Эволюция всего

Ридли Мэтт

Митохондрии по-прежнему сохранили несколько своих генов, но совсем немного (13 в клетках человека). Упрощение их генома было вызвано жизненной необходимостью. Это позволило вырабатывать гораздо больше дополнительной энергии для нужд «нашего» генома, и именно это позволяет нам иметь сложные клетки, сложные ткани и сложные тела. В результате у нас, эукариотов, в десятки тысяч раз больше энергии в расчете на один ген, чем у бактерий, и наши гены отличаются гораздо более высокой продуктивностью. Поэтому у нас гораздо более крупные клетки и более сложные внутриклеточные структуры. Мы преодолели предел размера бактериальных клеток, упаковав множество митохондриальных мембран и упростив геном, необходимый для поддержания функции этих мембран.

Странным образом, этот процесс имеет аналогию в промышленной революции/эволюции. В аграрных сообществах семья выращивала ровно столько еды, столько нужно было, чтобы прокормиться, но никаких излишков не оставалось. Так что лишь немногие люди могли иметь дворцы, бархатные

куртки, богатые доспехи или что-то еще, для изготовления чего требовалась дополнительная энергия. Приручение крупного рогатого скота и лошадей, а также использование силы ветра или воды позволило получать несколько больше энергии, но не слишком много. Применение древесины в этом смысле не приносило пользы – дерево давало тепло, но не помогало совершать работу. Поэтому общество владело лишь ограниченным капиталом. С началом промышленной революции люди получили практически неисчерпаемый источник энергии в виде угля. Угольные шахты, в отличие от крестьянских хозяйств, производили намного больше энергии, чем потребляли. И чем больше было угля, тем эффективнее велась работа. С появлением первых паровых двигателей был разрушен барьер между теплом и работой, так что энергия угля могла усиливать работу человека. Как при эволюции эукариот внезапно увеличилось количество клеточной энергии в расчете на каждый ген, так в ходе промышленной революции внезапно выросло количество энергии, приходящейся на каждого рабочего. И с помощью этой дополнительной энергии, как утверждает экономист в области энергетики Джон Констебл, люди стали строить дома, машины, компьютеры и различные приспособления – появился капитал, обогащающий нашу жизнь. Избыток энергии абсолютно необходим для жизни современного общества, это признак благосостояния. Американец потребляет примерно в десять раз больше энергии, чем нигериец, то есть он в десять раз богаче. Как писал Уильям Стенли Джевонс [16] , «с углем почти все просто и возможно, без него мы возвращаемся к тяжелому труду и бедности прежних времен». Как эволюция производства энергии эукариотами, так и эволюция производства энергии в ходе индустриализации были явлениями незапланированными.

16

Уильям Стенли Джевонс (1835–1882) – английский экономист, философ и логик. Прим. пер.

Однако я отвлекся. Вернемся к геному. Геном – цифровая компьютерная программа невероятной сложности. Малейшая ошибка может изменить характер или степень экспрессии 20 тыс. генов (у человека) или повлиять на взаимодействие сотен тысяч контрольных последовательностей, включающих и выключающих различные гены, и в результате привести к ужасным деформациям или вызвать болезнь. Но у большинства из нас эта компьютерная программа непостижимым образом работает практически без сбоев на протяжении 70 или 80 лет.

Только представьте себе, какие события ежесекундно происходят в нашем организме. Наше тело состоит примерно из 10 трлн клеток (не считая бактерий, составляющих значительную часть человеческого тела). В любой момент времени все эти клетки транскрибируют тысячи генов. В этом процессе задействованы сотни белков, взаимодействующих специфическим образом и катализирующих десятки химических реакций для каждого из миллиона оснований ДНК. На основании каждого транскрипта синтезируется молекула белка, состоящая из сотен или тысяч аминокислот. Происходит это на рибосомах – молекулярных машинах, состоящих из десятка движущихся частей и способных катализировать множество химических реакций. Далее белки распределяются по клеткам и за их пределами, чтобы ускорять реакции, переносить другие молекулы, передавать сигналы и осуществлять структурную функцию. Миллионы триллионов этих невероятно сложных событий ежесекундно происходят в нашем теле, поддерживая в нем жизнь, и лишь совсем немногие из них – неправильно. Это можно сравнить с мировой экономикой в миниатюре, только данный механизм гораздо сложнее.

Трудно избавиться от мысли, что компьютер может выполнять подобную программу только при помощи программиста. На начальных этапах реализации проекта по секвенированию генома человека генетики говорили о так называемых мастер-генах, отдающих команды подчиненным генам. Но никаких таких особых генов не существует, не говоря уже о разумном программисте. Вся эта система не только складывалась постепенно в ходе эволюции, но и действует по демократическому принципу. Каждый ген играет свою небольшую роль, и нет таких генов, которые «понимали» бы общий план действий. И все же в результате этого множества точных взаимодействий складывается невероятно сложная и упорядоченная картина. Трудно найти другую столь же яркую иллюстрацию справедливости идеи Просвещения: порядок может возникать самопроизвольно, без внешней помощи. Геном, теперь уже прочитанный, является выразительным доказательством того, что порядок и сложность могут существовать без внешнего руководства.

Кто главный?

Допустим, я убедил вас в том, что эволюция не направляется свыше, а является самоорганизующимся и не имеющим цели процессом.

Можно сказать, например, что кукушонок выталкивает из гнезда яйцо своих приемных родителей, чтобы монополизировать их внимание, но данная идея никогда не существовала в голове кукушонка или в голове его создателя. Она существует в голове у нас с вами, но только постфактум. Тело и его поведение имеют множество, казалось бы, бесполезных функций, которые не были запланированы заранее. Думаю, вы согласитесь, что такая модель применима и к человеческому геному. Гены, отвечающие за свертывание крови, нужны для синтеза белков системы свертывания крови, необходимой для заживления ран, но наличие данной функции не подразумевает наличия разумного создателя, предвидевшего необходимость свертывания крови.

Но я вынужден вам сообщить, что мы продвинулись недостаточно далеко. Бог – не единственный «небесный крюк». Даже атеистически настроенный ученый, анализируя детали устройства генома, начинает склоняться к мысли о контроле и регуляции. Вот пример такого размышления: гены – это рецепты, которые спокойно ожидают использования поваром, то есть телом. Гены должны служить общим нуждам всего организма в целом, и они покорно исполняют эту функцию. Данное допущение вы найдете в любом описании генетических процессов, включая те, что сделаны мной самим, однако такое утверждение ошибочно. Точнее говоря, оно перевернуто с ног на голову. Тело является игрушкой генов, их полем битвы не в меньшей степени, чем предметом их заботы. Когда кто-то спрашивает, для чего нужен тот или иной ген, он автоматически подразумевает, что вопрос касается нужд организма в целом: какова функция гена в реализации функции организма в целом? Но во множестве случаев ответ таков: для самого гена.

Первым на это обратил внимание Ричард Докинз. Задолго до того, как все узнали о его атеистических взглядах, Докинз уже прославился благодаря идеям, изложенным в книге «Эгоистичный ген». «Мы всего лишь машины для выживания, самоходные транспортные средства, слепо запрограммированные на сохранение эгоистичных молекул, известных под названием генов. Эта истина все еще продолжает меня изумлять» [17] . Докинз заявил, что единственный способ понять функционирование организма заключается в том, чтобы рассматривать его в качестве смертного и временного носителя, необходимого для эффективного сохранения бессмертной цифровой информации, записанной в ДНК. Молодой олень рискует жизнью в схватке с другим самцом, олениха расходует запасы кальция на производство молока для детеныша – все это не для того, чтобы сохранить собственное тело, но чтобы передать гены следующему поколению. Таким образом, эта теория вовсе не проповедует эгоизм, а объясняет наш альтруизм: эгоизм генов позволяет живым существам быть бескорыстными. Пчела жалит животное, угрожающее улью, и погибает за родину (за улей), а гены продолжают жить – в данном случае они передаются не напрямую, а через королеву пчел. Гораздо логичнее рассматривать тело как устройство, обеспечивающее функцию генов, а не наоборот. Снизу вверх.

17

Здесь и далее цит. по: Р. Докинз. Эгоистичный ген. М.: Мир, 1993. Прим. пер.

Один абзац из книги Докинза, на который сначала не обратили особого внимания, кажется мне весьма важным. Докинз пишет следующее:

«Половое размножение – не единственный кажущийся парадокс, который становится менее запутанным, как только мы подходим к нему с позиций эгоистичного гена. Кажется, например, что организмы содержат в себе гораздо больше ДНК, чем это им необходимо: значительная часть ДНК никогда не транслируется в белок. С точки зрения индивидуального организма это представляется парадоксальным. Если “предназначение” ДНК состоит в том, чтобы надзирать за построением организма, то очень странно, что значительная ее часть не принимает в этом участия. Биологи ломают себе голову, пытаясь понять, какую полезную функцию несет эта, казалось бы, избыточная ДНК. Однако с точки зрения самих эгоистичных генов в этом нет никакого парадокса. Истинное “предназначение” ДНК состоит в том, чтобы выжить – не больше и не меньше. Проще всего объяснить наличие избыточной ДНК, предположив, что это некий паразит или в лучшем случае неопасный, но бесполезный пассажир, попросивший подвезти его в машине выживания, созданной остальной ДНК».

Одним из тех, кто обратил внимание на это высказывание и начал его обдумывать, был химик из Института Солка в Калифорнии Лесли Оргел. Он сообщил об этом Фрэнсису Крику, а тот, в свою очередь, отразил эту информацию в статье об удивительном открытии «расщепленных генов»: большинство генов растений и животных содержат длинные последовательности ДНК (интроны), которые вырезаются после транскрипции. Затем Крик и Оргел написали статью, в которой объясняли роль избыточной ДНК в рамках теории эгоистичного гена. К аналогичному выводу в это же время пришли молекулярные биологи из Канады Форд Дулиттл и Кармен Сапиенца. Сапиенца, в частности, писала: «Последовательности, единственной “функцией” которых является самосохранение, неизбежно возникают и сохраняются [в геноме]». Эти две статьи были опубликованы одновременно в 1980 г.