ОБ ЭВОЛЮЦИИ И НЕМНОЖКО О РИЧАРДЕ ДОКИНЗЕ

Несколько лет назад Ричард Докинз написал книгу "Бог как иллюзия", в которой отстаивает эволюционную точку зрения на видообразование, в которой нет места сверхъестественным силам. Докинз это ученый-этолог и публицист, популяризатор науки, весьма уважаемая личность в кругу ученых и публицистов.

Книга Докинза это немалый по объему труд, в котором продвигается доминирующий в научном мире взгляд на биологическую эволюцию, и при этом ставится под сомнение религиозная точка зрения, что все, что мы видим вокруг себя, создал бог (или боги, как кому нравится). Мы видим все разнообразие животного и растительного мира вокруг себя, и идея о том, что современные виды не существовали изначально, а являются результатом долгого эволюционного развития существовала еще до Дарвина. В особенности данные палеонтологии способствовали продвижению эволюционизма.

Но, как на самом деле работает эволюция? Способны ли геологические и биологические системы эволюционировать, т.е. развиваться, переходя, как сказали бы физики, от состояния с высокой энтропией к состоянию с низкой энтропией? Мы видим вокруг себя огромное разнообразие живых существ: одноклеточные (бактерии и низшие эукариоты), простейшие многоклеточные, вроде губок и более сложные формы, которые представляют гигантскую иерархию животного мира (а есть еще и растительный). Вопрос: Как они все образовались? И почему? Что двигало их эволюцией, если мы примем точку зрения эволюционистов, вроде Ричарда Докинза? Которые предлагают унифицированный механизм, т.е. естественный отбор.

Как эволюционируют биологические системы? Вот глаз, пример сложного органа, который часто любят приводить и, в частности, Докинз. У позвоночных и многих беспозвоночных животных это орган, который воспринимает свет и преобразует его в последовательность нервных импульсов, идущих в мозг. Однако, орган, реагирующий на свет, обнаруживается уже у многих простейших одноклеточных, и представляет собой стигму (глазок), пятно ярко-красного цвета, содержащий скопление глобул с пигментом гематохромом. Затем, эта структура усложняется, появляется камера, в которой световоспринимающий слой находится на задней внутренней стороне. Далее возникает линза, т.е. хрусталик и таким образом основные структурные элементы глаза появляются в ходе процесса, который мы со времен Дарвина привыкли называть эволюцией. Докинз придерживается точки зрения о ведущей роли естественного отбора в процессе формирования глазной камеры, сетчатки, нервной и кровеносной системы глаза. А отбор действует в том случае, если есть изменчивость. Как мы знаем, такая изменчивость создается постоянным мутационным грузом, который предоставляет материал для выбора наилучших форм. Но, что такое мутации? Это замены одиночных нуклеотидов, выпадения или перестройки (например, поворот фрагмента в обратную сторону) участков хромосом. Если мутации происходят в соматических клетках (любые клетки тела, кроме половых), то они не играют никакой роли для естественного отбора, т.к. такие мутации не наследуются. Только мутации в половых клетках (т.е. в клетках зародышевой линии) остаются в ряду поколений, и организмы, которые несут эти мутации, могут подвергаться отрицательной или положительной селекции естественным отбором.

И вот такой механизм изменчивости, основанный на спонтанных мутациях, представляет слабое звено, так как та часть хромосомной ДНК, которая кодирует белки (а жизнь, по словам классика, это "способ существования белковых тел"), очень мала и не превышает 1-2% у высших животных и человека. Степень сходства (гомологии) между однотипными белками у человека и, скажем, у мышей для некоторых белков (например, бета-актин, от которого критически зависит жизнедеятельность всех типов клеток) может доходить до 100%, т.е. они практически не изменились за десятки миллионов лет эволюции! Всего генов, кодирующих белки, около 24 тысяч. Но, даже если сходство однотипных белков составляют меньше 80-90%, такие белки вполне успешно работают в другом виде животных. Например, получен целый ряд линий "гуманизированых"мышей, у которых их "мышиный" ген (а, значит, и соответствующий белок) заменен на человеческий. С большой степенью достоверности можно также утверждать, что в биохимических тестах вы не найдете никаких принципиальных отличий между однотипными мышиным и человеческим белками, что в принципе означает, что в функциональном плане это один и тот же белок. Тогда что означает дарвиновская эволюция?

Можно возразить, что весь мутационный груз, который расщепил общего предка мышей и человека на два современных вида (после массового вымирания динозавров 65 миллионов лет назад), приходится на те самые 98-99% хромосомной ДНК, которые не кодируют белки, т.е. это межгенные участки и огромное количество некодирующих участков внутри генов (интроны). Это серьезное возражение, но тут стоит заметить, что все эти участки в наших геномах и геномах мышей выполняют абсолютно одинаковые функции. Поэтому, естественный отбор, хоть и в меньшей степени, но также оказывает селекционное давление, т.е. убирает все, что повышает или понижает работу соответствующего гена.

