Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина

Глава 20. Загадка жизни

Версии видений Дарвина в Плоском мире могут отличатся от того что обычно рассказывают нам историки Круглого Мира, но оба эти варианта могут сойтись в одной и той же точки времени, если волшебникам удастся победить аудиторов, то мы сможем сфокусироваться на последствиях такой конвергенции. В любом случае, у обоих историй Дарвин найдётся что-то общее, включая обезьян, жуков и ос. Наблюдая за всеми этими организмами, а особенно за усоногими раками, Дарвин и произвёл своё великое обобщение.

В настоящий момент нет ни одной области биологии, которая не была бы затронута открытием эволюции. Существует много доказательств того, что современные виды произошли от других и продолжают эволюционировать. Лишь малая часть современной биологии не потеряет смысла в отсутствии всеохватывающего контекста эволюционной теории. Если бы Дарвин родился заново в нашем времени, он бы понял, что многие из его идей немного переформулированы в обычное научное знание. И среди ни главный принцип естественного отбора. Однако он так же увидит дебаты и споры вокруг краеугольного камня его замыслов. Не о том, происходит ли естественный отбор, не о том является ли он движущей силой эволюции, а о том, только ли он является её движущей силой.

Он так же мог бы найти множество деталей, чтобы дополнить свою теорию. Наиболее важной и далеко-идущей является ДНК, волшебная молекула, которая содержит генетическую «информацию» — физическую форму наследственности. Дарвин был уверен, что живые организмы могут передавать свои характеристики потомкам, но он не имел представления о том, как и в какой форме был реализован этот процесс. На сегодняшний день мы настолько привыкли к роли генов и их химической структуры, что любое обсуждение эволюции скорее всего будет сфокусировано на химических показателях ДНК. Роль естественного отбора, то есть роль самих живых организмов была значительно приуменьшена: победили молекулы.

Мы хотим убедить вас в том, что это не останется неизменным.

Ученые большинства направлений и большинство дилетантов за пределами «Библейского пояса» США теперь считают «очевидной» эволюцию через естественный отбор (что было огромным прорывом, когда Дарвин и Уоллес обратили на него внимание общественности). Данный консенсус возник отчасти потому, что люди склонны воспринимать биологию как «лёгкую», не вполне настоящую — трудную для понимания — науку вроде химии или физики, и большинство полагает, что достаточно о ней знает благодаря своего рода диффузии общеизвестной информации. Этот стереотип забавно проявился на Челтенхэмском научном фестивале 2001 года, когда королевский астроном сэр Мартин Риз и два других выдающихся астронома сделали презентации о «Внеземной жизни».

Доклад был довольно разумен и интересен, но не имел никакой связи с современной биологией. Эта работа основывалась на биологии, которую в настоящий момент преподают в школах, и большая часть этих знаний устарело примерно на тридцать лет. Как в принципе все научные знания, включённые в школьную программу, поскольку идеям требуется значительное количество времени чтобы «просочится» из исследовательских центров в учебные классы. Возраст большей части «современной математики» насчитывает примерно 150 лет, так что тридцатилетняя биология — это ещё не так ужасно. Но это точно не являться подходящей основой для обсуждения достижений передовой науки.

Джек, который находился в той же аудитории спросил: «Что вы думаете о трёх биологах, которые обсуждают физику чёрной дыры в центре вселенной?» Аудитория зааплодировала сразу, но потребовалось пара минут чтобы и до учёных дошёл смысл вопроса. Затем они извинилась как только могли, не теряя при этом достоинства.

Такие случаи происходят постоянно потому, что мы настолько знакомы с теорией эволюции, что начинаем думать, что её понимаем. Следующий отрывок мы посвятим разумному объяснению того, что думает об эволюции обычный человек. Это выглядит примерно вот так.

Жил-был один маленький теплый прудик с химическими веществами. И однажды они все смешались и получилась амёба. Потомство амёбы множилось (это же была добропорядочная амёба), и у кого-то из её детей детей было больше (смешно), у кого-то меньше, а другие придумали секс и в итоге неплохо проводили время. Поскольку дела с биологическим копированием в те времена обстояли не очень, все их дети отличались друг от друга, они несли в себе ошибки, возникшие в результате копирования, которые называются мутациями.

Практически все мутации были такими же вредными, как пуля, случайно всаженная в деталь сложного механизма и вряд ли увеличивающая его производительность. Но некоторые из мутаций были полезными. У живых организмов с полезными мутациями было больше детёнышей с такой же мутацией, так что они плодились и размножались. Их потомки принесли в будущее полезные мутации. Однако, вместе с ними накапливалось множество вредных мутаций, так что естественный отбор никого не пощадил. К счастью, появилась ещё одна новая мутация, которая обозначила главный признак нового вида (лучшие глаза или плавники и чешуя), который в целом был лучше.

Этими видами были рыбы, и один из них вышел на сушу, отрастив ноги, легкие и всё остальное. От этих первых земноводных произошли рептилии, в частности динозавры (тогда как другие несмелые рыбы вероятно просто плескались в море в течении миллионов лет, чтобы стать ужином). Были и небольшие скрытные млекопитающие, которые выжили за счёт того, что по ночам поедали яйца динозавров. Когда динозавры вымерли, млекопитающие расселились на планете, и некоторые из них эволюционировали в мартышек, затем в приматов, а затем в первобытных людей.

Когда эволюция остановилась на амёбах в луже, которые захотели остаться амёбами, а не превращаться в рыб, на рыбах, которые не захотели стать динозаврами, а просто жить своей спокойной рыбьей жизнью, всех динозавров уничтожил метеорит. Мартышки и приматы, которые уже знают о том, каково это быть вершиной эволюции, сейчас медленно вымирают, за исключением зоопарков, где их держат в качестве напоминания о наших предках. Сейчас самую верхнюю ветку жизни заняли люди: потому что мы совершенны. Дальше эволюционировать некуда — именно поэтому эволюция и остановилась.

При некоторой настойчивости, из нас можно вытащить некоторую информацию о так называемых генах, о которых мы узнали в основном из газет. Гены состоят из молекул под названием ДНК, которая имеет форму двойной спирали и содержит своего рода код. Этот код определяет как создать определённый вид живого организма, так например ДНК человека содержит информацию о том, как сделать человека, тогда как ДНК кошки содержит информацию необходимую для того чтобы создать кошку, и так далее. Поскольку спираль ДНК двойная, она может быть разделена на две части, отдельные части могут быть легко скопированы — так и размножаются живые организмы. ДНК это молекула жизни и без неё жизни бы просто не существовало. Мутации это ошибки в процессе копирования ДНК — опечатка в посланиях жизни.

Ваши гены определяют относительно вас абсолютно всё — вашу гомосексуальность или гетеросексуальность, каким болезням вы подвержены, как долго вы будете жить и даже вашу любимую марку машины. Теперь когда наука установила последовательность человеческого генома — последовательности ДНК отдельного человеческого организма, мы знаем всю информацию необходимую для создания человека, так что мы знаем всё, что нужно знать о том, как устроены человеческие существа.

Кое-кто из нас добавил бы, что большая часть ДНК не несут собой генов, а представляют собой своего рода «мусор» оставшийся от некоторой удалённой части нашей эволюционной истории. Это мусор получает бесплатный проезд на эволюционном поезде, потому что довольно «эгоистичен» и ему всё равно, что случится с другими.

Вот что представляет собой популярное понимании эволюции. Мы спародировали её только слегка, и не столь много, как вы ожидали. Первая часть представляет собой сказки для детей о естественном отборе, а вторая будет находится в опасной близости от «неодарвинизма», который на протяжении последних пятидесяти лет считается интеллектуальным преемником «Происхождения видов». Дарвин говорил нам о том, что происходит в процессе эволюции. Нео-дарвинизм говорит нам о том, как это происходит, и его ответом является ДНК.

Нет сомнения, что ДНК имеет большое значение для жизни на Земле. Но практически каждый месяц новые открытия в корне меняют наши представления об эволюции, генетике и разнообразии живых организмов.

Это довольно обширная тема и самое лучшее что мы можем здесь сделать это продемонстрировать вам несколько значительных открытий и объяснить их значимость.

Подобно тому как в физике Ньютона заменили Эйнштейном, в основных догматах биологии произошли значительные изменения, так что сегодня у нас есть совсем другое, более универсальное представление о том, что движет эволюцией. «Популярное» представление об эволюции выглядит примерно вот так: «У меня есть новая мутация. Я стал новым видом животного. Принесёт ли мне это каким-нибудь образом полезно?». Современные биологи точно так не думают.

В нашей популярной истории эволюции есть много ошибочных моментов. Фактически мы намерено сконструировали её таким образом, чтобы каждая деталь была ошибочной. Однако она не слишком отличается от версий, которые можно встретить в научно-популярно литературе и телепередачах. Они предполагают, что живущие на сегодняшний день примитивные живые организмы являются нашими предками, тогда как на самом деле они являются нашими двоюродными братьями. Они предполагают, что мы «произошли» от обезьян, тогда как конечно обезьяноподобный предок человека был тем же самым существом, что и человекообразный предок современной обезьяны. А если серьезно они предполагают, что мутации в генетическом материале, то есть изменения с которыми может работать естественный отбор, точнее из который он может выбирать, отбираются сразу как только они возникают и маркируются как «вредные» (организм погибает, или по крайней мере не доживает до момента полового созревания) или «полезные» (организм даёт жизнь новому поколению).

До начала 1960-ых так полагали многие биологи. В самом деле, в серединне 50-ых два знаменитых биолога Дж. Б. С.Холдейн и сэр Рональд Фишер написали важную статью, в которой выразили точно такую точку зрения. По их мнению, в популяции, состоящей из 1000 организмов, около трети взрослой популяции могут быть «потеряны» из-за генетических отклонений или могут вытеснены организмами представляющих лучшие версии, не приводя к вымиранию популяции. Они подсчитали что только около десяти генов могут иметь разновидности (известные как «аллели»), количество которых бы увеличивалось или уменьшалось в зависимости от размеров популяции. Возможно двадцать генов изменялись бы так же, как если бы они не отличались от обычных аллелей в отношении «приспособленности». Такая модель популяции предполагает, что почти все организмы одного вида должны иметь одинаковую генетическую природу, кроме нескольких носителей полезных аллелей, которые станут победителями, или носителей вредных аллелей, который окажутся за бортом[76]. Эти исключения являются мутациями, которые красиво, но туповато изображаются во многих научно-фантастических фильмах.

Однако в начале 60-ых группа Ричарда Левонтина использовала новый способ исследования генетики живых организмов. Они смотрели на то, сколько версий общих белков они могли найти в крови и экстрактах из других клеток. Если была только одна версия, значит организм получили тот же самый аллель от обоих родителей — по научному это называется «гомозиготный». Если были две версии, значит от своих родителей он получил две разные версии, так что он является «гетерозиготным».

То, что они обнаружили, было совершенно несовместимо с представлениями Фишера и Холдейна.

Они обнаружили что это полностью подтвердилось в тысячах популяций в дикой природе, поскольку в у большинства живых организмов, около десяти процентов генов были гетерозиготными.

Благодаря проекту «геном человека» мы все теперь знаем, что человеческие существа имеют около 34000 генов. Так что каждый отдельный человек имеет 3400 гетерозиготных генов, а не десять как предполагали Холдейн и Фишер.

Кроме того, если взять образцы у множества живых организмов, окажется, что около одной трети всех генов имеют различные аллели. Некоторые из них встречаются довольно редко, но многие из них встречаются в популяции с частотой более чем один процент.

Нет никакого способа согласовать реальную картину генетической структуры популяции с классической точки зрения популяционной генетики. В настоящее время практически весь естественный отбор должен умело разбираться в различных комбинациях древних мутаций. Дело не в том, что когда возникает новая мутация она сразу же становится предметом отбора: вместо этого, эта мутация обычно миллионы лет болтается без дела, пока в конечном итоге не начинает играть роль, которая обратит на себя внимание естественного отбора.

Сейчас уже стало очевидно, что все существующие в настоящий момент породы собак уже были «доступны», том смысле, что все необходимые аллели уже существуют в исходной популяции одомашненных волков.

Для накопления необходимых мутаций только среди современных собак просто не было времени. Дарвин знал о большом количестве загадочных и явных разновидностей среди голубей. Однако его преемники, спеша по горячим следам молекулярных основ жизни забыли о волках и голубях. Они едва не забыли о клетках. ДНК имеет довольно сложную структуру: попытки клеточной биологии понять органум были безнадёжны.

Открытие Левонтина стало важным поворотным моментом в истории нашего понимания эволюции и наследственности. По крайней мере он был столь же радикален как более известная революция в физике, заменившая Ньютона Эйнштейном, что было, пожалуй, большее важным. Мы видим, что в течении последнего года или даже больше происходит ещё более радикальный пересмотр наших представлений о контроле клеточной биологии и проектировании генов. Все догматы о ДНК, транспортном РНК и белках претерпевают проверку в реальных условиях, и внутренние «аудиторы» науки посчитали столь же архаичными как и взгляды Фишера на генетику популяции.

Не только среди обычных продюсеров популярных научных телепередач, но и среди известных авторов научных книг, принято считать что ДНК, «секрет жизни», эволюция и её механизмы являются для нас открытой книгой. В конце пятидесятых, вскоре после открытия структуры ДНК и механизма репликации Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком средства массовой информации и учебники биологии различных уровней начали упоминать ДНК в качестве «Чертежа жизни». В семидесятых годах многие книги, в том числе и «Эгоистичный ген» Ричарда Докинза поддерживали точку зрения о том, что если мы будем знать всё о механизме наследственности, то сможем найти ответы на все важные вопросы медицины и биологии, включая и эволюцию.

Вскоре после применения такого ошибочного предположения в медицине произошла большая трагедия. Все чаще прописывалось и отпускалось без рецепта успокоительное средство талидомид в качестве средства против тошноты и других незначительных неудобств, возникающих на первых неделях беременности.

Лишь спустя какое-то время было обнаружено, что в редких случаях, талидомид может вызвать врождённый дефект под названием фокомелия, при котором руки и ноги развиты только частично и напоминают тюленьи ласты.

Чтобы заметить такую связь потребовалось некоторое время, отчасти потому, что до 1957 года только некоторые врачи общей практики имели опыт работы с фокомелией. Практически только немногие из них видели такой случай вобще, однако после 1957 года, такие случаи стали встречаться два или три раза в год. Второй причиной является то, что было очень трудно связать этот дефект с определённым лекарством: зачастую беременные женщины принимают большое количество пищевых добавок и часто не помнят, что именно они принимали. Тем не менее, к 1961 году медицинские исследования связали увеличение количества случаев фокомелии с приемом талидомида.

Американские врачи могли поздравить себя с тем, что упустили патологию, потому что Фрэнсис Келси, медицинский работник Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США, выразила опасения по поводу первоначального тестирования препарата на животных. Её опасения оказались необоснованными, однако они спасти США от множества проблем. Она заметила, что препарат не был протестирован на животных в период беременности, потому что в те времена такие исследования не проводились. Все знают, что эмбрион имеет свой собственный план развития, не похожий на план его матери. Однако эмбриологи, обучающиеся на кафедре биологии, в отличии от медицинских эмбриологов, знали о работе Сесила Стокарда, Эдварда Конклина и других эмбриологов 20-ых годов. Их исследования показали, что многие обычные химические вещества могут вызвать ужасные дефекты развития. К примеру, литиевые соли легко могут вызвать циклопию — один глаз посередине — у зародышей рыбы. Эти альтернативные пути развития, индуцированные химическими изменениями, многое рассказали нам о биологическом развитии живых организмов и способах его контроля.

Кроме того, мы узнали, что ДНК клеток не определяет чётко развитие организма. Экологическая обстановка может направить развитие в сторону патологических изменений. Кроме того, генетика организмов, и в частности генетика живых организмов в дикой природе, обычно устроена таким образом, что «нормальное» развитие происходит вопреки различным экологическим условиям, и даже вопреки некоторым изменениям в генах. Это так называемое «направленное» развитие имеет большое значение для эволюционного процесса, поскольку всегда присутствуют изменения температуры, дисбаланс химических веществ, атаки со стороны паразитических бактерий и вирусов. Растущий организм должен противостоять этим изменениям. Должны существовать универсальные пути развития для того чтобы независимо от среды обитания рождались «такие же» хорошо приспособленные организмы. Во всяком случае, в разумных пределах.

Для достижения этой цели есть много тактик и стратегий развития. Они варьируются от простых приемов вроде белка HSP90 до очень умных компромиссом млекопитающих.

HSP относятся к «белкам теплового шока». Существует около 30 таких белков и они производятся в большинстве клеток в ответ на внезапные и не очень резкие изменения температуры. Другой ряд белков вырабатывается в ответ на другие изменения. Один из них называется HSP90, потому что он находит в гораздо более длинном списке клеточных белков. HSP90, как и большинство других белков теплового шока является шаперонином. Его задачей является окружать другие белки во время их образования, так что когда образуется длинный ряд аминокислот, он принимает «правильную» форму. Белку HSP90 хорошо удаётся формировать «правильную» форму, даже если в гене ответственном за формирующий белок накопилось много мутаций. В результате организм и вовсе не замечает мутаций — белок «нормален» и организм выглядит и ведёт себя так же как его родители.

Однако, если во время развития происходит тепловой шок или другие чрезвычайные изменения, HSP90 отвлекается от своей задачи шаперонина, и другие менее действенные шаперонины допускают выражения мутационных различий в большей части потомства. Для эволюции это означает сохранение организмов относительно неизменными, до тех пор пока внезапно в одном из поколений, не появляется множество ранее скрытых, но наследуемых вариаций.

В большинстве книг, в которых описывается процесс эволюции, предполагается что каждый раз когда возникает мутация окружающая среда быстро определяет её в качестве хорошей или плохой. Но одна маленькая хитрость в виде белка HSP90, которая присутствует у большинства живых организмов (в том числе и бактерий), делает это утверждение полной ерундой. И с открытием Левонтина о том, что треть генов популяций, живущих в дикой природе, имеют общие вариации и что практически все организмы являются носителями многих из них, становится ясно, что древние мутации постоянно проходят испытания в различных современных комбинациях, тогда как потенциальные эффекты более новых мутаций прикрываются белками, подобными HSP90.

Хитрость, которую используют млекопитающие является более сложной и перспективной. Используя новые и более управляемые стратегии развития, они реорганизовали свои гены и избавились от множества генетических усложнений, которые использовали их земноводные предки. Большинство рыб и лягушек, чьи икринки часто подвергаются большим перепадам температуры в течении всего периода своего развития.

Представьте себе лягушачью икру в замерзающем английском пруду, нагревающемся до 35 °C в течении дня, в то время как происходит её хрупкое ранее развитие. В результате лишь немногим головастикам придётся терпеть такие температурные изменения. Теперь представьте, что немногие из этих головастиков станут взрослыми лягушками.

Большинство химических реакций, включая и многие биохимические происходят с разной скоростью при разной температуре. Лягушка может получится только тогда, если все различные процессы развития эффективно дополняют друг друга, а временные сроки имеют решающее значение. Так как же происходит развития лягушки, если условия окружающей среды изменяются настолько быстро?

Ответом является то, что геном лягушки «содержит» множество различных планов действий для множества различных условий окружающей среды. И множество различный версий каждого фермента и других белков, которые требуются для развития лягушки. Все они помещаются внутри яйцеклетки, пока она находится в яичнике самки. Существует по меньшей мере десять версий каждого из их, с учётом различной температуры (быстрые ферменты для низких температур, медленные ферменты для высоких температур, чтобы компенсировать продолжительность развития)[77], и все их группы отмечены «ярлычками», чтобы зародыш мог выбрать, какие из них использовать при соответствующей температуре. Животные, чье развитие амортизировано таким способом, используют множество генетических программ для создания планов со множеством переменных в дополнении к изменениям температуры.

Млекопитающие ловко избежали всей этой возни за счёт системы терморегуляции — «теплокровности».

Значение, конечно же, имеет не столько температура крови, а сама система поддержания постоянной температуры тела. Прекрасно управляемый орган под названием матка оберегает зародышей от множества разнообразных переменных начиная от хищников и заканчивая ядами. И конечно, использование такой стратегии «обходится» куда меньшими затратами в программировании ДНК.

Эта хитрость, которую развили млекопитающие, несёт в себе важный посыл. Задаться вопросом о том, сколько информации передаётся из поколения в поколение через ДНК-чертежи (как обычно поступают авторы учебников и описаний сложных исследований), значит упустить главное. Вопрос о том, каким образом используются гены и белки, является куда более важным и интересным, чем вопрос о том сколько генов и белков находится в отдельном организме. ДНК двоякодышащих рыб, саламандр и даже некоторые амёб в пятьдесят раз длиннее, чем ДНК млекопитающих. Что можно сказать о сложности этих существ по сравнению с нами?

Совсем ничего.

Хитрости вроде белка HSP90 и стратегии теплокровности и развития зародыша внутри матери означают, что сравнение количества «информации» В ДНК не имеют отношения к делу. Важно то, что именно содержится в ДНК, а не насколько оно длинно. А значение так же сильно зависит от контекста, как и от содержимого: мы не можете поддерживать постоянную температуру матки, если ваш контекст (то есть сама мать) этого не предусматривает.

Упрощенное представление о мутациях в сочетании с новомодными толкованиями функций ДНК с точки зрения теории информации часто соседствует с невежеством биологии в других областях. Одним из примеров является радиационная биология и обычная экология с точки зрения «консервативных активистов». Некоторые из таких добровольцев находили пятиногих лягушек и других «монстров» недалеко от Чернобыля, спустя многие годы после аварии, когда уровень радиации продолжал оставаться заметно высоким. Они утверждали, что эти монстры были мутантами, возникшими в результате воздействия радиации. Однако другие рабочие находили столько же предполагаемых монстров и с наветренной стороны реактора.

Оказалось, что объяснение этого феномена не имело ничего общего с лягушками-мутантами. Сказалось отсутствие обычных для них хищников, таких как ястребов и змей, которых распугали большое количество людей вокруг. Среди головастиков Rana palustris из Чернобыля было выявлено не больше таких патологий, чем из других образцов лягушечьей икры из водоёмов, не подвергшихся воздействию радиации, в том случае если выживал довольно большой процент выводка. Как привило, для британской лягушки бывает довольно трудно достичь десяти процентов нормальных взрослых особей, даже жизнеспособных в лабораторных условиях, хотя и них не бывает дополнительных конечностей, как иногда случается среди болотных лягушек. Обычно бывает, что за всю свою жизнь самка лягушки откладывает около 10 000 икринок, из которых в среднем выживут только две тщательно отобранные и поэтому «нормальные» особи. Однако защитники природы редко задумываются о такой репродуктивной арифметике и всех этих смертях.

Вот ещё один пример относительно талидомида, найденный в литературных источниках, который демонстрирует каким образом разговоры о ламаркизме и «мутациях» теряют нить повествования.

Некоторые пострадавшие от талидомида дети во время беременности, заключали браки между собой, и у некоторых из таких пар родились дети с фокомелией. С точки зрения популярного взгляда на ДНК, можно сделать вывод о том, что ДНК первого поколения может быть изменён, поскольку оказало такой же эффект на последующее поколение. В самом деле, на первый взгляд этот эффект выглядит как настоящий ламаркизм: наследования приобретённых признаков. Действительно, классическая демонстрация такой наследственности столь же убедительна, как если бы у всех терьеров с купированных хвостом рождались короткохвостые щенки. Тем не менее, этот случай не пытались объяснить «очевидным объяснением», как в примере с экологами и лягушками-мутантами.

Хотя очень заманчиво сделать такой вывод, если вы имеете такое представление о наследственности, когда один ген отличает за один признак, так что если вы обладаете таким признаком, значит у вас есть соответствующий ген и наоборот. Данные эпидемиологических исследований показывают, что на протяжении нескольких лет до 1960 года и после, около 4 миллионов женщин принимали талидомид во время беременности. Из них пострадало около 15 000 -18 000 зародышей, 12 000 родились с различными дефектами и около 8 000 дожили до возраста в один год. То есть в случаях неблагоприятных воздействий нормальный путь развития был выбран в 1 случае из 500. Доля детей, родившихся без каких-либо отклонений была гораздо выше. И этот факт изменяет наше представление о вероятных причинах того, почему у родителей пострадавших от фокомелии, родились дети с фокомелией.

Конрад Уаддингтон продемонстрировал феномен под названием «генетическая ассимеляция». Он начал исследовать генетически разнообразную популяцию плодовых мушек, что при тёплой погоде, из одной из 15 000 личинок появится мушка без поперечный вены в крыле. Эти «безпоперечновенные» мушки были очень редкими мутантами, которые иногда возникают в дикой природе, подобно тому как рождались дети с фокомелией до изобретения талидомида. Скрещивая между собой мушек, которые отвечали на воздействие среды, Уоддингтон вывел мух с меньшим порогом реакции. Спустя несколько десятков поколений он вывел мушек, которые производили потомство без поперечной вены даже без нагревания личиной. Это похоже на принципы наследования Ламарка, однако это не так. Это генетическая ассимиляция. Эксперимент состоял в отборе мушек, которые не имели поперечной вены при всё более низких и низких температурных условиях. В конечном итоге, он вывел мушек, которые рождались без поперечных вен даже при «нормальной» температуре.

Кроме того, генетическая ассимиляция представляет собой куда лучшее объяснение для детей с фокомелией, от здоровых родителей, чьи матери принимали талидомид, чем ламаркианство. Мы выберем из 4-ех миллионов те зародыши, которые будут реагировать фокомелией на приём талидомида. И не удивительно, что если они создают пары, порог чувствительности их детей в талидомиду очень низок — фактически ниже ноля. Они склонны рождать детей с фокомелией даже без приема талидомида, так же как плодовые мушки Уоддингтона рождаются без поперечной вены и при нормальной температуре.

Один из моментов, который действительно беспокоил Дарвина, это существование ос-наездников — факт который повлиял на нашу историю о Плоском Мире, но до сих пор не прокомментированный с научной точки зрения. Осы-наездники откладывают свои яйца в личинки других насекомых, так что личинка осы-наездника впоследствии съедает своего «хозяина». Дарвин понимал, как такое может происходить с точки зрения эволюционных процессов, но по его мнению это было довольно аморально. Он понимал, что у ос в принципе отсутствует понятие морали, так что считал это недостатком со стороны создателя осы. Если Бог задумал каждый вид для определённой цели (как всегда полагало большинство людей), тогда Бог намерено создал ос-наездников для того чтобы они ели других насекомых, так же задуманных Богом, по-видимому, для того чтобы их съели.

Дарвин был очарован этими осами с тех пор как впервые столкнулся с ними в заливе Ботафого, в Бразилии. В конце концов он убедился (в отличии от своих последователей), что Бог счёл необходимым существования и эволюцию ос-наездником на пути к развитию человека. На это намекает цитата в конце 10-ой главы. Такое объяснение вместе с теистическими толкованиями впали в немилость среди биологов. Осы-паразиты существуют потому что есть на ком паразитировать — почему нет? На самом деле осы-наездники играют важную роль в контроле над популяциями некоторых насекомых: практически одна треть всех популяций насекомых, удостоенных от человека звания «вредителей» контролируется именно таким образом. Может быть они были созданы, чтобы помогать людям. Во всяком случае, осам, которые так озадачили Дарвина, ещё есть о чём нам рассказать и последнее связанное с ними открытие обещает опровергнуть важных убеждений.

Точнее говоря, это открытие связано не сколько с самими осами, а скорее с некоторыми вирусами, которые поражают… или находятся с ними в симбиозе. Они называются поли-ДНК-вирусами.

Когда самка осы откладывает свои яйца в ничего не подозревающую личинку вроде гусеницы, она так же вводит изрядную дозу различных вирусов, среди которых присутствует и поли-ДНК-вирус. Гусеница получает себе не только паразитов, но и инфекцию. Гены вируса производят белки, которые вступают в борьбу с собственной иммунной системой гусеницы, прекращая её реакцию на паразита и его отвержение. Таким образом личинка осы постепенно съедает всю гусеницу и в своё время превращается во взрослую осу.

Теперь понятно, что каждая уважающая себя оса-наездник должна иметь собственный набор поли-ДНК-вирусов. Откуда же он берётся? Из гусеницы, которую она съедает. И превращается (как и её мать) не в отдельный инфицированный организм, а тем что называется провирусом: последовательность ДНК, которая была встроена в собственный геном осы.

Многие геномы (даже большинство, если не все их них) таким способом могут включать в себя различные части вирусов. Так же поступает и геном человека. Передача ДНК посредством вирусов кажется является важной особенностью эволюции.

В 2004 группа учёных во главе с Эриком Эспагне исследовала последовательность ДНК поли-ДНК-вирусов и обнаружили нечто совершенно отличное от того, что можно было ожидать. Геномы типичных вирусов значительно отличатся от геномов организмов-«эукариотов» (организмов, чьи клетки имеют ядро), которыми являются большинство многоклеточных организмов и многие одноклеточные, но не бактерии.

Последовательность ДНК большинства эукариотов состоит из «экзонов» — коротких последовательностей, которые сообща кодируют белки — разделённых короткими последовательностями под названием интроны, которые пропускаются, когда код превращается в соответствующий белок. Гены вирусов относительно просты и обычно не содержат интронов. Они состоят из связанных последовательностей колов, которые определяют белки. А данный геном поли-ДНК-вируса в самом деле содержал достаточное количество интронов. Это геном имеет сложную структуру и больше похож на геном эукариота, чем на геном вируса.

Авторы сделали вывод о том, что поли-ДНК-вирусы «являются биологическим оружием осы против своих жертв». Так что они больше похожи на вражеский геном, чем на простой вирус.

Многочисленные примеры, как старые так и новые, опровергают каждый аспект популярной взгляда на ДНК и процесс эволюции. В конце мы решили привести один особо важный и обнаруженный совсем недавно пример, значимость которого для биологического сообщества становится совершенно очевидной. Возможно это самое сильное потрясение, которое могла испытать клеточная биология с момента открытия ДНК и самой важной догмы: ДНК определяет информационное-РНК, которое в свою очередь определяет белки. Открытие не было сделано через большую и широко разрекламированную исследовательскую программу вроде проекта «геном человека». Его сделал некто, кого очень интересовало то, почему его петунии бывают полосатыми. Когда весь мир пытается расшифровать Геном Человека, не так-то легко получить грант на исследование полосатых петуний. Но то, что открыли петунии для медицины оказалось куда более важным чем весь проект «геном человека».

Поскольку белки являются основой структуры всех живых существ, и поскольку ферменты контролируют процесс жизни, очевидно что жизнь контролирует ДНК, и мы можем расшифровать ДНК-код всех жизненно важных функций. Мы можем определить функцию каждого белка, поэтому можем предположить, что ДНК, в котором содержится код для этого белка в конечном счёте отвечает за соответствующую функцию. Одна из ранних книг Ричарда Докинза укрепила идею одного гена, одного белка и одной функции (хотя он осторожно предупреждал своих читателей, что не хотел оставлять именно такого впечатления) и это вдохновило прессу на такие преувеличения как называть геном человека «книгой жизни». И картина представленная в «эгоистичном гене» сделала абсолютно вероятным то, что огромные участки генома существовали только по эгоистичным причинам, то есть были никак не связаны с интересами организма.

Биологи в основном заняты в биотехнологической промышленности, которая обслуживает сельское хозяйство, фармакологию, медицину и даже некоторые инженерные проекты (мы имеем в виду не «генную инженерию», а всего лишь производство улучшенных моторных масел), и все они разделяют центральную догму, несколько незначительных изменений и исключений. Все они прекрасно осведомлены о том, что практически большая часть генома человека это «мусор», который не кодирует никакие белки. И хотя некоторые из них могут иметь важное значение для процессов развития или контроля некоторых «настоящих» генов, особо волноваться о них не нужно.

Правда, довольно большая часть ненужного ДНК легко транскрибируется в РНК, но это всего лишь короткие отрезки, которые находятся в жидкостях клетки, и которых не нужно принимать в расчёт, если вы занимаетесь важными делами по созданию белков с настоящими генами. Напомним, что последовательность ДНК настоящих генов состоит из мозаики экзонов, которые кодируют белки, разделённых другими последовательностями под названием интроны. Интроны должны быть вырезаны из РНК-копий чтобы получить «подлинную» последовательность, кодирующую белок, называемую информационную-РНК, которая проходит в рибосомы подобно магнитной ленте в магнитофон. Информационое-ДНК определяют какие именно белки будут созданы и на их концах есть последовательности, которые определяют будет ли создано множество копий этого белка или только пара молекул.

Никто не беспокоился об этих вырезанных интронах, лишь кусочки РНК бесцельно бродят в пределах клетки пока их не разрушать ферменты. Теперь же наоборот. В своей статье в октябрьском номере за 2004 год Джон Маттик сообщает, что «главный принцип совершенно не подходит для описания молекулярной биологии эукариотов.» Белки играют роль в экспрессии генов эукариотов, но скрытая, параллельная система регулирования состоит из РНК, которая непосредственно воздействует на ДНК. РНК и белки снова в деле. Такая скрытая сигнальная система РНК возможно позволила человеку достигнуть структурной сложности за границами одноклеточного мира.

Это объяснили петунии. В 1990 году Ричард Иоргенсен и его коллеги пытались вывести новые виды петуний с более яркой и интересной окраской. Очевидным является подход спроектировать в геноме петунии несколько дополнительных копий гена, который кодирует выработку пигменты. Чем больше ферментов, тем больше пигмента, верно?

Не верно.

Меньше ферментов?

Не совсем так. Там, где раньше был равномерно окрашенный лепесток, появились полоски. На некоторых участках пигмент вырабатывался, а на некоторых — нет. Этот эффект был настолько удивительным, что ботаники хотели узнать точно, почему так происходит. И то что они обнаружили называется «РНК-интерференцией». Определённые последовательности РНК могут выключать ген и не производить белок. Это случается и со многими другими организмами. Фактически, это широко распространённое явление. А это свидетельствует о чём-то крайне важном.

Большим вопросом, который возникал много раз и столько же раз игнорировался, является вопрос о том, что если интроны (которые занимают одну двадцатого обычного генома) не имеют никаких биологических функций, тогда для чего они? Их легко опустить как останки смутного эволюционного прошлого, уже не нужных, но до сих пор присутствующих, поскольку естественный отбор как правило не избавляется от того, что безвредно. Тем не менее, мы всё ещё можем предположить, что у интронов есть какие-либо полезные функции, которые мы ещё не смогли выяснить. И начинает казаться, что так оно и есть.

Для начала, интроны не такие уж и древние. Сейчас кажется, что они были включены в геном человека относительно недавно. Возможно они связаны с подвижными генетическими элементами известными как интроны группы II, которые являются паразитической формой ДНК, которая может заражать геном хозяина, а потом удалиться, когда ДНК выражается как РНК. Более того, они могут играть роль «сигналов» при регуляции генетических процессов. Интрон может быть относительно коротким по сравнению с длинной последовательностью кодирующей белок, которая получается если опустить интроны. Однако короткий сигнал имеет свои преимущества и может сделать довольно много. В сущности, интроны могут представлять собой генетические «смс-ки» в мобильном телефоне жизни. Короткие, дешёвые и очень эффективные.

«Код» на основе РНК, параллельных двойной спирали ДНК, может очень непосредственно влиять на активность клетки. Последовательность РНК может действовать как очень специфический, четко определённый сигнал, направляющий молекулы РНК к их цели в РНК или ДНК.

Доказательства существования такой сигнальной системы являются разумными, но не бесспорными. Если такая система существует, очевидно у неё есть потенциал для решения многих биологических загадок. И большой загадкой генома человека является то, что его 34 000 генам удаётся закодировать свыше 100 000 белков. Понятно, что принцип «один ген — один белок» здесь не работает. Скрытая сигнальная система РНК может позволить одному гену кодировать несколько белков, в зависимости от прилагаемого определения сигнала РНК. Другой загадкой является сложность эукариот, особенно во время Кембрийского взрыва 525 миллионов лет назад, когда диапазон наземных строений тела внезапно дисквалифицировался до неузнаваемости, возможно даже больше чем сейчас. Возможно гипотетическая сигнальная система РНК начала развиваться как раз в это время. Широко известно, что геном человека и шимпанзе поразительно похож (хотя уровень схожести в похоже не составляет 98-ми процентов, как сообщалось несколько лет назад). Если наши РНК-сигналы значительно различаются это будет ещё один способ объяснить почему люди не так уж сильно напоминают обезьян.

Во всяком случае, очень похоже на то, что весь этот «мусор» в вашем ДНК, вовсе не является мусором. Напротив, это может быть важной часть того, что делает вас человеком.

Этот опыт снова возвращает нас к этим деловым партнёрам ос-наездников, симбиотическим поли-ДНК-вирусам, скрытых внутри собственного ДНК ос. Если это и есть сообщение об эволюции человека, то оно очень странное.

Расшифровка генома человека возможно была представлена в качестве на проблему многих человеческих болезней, однако она является хорошим научным основанием. Деятельность исследователей показала, что осы являются не единственными живыми организмами, которые имеют в своём геноме части ДНК вирусов. Фактически их имеют многие животные, включая и человека. Геном человека содержит целый геном вируса и ещё один под названием ERV-3 (эндогенный ретро-вирус). Это может показаться эволюционной причудой, но часть «генетического мусора» на самом деле является мусором… Однако, в действительности, если бы не он, никого из нас бы здесь не было. Он играет ключевую роль в предотвращении отторжения зародыша матерью. Иммунная система матери «должна» признать ткани развивающегося ребёнка как «чужеродные» и предпринять действия по избавлению от них. Под «должна» мы имеем ввиду то, что обычно делает иммунная система по отношению к инородным тканям.

По-видимому, белок ERV-3 близко напоминает другой под названием p15E, который является частью широкомасштабной защитной системы, которую используют вирусы, для того чтобы их не убивал организм хозяина. Белок p15E предотвращает реакцию лимфоцитов (ключевой тип клеток иммунной системы) на антигены — молекулы, которые проявляют чужеродную природу вируса. На определённом этапе эволюции млекопитающих, эта защитная системы была позаимствована у вирусов и начала использоваться для предотвращения реакции плаценты матери на чужеродную природу отца зародыша. Возможно исходя из принципа что нет разницы в том чтобы быть повешенным за овцу или только за ягнёнка, геном человека не остановился на достигнутом и украл целого борова[78] — полный геном ретро-вируса.

Однако, когда эволюция осуществила свою кражу, она не свалила всю не разобранную добычу в последовательность ДНК человека. Она добавила пару интронов, таким образом разделив ERV-3 на несколько отдельных частей. Последовательность полная, но не соединённая. И это не так важно: ферменты могут легко вырезать интроны, когда этот участок ДНК будет превращаться в белок. Однако никому не известно, почему эти интроны находятся здесь. Они могли оказаться случайными помехами. Или если следовать идее ДНК-интерференции они могут оказаться чем-то важным. Эти интроны могут быть важной частью генетической регуляторной системы, «текстовыми сообщениями», которые позволяют плаценте использовать ERV-3 для создания соответствующего вируса с возможностью его контроля.

В любом случае, каково бы ни было предназначение интронов, теплокровность не единственный трюк, который удалось найти и использовать млекопитающим.

Им так же удалось осуществить кражу в особо крупных размеров в виде целого генома вируса, чтобы предотвратить отторжение зародыша со стороны иммунной системы матери, только потому что он «пахнет» отцом. Мы так же усвоили ещё один урок о том, что ДНК не эгоистична. В геноме человека присутствует ERV-3, но не в качестве простого мусора, который копируется вместе со всем и потому может быть без особого ущерба удалён. Он там, потому что в самом прямом смысле, люди не смогли бы выжить и размножаться без него.