Эволюция всего - Ридли Мэтт

«Мусорная ДНК» напоминает нам, что геном построен последовательностями ДНК и для последовательностей ДНК, а не телом и не для тела. Тело возникло в результате конкуренции между последовательностями ДНК в борьбе за выживание; тело – это аппарат, с помощью которого геном воспроизводит сам себя. И хотя естественный отбор, приводящий к эволюционным изменениям, далеко не случайный процесс, сами мутации возникают случайным образом. Это слепой процесс проб и ошибок.

Бег Черной Королевы

Даже генетики издавна сопротивляются идее о том, что мутации – абсолютно случайный процесс, хотя естественный отбор не случаен. Постоянно появляются и исчезают теории, поддерживающие версию направленного возникновения мутаций, и многие именитые ученые периодически склоняются к этой версии даже при отсутствии веских доказательств. В книге «Дорогой мистер Дарвин» молекулярный биолог Гэбби Довер, не прибегая исключительно к теории естественного отбора, пытался объяснить невероятный факт, заключающийся в том, что некоторые многоножки имеют 173 сегмента тела. Его вывод заключался в том, что вероятность выживания и воспроизводства случайным образом собранной многоножки с 346 конечностями низка по сравнению с выживанием многоножки с меньшим числом конечностей. Он считал, что требуются дополнительные объяснения того, как многоножка создает сегменты своего тела. И таким объяснением могла бы быть идея «молекулярного дрейфа», которая в книге Довера отражена весьма расплывчато, но, совершенно очевидно, является результатом «нисходящего» способа мышления. Идея Довера о «молекулярном дрейфе» давно растаяла без следа, а после нее возникло и исчезло множество других теорий о направленном характере мутаций. И ничего удивительного в этом нет: если мутация направленная, значит, ее кто-то направляет, и тут же возникает вопрос, а кто направляет этого направляющего? Кто обладает предвидением, наделяющим ген способностью планировать осмысленную мутацию?

В области медицины понимание эволюции на генетическом уровне одновременно вызывает проблему и предлагает решение. Устойчивость бактерий к действию антибиотиков и устойчивость опухолей к химиотерапевтическим препаратам – типичные проявления дарвиновской эволюции: естественный отбор стимулирует возникновение механизма выживания. Под действием антибиотиков происходит отбор редких мутаций бактериальных генов, которые позволяют клеткам выживать в присутствии лекарств. Появление устойчивости к антибиотикам – эволюционный процесс, и бороться с ней можно только эволюционными методами. Вряд ли стоит надеяться, что кто-то изобретет совершенный антибиотик, не вызывающий лекарственной устойчивости. Нравится нам или нет, мы затеяли гонку вооружений с миром бактерий. Так что теперь нам остается только повторять слова Черной Королевы из «Алисы в Зазеркалье» Льюиса Кэрролла: «Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!»[18] Поиски нового антибиотика начинаются задолго до того, как предыдущий стал неэффективен.

Как, например, работает иммунная система? Она не только производит наиболее подходящие антитела, какие только может найти, она экспериментирует и эволюционирует в реальном времени. Люди не могут рассчитывать на быструю эволюцию устойчивости к паразитам за счет избирательной гибели чувствительных индивидов, поскольку время жизни каждого поколения слишком велико. Эволюция происходит внутри нашего тела на протяжении суток или часов. Именно для этого нужна иммунная система. Она имеет механизм для рекомбинации различных вариантов белков (что увеличивает их вариабельность) и их быстрой амплификации в случае необходимости. Более того, в геноме есть гены, единственная задача которых, по-видимому, заключается в поддержании максимального разнообразия форм: это гены так называемого главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex, MHC). Функция примерно 240 генов MHC состоит в том, чтобы представлять иммунной системе антигены нападающих на организм патогенов и вызывать иммунный ответ. Это самые вариабельные среди всех известных генов. Например, в человеческой популяции существует примерно 1600 версий гена HLA-B (HLA – человеческая версия генов MHC). По некоторым данным, многие животные проделывают значительные расстояния, чтобы найти полового партнера с другим набором генов MHC (что определяется по запаху) и тем самым сохранить или дополнительно усилить вариабельность генов главного комплекса гистосовместимости.

Как бесконечна борьба с микробами – эта эволюционная гонка вооружений, – так бесконечна и борьба с раком. Клетки, претерпевшие опухолевую трансформацию и затем переселяющиеся в другие части тела, подвергаются отбору. Они приобретают мутации, позволяющие им быстрее расти и делиться, игнорировать сигналы остановки роста или самоубийства, обзаводиться кровеносными сосудами, снабжающими опухоли питательными веществами, а также отделяться от исходной ткани и мигрировать. Какие-то из этих мутаций имеются уже в первой опухолевой клетке, но опухоли обычно приобретают новые мутации, что в значительной степени перестраивает их геном. Это масштабный эксперимент, неосознанный поиск новых мутаций методом проб и ошибок.

Весь этот процесс выглядит невероятно планомерным – и злобным. Опухоль «пытается» расти, «пытается» обзавестись кровеносными сосудами, «пытается» распространиться дальше. Но реальная ситуация, конечно же, иная: между клетками опухоли существует конкуренция за ресурсы и жизненное пространство, и выигрывает та клетка, которая приобретает самые полезные в этом смысле мутации. Это прямая аналогия с эволюцией живых организмов. Сегодня раковым клеткам нужны дополнительные мутации – те, что помогут им преодолеть химиотерапию или облучение. Одна из опухолевых клеток организма получает необходимую мутацию, чтобы разрушить лекарство. Остальные опухолевые клетки погибают, но потомки этой клетки постепенно размножаются, и болезнь возвращается. К огромному сожалению, это очень часто происходит при лечении онкологических больных: после первичной ремиссии болезнь возвращается и побеждает. Это эволюционная гонка вооружений.

Чем лучше мы разбираемся в строении геномов, тем больше убеждаемся в справедливости идеи эволюции.

Глава 5. Эволюция культуры

А потому полагать, что кто-то снабдил именамиВещи, а люди словам от него научились впервые, —Это безумие, ибо, раз мог он словами означитьВсе и различные звуки издать языком, то зачем жеДумать, что этого всем в то же время нельзя было сделать?Лукреций. О природе вещей. Книга 5, стихи 1041–1045

Возможно, самой изумительной демонстрацией спонтанно возникающего порядка является превращение зародыша в зрелый организм. Наше понимание этого процесса становится все менее детерминированным. Как пишет Ричард Докинз в книге «Самое грандиозное шоу на Земле», «важно, что здесь нет хореографа или дирижера. Порядок, организация, структура – все это возникает как побочный продукт локальных, многократно повторяемых правил». Нет никакого общего плана, просто клетки реагируют на локальные сигналы. Как будто целый город возникает из хаоса только по той причине, что люди подчиняются местным инициативам и начинают строить дома и заниматься делами. (На самом деле, именно так города и возникали.)

Посмотрите на гнездо птицы: оно замечательно сконструировано, чтобы обеспечить защиту и маскировку птенцов, создано по единому (и при этом уникальному для каждого вида) плану, но по простейшим инструкциям, без какого-либо общего предварительного плана – просто путем реализации последовательности врожденных инстинктов. Я однажды наблюдал за тем, как дрозд деряба пытался свить гнездо на пожарной лестнице здания, в котором расположен мой кабинет. Результат был катастрофическим, поскольку все ступеньки пожарной лестницы выглядят одинаково, так что бедная птица не понимала, на какой именно ступеньке она начала строить гнездо. Фрагменты гнезда появились на пяти ступеньках. Два средних были близки к завершению, но ни одно не было закончено полностью. Птица отложила два яйца в одно из недостроенных гнезд и еще одно – в другое. Очевидно, птицу запутали локальные сигналы – идентичные ступени лестницы. Программа строительства гнезда основана на простых правилах, таких как «поместить больше материала в угол металлической ступени». Уютное гнездо дрозда формируется в результате реализации самых примитивных инстинктов.