Здесь важен следующий момент: мы (люди) и мыши (а также все разнообразие млекопитающих) имеем на 99% одни и те же однотипные гены, важные для осуществления всех биохимических функций, которые поддерживают жизнь наших (человека, мышей и других животных) тел. Эволюция молекулярных последовательностей белков (то есть по сути - генов) не играет никакой роли для формирования наших тел (для морфогенеза). Каким-то образом создается все видовое разнобразие организмов при сохранении базового физиологического строения. Если взять высших млекопитающих, то простое сравнение показывает, что между ними нет никакой принципиальной разницы. Мы экспериментируем на мышах, крысах и обезьянах, чтобы потом всю полученную информацию использовать в медицинской практике у человека. То же самое касается и других классов животных, таких как пресмыкающиеся или земноводные. Конечно, максимальное сходство наблюдается между близкими видами, между такими как крыса и мышь, или человек и обезьяна. Пищеварительная, иммунная, дыхательная, сосудистая, нервная и т.д. системы, все они максимально сходны, даже строение мозга не имеет никаких принципиальных отличий, за исключением количественных.

И вот вопрос: как и за счет чего создается видовое разнообразие, если между строительными блоками (белками) нет или почти нет различий? Если белки у мышей (такие как клеточные рецепторы, ростовые и транскрипционные факторы, белки, отвечающие за накопление и расход энергии, т.е. белки метаболизма и т.д.) последовательно заменять на человеческие однотипные белки (т.е. человеческие ортологи), то мышь не превратится в человека. Она останется мышью, но с человеческими белками в качестве биохимической основы тела.

За видообразование, и следовательно за межвидовые различия могут отвечать некодирующие участки хромосом, количество которых у человека, как мы помним, до 98-99%. Селекционное давление естественного отбора на эти участки гораздо меньше, чем на те, которые отвечают за кодирование белков. Однако, и в этом случае, виды животных остаются компактными образованиями со своей внутривидовой структурой, строeнием тела и поведенческими реакциями, несмотря на то, что животные, принадлежащие к одному виду, могут существовать и компактно проживать длительное время в разных земных ареалах, на разных континентах! Когда внутривидовые отличия позволяют разделить вид на подвиды (скажем, у бурых медведей или галапагосских вьюрков Дарвина), то групповые особенности представляют собой главным образом не что иное, как норму реакции, т.е. разную степень проявления действия одного и того же гена. В качестве примера - разная степень окраски кожи у коренных представителей Африки и эндемичных жителей Северо-Запада России, например, Карелии вследствие различной выработки пигмента меланина, или разрез глаз у китайцев и славян. Мутационный процесс идет постоянно, но он почему-то не приводит к разрушению видов, из чего следует, что механизм спонтанных мутаций не лежит в основе механизма эволюции, во всяком случае вполне вероятно, не является его движущей силой.

Но, мутационный процесс может идти не постоянно, а всплесками, когда за короткое по геологическим меркам время возникают не просто новые виды, а новые классы или даже типы живых существ, после чего наступает период почти полного затишья на десятки миллионов лет. Таким был кембрийский взрыв около 540 миллионов лет назад, когда в одночасье возникли хордовые (предшественники позвоночных животных, т.е. существа с внутренним скелетом) и членистоногие (существа с внешним скелетом). Такие события в биологической истории Земли не могут основываться всего лишь на изменениях нормы реакции отдельных генов. В этом случае возникают новые семейства генов, новые биохимические пути. Простые статистические соображения показывают, что механизм спонтанных мутаций потребует сотни миллиардов, даже триллионы лет, чтобы маленькими шагами достичь работающих новых генетических семейств и, на их основе, новых классов животного мира.

Но, кажется, глобальные перестройки генома занимают всего лишь несколько миллионов лет! Что-то вторглось в клетки живших 540 миллионов лет назад животных и перестроило их хромосомы. Вполне вероятно, что это могло быть семейство древних ретровирусов (древних родственников вируса СПИДа), которые разбили хромосомную ДНК на фрагменты, сформировав современную мозаичную структуру генов (экзоны-интроны). Короткие фрагменты (экзоны) могли за счет генетической рекомбинации, используя механизм ретровирусов, подстраиваться к другим экзонам (из других генов), создавая совершенно новые гены. Сегодня мы это можем видеть на примере огромного семейства генов PDGFR. И такие генетические перестройки были тогда возможны за счет того, что встроившиеся ретровирусы сохраняли свою структуру, т.е. могли вырезаться и опять встраиваться в новые участки хромосом. Впоследствии мутационный процесс убил эти ретровирусы, они деградировали и потеряли свою изначальную структуру и способность вырезаться из хромосомной ДНК.

Таких всплесков моментальной эволюции было несколько в истории животного мира на Земле. Они также синхронизированы (если это не совпадение) с массовыми вымираниями, которых было пять за последние 2 миллиaрда лет и сейчас идет шестое. Стоит ли нам ожидать очередного всплеска видообразования если и не прямо сейчас, то по крайней мере в нашу геологическую эпоху, через взрывное действие вирусов? Как бы там ни было, изменения, кажется, возникают за короткое время и, затем, естественный отбор фиксирует эти изменения, что приводит к формированию новых видов.

Комментарии: