Журнал «Компьютерра» № 24 от 26 июня 2007 года

ГОСТИНАЯ: Увидеть прошлое

Автор: Дмитрий Шабанов

Настоящее – следствие и, если хотите, заложник прошлого. Глядя вокруг, мы видим факты, но не понимаем их причины, прячущиеся в прошедшем. Увы, прошлое нельзя наблюдать – его можно только реконструировать. Хорошо еще, если следы былых фактов лишь исказились, побывав под пятой разрушающего времени. Подавляющая часть событий прошлого просто-напросто стерта без следа.

Всеведущий демон Лапласа, выражение классической веры в силу науки, по положению и характеристикам движения всех существующих частиц мог полностью исчислить предысторию и постысторию Вселенной. Теперь мы осознали пугающую неопределенность будущего, скрывающуюся за терминами "детерминированный хаос", "странный аттрактор", "неопределенность Гейзенберга" и другими заклинаниями. С прошлым не легче. Раз настоящее не однозначно определяется своей предысторией, наблюдаемому настоящему может соответствовать бесконечное множество потенциальных прошлых, определяющих его своими свойствами!

Любое развитие – конфликт между памятью (сохранением свойств системы) и изменением (адаптацией этой системы или ее разрушением). Тот, кто многое приобрел, многое и забыл…

Простите, я затянул обращение к примеру реконструкции прошлого, о котором расскажу. Речь идет о выходе позвоночных на сушу. Трудно осознать, сколь различны условия для жизни крупных животных в воде и на суше. Как наши предки перешли через эту границу? Счастливая случайность? Наверняка нет. Такой переход, по-видимому, происходил независимо в нескольких эволюционных ветвях рыб, давших начало нескольким группам первых четвероногих! Приспособления рыб к жизни в мелководных водоемах девонского периода оказались ключом к освоению суши. Не вдаваясь в детали, укажу, что конечности возникли как орган отталкивания от дна на мелководье, а легкие – как орган дыхания воздухом, когда голова находится над поверхностью воды. Хорошо, что мы имеем свидетельства строения конечностей у нескольких полурыб-получетвероногих. А как перестраивались другие системы?

Заглядывать в прошлое можно с помощью моделей. Исследователи из Швейцарского федерального политехнического института в Лозанне (EPFL) построили модель первых четвероногих. Тело – цепочка из девяти подвижных блоков; на втором и шестом – ножки [Совсем не похожие на ноги первых четвероногих…]. "Нервная система" устроена по аналогии с нервной системой миноги [Почему именно миноги? Она что, в родстве с первыми четвероногими? Ну, в каком-то смысле мы все родственники, но минога дальше от моделируемых животных, чем, к примеру, рыбы…]. Такое устройство, несмотря на примитивность нервной системы, может не только плавать, но и ползать. Интересно, только жаль, что отношения к действительному прошлому эти эксперименты практически не имеют.

Другая работа использует средства генетики. Nature опубликовала статью Маркуса Дэвиса (Marcus Davis) и соавторов из университета Чикаго (University of Chicago). Авторы исследовали Hox-гены – переключатели, отвечающие за формирование плана строения тела. Экспрессия Hox-генов, отвечающих за формирование конечностей у четвероногих, проходит две фазы. Первая связана с формированием самой конечности или плавника, вторая – с образованием пальцев. У четвероногих регистрируются обе фазы, у данио рерио (аквариумной рыбешки) – лишь первая. Авторы работы исследовали веслоноса, американского представителя осетровых, и обнаружили у него и первую, и вторую фазу экспрессии таких генов. Ну что ж, интересный факт. А вот вывод из него сомнителен: ученые считают, что развитие конечностей у древних рыб было предопределено, заранее «вшито» в их гены.

Веслонос находится с четвероногими примерно в таком же родстве, как и данио, – четвероногие произошли от другой группы рыб, лопастеперых. Наличие сходных генных последовательностей вовсе не говорит о сходстве функций: они могут быть переопределены. Аналогия: кости, находящиеся в среднем ухе человека и других млекопитающих (молоточек и наковальня), происходят от костей, формировавших челюстной сустав у наших рептильных предков. Означает ли это, что в челюстях рептилий «зашит» план среднего уха млекопитающих? Нет! Когда прежние функции этих костей оказались утрачены, они приобрели новые. А можно ли тогда утверждать, что гены, выполнявшие одни функции у древних рыб, содержали план тех функций, которые они начали выполнять у четвероногих?

Выходит, предопределенности в освоении суши не было? Как знать… То, что она не доказана в работе Дэвиса, не означает, что ее не существовало. Один пример. Есть такая рыба, илистый прыгун (кстати, скорее родственник данио, чем веслоноса, и, вероятнее всего, лишенный второй фазы экспрессии Hox-генов конечностей). В 1934 году Дж. Хармс (J. W. Harms) показал, что при введении гормона тироксина[Гормона, который запускает созревание и выход на сушу у личинок земноводных] грудные плавники илистого прыгуна превращаются в нечто вроде конечностей, эдакие тонкие лапы. Предопределенность относилась к путям перестройки онтогенеза?

А можно ли вообще реконструировать прошлое, изучая нынешние живые системы, которые стали тем, чем они являются, только потому, что забыли существенную часть своего прошлого? Хоть мы и заложники прошлого, нам не дано точно знать, что и как определяет нашу судьбу. Так, догадки высказываем…