Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

Голые землекопы широко распространены в Восточной Африке, где их также называют «песчаными щенками». Размером с небольшую мышь, они полностью лишены волосяного покрова, тело их покрыто морщинистой кожей, и они имеют большие выступающие зубы-резцы, которыми роют землю. Всю свою жизнь они проводят под землей в вырытых ими длинных темных тоннелях, поэтому они практически слепые, несмотря на то что у них есть крошечные глаза. Этот вид стал объектом изучения не только для биологов-эволюционистов, но и для медиков, которых заинтересовала такая их особенность, как отсутствие случаев заболевания раком и долголетие (их продолжительность жизни достигает 30 и более лет). На волне интереса к этим физиологическим особенностям в 2011 году были опубликованы данные расшифровки генома голого землекопа[403], которые помогли выявить гены, отвечающие за долголетие и устойчивость к раку, однако для нас особый интерес представляет, что происходит с неиспользуемыми генами.

Рис. 32. Голый землекоп

Исследования показывают, что около 250 генов голых землекопов содержат такое множество мутаций, что они перестают быть функциональными. В сущности, это мертвые гены. Однако несмотря на это, секвенирование ДНК позволяет выявить эти так называемые псевдогены и дает представление о тех функциях, которые они некогда выполняли. Девятнадцать из них связаны с функцией зрения: например, в одном хранится информация о белке хрусталика, в другом закодирован цвет радужной оболочки глаза, а третий когда-то был связан с функцией передачи светового сигнала в мозг.

Удивительно, но такая модель генетического повреждения (в форме повторяющейся мутации) более не нужных генов в точности подтверждает прогноз, сделанный на основе синтеза теории естественного отбора и мутационной теории. В свое время де Фриз и некоторые другие ученые обнаружили, что в генах неизбежно возникают мутации. Однако из теории естественного отбора следует, что особи с ослабляющими здоровье мутациями, как правило, будут давать меньше потомства по сравнению с более жизнеспособными особями, и таким образом дефектные гены будут исчезать из популяции. Например, ген нарушения зрения мыши в конечном счете окажется в желудке кошки или совы, поймавших ее, а не в ее потомстве. Этот процесс, называемый отрицательным отбором, освобождает популяцию от мутаций, повреждающих гены.

Однако является ли мутация вредной, зависит от среды обитания. Представим себе, что в результате оползня вход в подземное жилище колонии роющих грызунов завален. К счастью, под землей находятся клубни растений, и у животных имеется неограниченный запас пищи, поэтому они не просто выживают, но существуют вполне благополучно. В подземных тоннелях, куда не проникает свет, они ничего не видят и вынуждены полагаться на другие органы чувств, такие как слух и обоняние. В темноте под землей слепыми становятся не только животные, но и механизм естественного отбора по отношению к мутациям, вызывающим дефекты зрения, поэтому отрицательный отбор в этих условиях не работает. Соответственно, вредные мутации будут накапливаться до тех пор, пока гены, отвечающие за зрение, не станут неиспользуемыми псевдогенами, а зрячие роющие грызуны не превратятся в слепых голых землекопов, которые не смогут выжить на поверхности земли.

ИСПОЛЬЗУЙ – ИЛИ ПОТЕРЯЕШЬ. ВЫЖИВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ

Путь эволюционного развития голого землекопа позволяет проследить одно из менее очевидных следствий естественного отбора: используй – или потеряешь. Если какая-то функция, например зрение, становится невостребованной, в соответствующих генах накапливаются мутации, и функция утрачивается. Эволюционное развитие других видов не обходилось без аналогичного разрушения генов. Когда усатые киты перешли на другой способ добывания пищи и стали питаться планктоном, отфильтровывая его из воды, кусательная и жевательная функции постепенно стали бесполезными, и таким образом гены, необходимые для образования зубной эмали, превратились в псевдогены[404]. Нечто похожее произошло с гигантскими пандами, когда они перестали быть хищниками и перешли на бамбук. Вместе с этим они утратили способность чувствовать «умами», или вкус высокобелковых веществ, в котором их предки и мы распознаем вкус мяса. В результате перехода на другую пищу ген соответствующего вкусового рецептора превратился в псевдоген[405]. Люди тоже утратили множество обонятельных рецепторов, улавливавших запахи, необходимость в которых сейчас отпала. И наконец, вы когда-нибудь задавались вопросом, почему ваш кот равнодушен к тортам и пирожным? Все объясняется тем, что, когда кошки стали хищниками, гены рецепторов, распознающих сладкий вкус, превратились в псевдогены[406].

В результате накопления мутаций в отсутствие отрицательного отбора невостребованные биологические функции, такие как зрение у голых землекопов, отпадают под ударом эволюционной бритвы Оккама. Доказательством того, что бритва Оккама сделала свое дело и в эволюции, служит то, что и человек, и любое другое живое существо, населяющее современный мир, функционально приблизились к абсолютной простоте на генетическом уровне. Уточняю: «приблизились», но пока не достигли, потому что эволюция, возможно, пока еще не отсекла все лишние сложности, примером которых может служить аппендикс у человека. Более того, иногда в процессе эволюции невозможно избавиться от чего-то нефункционального, как, например, соски у мужчин, без кардинальной перестройки путей развития. Жизнь, безусловно, проста, но не всегда настолько, насколько это возможно.

Принцип «используй – или потеряешь» актуален для эволюции так же, как и для физического здоровья, однако в нем заложен и другой, более мрачный смысл.

СМЕРТЕЛЬНАЯ ПРОСТОТА

Написание этой книги пришлось на конец 2020 года, когда я, как и сотни миллионов других жителей нашей планеты, жили в условиях локдауна, вызванного появлением вируса COVID-19 – крошечного шарика величиной 100 нанометров, примерно в 10 миллионов раз меньше футбольного мяча. Эта крохотная частица, абсолютно неактивная вне живой клетки, оказалась способной поставить на колени почти все человечество.

Хотя до сих пор остается спорным вопрос о том, являются ли вирусы живыми, поскольку они не способны к самовоспроизведению, они представляют собой простейшие реплицирующиеся организмы. Вместо того чтобы реплицироваться самостоятельно, они предпочли избавиться почти от всех клеточных структур и выполняют всего одну задачу с беспощадной эффективностью – встраивают свои геномы в клетки другого живого организма, чтобы, взяв под контроль клеточный механизм, воспроизвести больше копий своего генетического материала и вирусных белков. Из этих белков и копий генетического материала спонтанно образуются новые копии вирусов, которые вырываются из хозяйской клетки и инфицируют другие клетки, стремясь проникнуть наружу через легкие, желудочно-кишечный тракт, повреждения на коже. Они используют любую наружную поверхность, чтобы попасть к новому хозяину.

В 1977 году английские биологи Джин Медавар (1913–2005) и Питер Медавар (1915–1987) назвали вирусы «неприятной новостью в белковой оболочке». Неприятная новость – это геном вируса внутри оболочки из белка. Геном состоит всего из 30 000 букв генетического кода. Если перевести хранящуюся в них информацию в биты, то ее количество