, при которой в организм вводятся нормально функционирующие иммунные клетки. Однако мутации могут вызывать намного более тонкие изменения в белковых молекулах, которые лишь незначительно ослабляют их функцию. Исследования молекулы гемоглобина показали, что такие мутации встречаются очень часто. Приведет ли ослабление отбора против таких вариантов к медленному повреждению всей системы? Будут ли наши потомки постепенно становиться все более чувствительными к инфекции разного рода, с которой нужно будет бороться с помощью более сложного сочетания антибиотиков и иммунной терапии? И еще более важный вопрос - будет ли это повреждение иммунной системы увеличивать частоту различных типов рака, поскольку потенциально злокачественные клоны клеток удерживаются от пролиферации системами иммунного надзора.

Ослабление отбора против мультифакториальных признаков может привести к увеличению их частоты. Например, против расщелины нёба и заячьей губы в прошлом был направлен довольно сильный отбор. В настоящее время вследствие эффективного хирургического лечения такие дети без труда выживают и в будущем имеют детей. Вполне вероятно, следовательно, что частота этого признака в следующих нескольких поколениях возрастет. Точную степень этого увеличения трудно предсказать. Аналогичные рассуждения применимы к врожденным порокам сердца.

Будет ли увеличиваться число лиц со сниженным интеллектом? Как отмечалось выше, сознательное планирование семьи является одним из основных факторов, который следует принимать в расчет при любой оценке. Этот фактор, однако, может иметь как благоприятные, так и неблагоприятные последствия. В популяциях существует подгруппа со сниженной способностью планировать свое собственное будущее - группа лиц с легкой степенью умственной отсталости. Средняя величина их воспроизведения действительно превышает среднее значение для популяции. Хотя хорошо известно, что факторы внешней среды могут способствовать возникновению умственной отсталости, есть данные о том, что для групп со слабой степенью отсталости особое значение имеет генетическая изменчивость (разд. 8.2.1.2). Следовательно, постоянное, более высокое воспроизведение лиц со слабой умственной отсталостью может увеличить их частоту в популяции. Пенроуз [2157] подверг сомнению справедливость этого заключения на том основании, что в семьях с легкой степенью умственной отсталости обычно выделяется определенная доля лиц, страдающих более тяжелой формой отсталости, которые вообще не способны иметь детей. Это противодействие может удерживать частоту генов на низком уровне, несмотря даже на более высокое воспроизведение состоящих в браке умственно отсталых лиц. Всесторонние исследования, проведенные супругами Рид [167] в 1965 г., казалось бы, подкрепили этот довод; число неженатых и незамужних, бездетных умственно отсталых членов семьи действительно было повышено в семьях со сниженным интеллектом. Мы, однако, не можем быть уверены в том, будет ли эта компенсация достаточна в будущем; слишком многое зависит от непредсказуемых социальных условий - умственно отсталые женщины могут научиться регулярно принимать противозачаточные таблетки и в этом отношении могут быть даже более надежны, чем женщины со средним или выше среднего уровнем умственного развития.

Возможно все же, что число генов умственной отсталости будет увеличиваться, и хотя число умственно отсталых лиц может возрасти, средние способности остальной части популяции не изменятся. Интеллектуальное сходство является серьезным фактором при подборе супружеских пар, и его действие распространяется как на нормальных, так и в особенности на умственно отсталых лиц. Эта тенденция может породить ряд социальных проблем, поскольку современное общество с его возрастающими требованиями к техническому мастерству будет все меньше обеспечивать работой умственно отсталых лиц.

Благоприятная в плане отбора тенденция: сочетание генетической приспособленности с последствиями, неблагоприятными в других отношениях. До сих пор мы рассматривали преимущественно неблагоприятные тенденции, и единственным полезным направлением был искусственный отбор, осуществляемый с помощью генетического консультирования. Ниже будет рассмотрена другая благоприятная тенденция, которая, вероятно, сможет намного быстрее усовершенствовать генетическую структуру, чем большинство неблагоприятных тенденций вызвать ее повреждение. В тропических странах широко распространены некоторые аномалии и заболевания эритроцитов, несмотря на то что гомозиготы по этим признакам страдают тяжелыми заболеваниями крови типа серповидноклеточной анемии или талассемии (разд. 4.3). Гетерозиготы по соответствующим генам имеют преимущества в плане отбора по отношению к трехдневной малярии, которая для этих областей до недавних пор была эндемичным заболеванием (разд. 6.2.1.6). До тех пор пока малярия не появится снова в будущем, отбор против пораженных дефектом гомозигот будет уменьшать частоту генов.

Таблица 9.9. Благоприятные и неблагоприятные факторы (без учета генной инженерии), влияющие на генетическую структуру будущих популяций людей)

Продолжение таблицы 9.9

Природа в этом случае предложила компромисс: увеличение устойчивости против малярии должно быть оплачено ценой многих случаев наследственных заболеваний. Как только малярию искоренили, этот компромисс стал ненужным, и вредный ген постепенно исчезает (разд. 6.2.1.6).

Сходный механизм может существовать для групп крови А, В и О (разд. 6.2.1.8). Возможно, что этот генетический полиморфизм возник как приспособление к многочисленным и разнообразным инфекционным агентам и что отбор зависел от их частоты. Ценой, которую следовало заплатить, была утрата зигот, обусловленная серологической несовместимостью матери и ребенка. Если бы отбор, связанный с инфекцией, исчез и остался бы только отбор по несовместимости, произошло бы постепенное и медленное уничтожение редких аллелей А и В и закрепление самой частой группы - 0. Сходные "компромиссы" могут также существовать для других генетических систем.

Человеческий вид в будущем. Из этих рассуждений возникает следующая картина будущей генетической структуры человека как вида: общий состав генов будет похож на тот, который существует в настоящее время. Сохранится, вероятно, тенденция к уменьшению расовых и этнических различий. Генетические дефекты, возможно, будут встречаться чаще или реже, чем в настоящее время, но они будут находиться под эффективным контролем генетического консультирования и пренатальной диагностики. Могут стать редкостью люди с аутосомными аберрациями. Вследствие терапевтического и хирургического лечения и других факторов, ведущих к ослаблению отбора, увеличится, вероятно, число заболеваний, вызываемых полигенными факторами. К сожалению, степень этого увеличения точно оценить невозможно из-за отсутствия знаний о конкретных генетических системах подверженности при этих заболеваниях. В табл. 9.9 сопоставлены благоприятные и неблагоприятные тенденции в развитии генетической структуры будущих популяций.