Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Признаюсь: я поклонник Моно и высоко ценю его вклад в биологию. Но эволюционные его взгляды были строго редукционистскими и селекционерскими. Как большинство его современников, он полагал: эволюция происходит посредством естественного отбора результатов единственного источника генетических изменений — мутации. Поскольку мутация дает, в сущности, случайный результат, Моно даже употреблял для описания ее роли термин «неинформативность». В приведенной выше цитате под «шумом» понимались именно такие случайные генетические изменения, сравнимые со случайным шумом радио. И лишь когда бессмысленные статические помехи — случайные мутации — попадают в жернова естественного отбора — возникает «музыка». Очень сомневаюсь, что кому-либо удалось лучше передать дух тогдашнего (да и нынешнего) дарвинизма.
Схема «случайные мутации — отбор» кажется весьма привлекательной. Более того, она легко укладывается в математическое модели, позволяя с прекрасной точностью описывать вероятность выживания и динамику популяции. Разве такая модель может оказаться неверной?
В общем-то, она и не оказалась неверной — но она всего лишь часть большого и весьма нетривиального целого. В этой книге я обрисую картину эволюции, весьма отличающуюся от простой схемы «неинформативный шум — отбор». Центральное утверждение этой книги следующее: случайные мутации — столь блестяще концептуализированные великим Моно — далеко не единственный источник генной и даже геномной изменчивости. В этой книге я намерен продемонстрировать и доказать со строго научной точки зрения, что один-естественный отбор не мог дать начало жизни и породить ее существующее разнообразие. Наряду с ним действовал ряд факторов, каждый из которых — важный источник наследуемых генетических изменений. Без этих факторов естественный отбор не привел бы к положительному результату. Великие эволюционные силы, такие, как симбиоз и гибридизация, принципиально важны для возникновения видового разнообразия. Именно знания о них так отчаянно не хватало Дарвину. Эти силы весьма отличаются от «случайного шума» и куда плодотворнее его. Они приносят в объединенный геном новые комбинации работающих, функциональных генов, они создают новые геномы с лучшим потенциалом выживания. Наше понимание этих сил эволюции сильно продвинулось за последнюю пару десятилетий, и теперь мы видим: они играли и играют не менее важную роль в эволюции, чем естественный отбор, необходимым образом его дополняя. Но исследования по симбиозу и гибридизации никогда ранее не выставлялись на широкую публику, не приобрели известности. В этой книге я продемонстрирую: эти силы — не просто теория, но научно подтвержденный факт. Роль их может быть воспроизводимо доказана с куда большей определенностью, чем криминалист может заключить о принадлежности ДНК по найденному биоматериалу.
Наиболее удивительным в области эволюционных исследований является новый взгляд на человеческую эволюцию, оказавшуюся тайной куда загадочнее и страннее, чем кто-либо мог предположить еще десятилетие назад. Более того, новый взгляд на эволюцию имеет большое практическое значение — не только из-за возможности понять глубже и полнее наше происхождение, но и из-за того, что он может предоставить более глубокое понимание эмбрионального развития человека, его физиологии, генетики и химии метаболизма. Для меня как физиолога и эволюционного биолога этот новый взгляд представляет огромный интерес, сводя в единое целое многие направления исследований, занимавших меня долгие годы. Современная медицина все более нуждается в понимании процессов, происходящих на молекулярном уровне, — ведь это необходимо для полноценного развития и применения генной терапии. Медикам нужно знать, как работают наши гены, как процессы происходят в клеточном ядре, как ведут себя хромосомы в отдельности и та совокупная цельность, какую мы зовем «человеческим геномом». А чтобы это знать, надо разобраться в процессах, приведших к появлению клетки и генома. Постичь это мы сможем, лишь разгадав от и до великую тайну человеческой эволюции.
Представляя книгу «Виролюция», я приглашаю вас, читатель, отправиться со мною в необычное путешествие. Я приглашаю вас заглянуть в самую суть генетических и геномных процессов, приведших к появлению человеческого генома. Для меня, врача и биолога-эволюциониста, было большой радостью открыть в этом путешествии много важного для медицины, найти новые идеи о том, как именно гены обуславливают возникновение многих распространенных и нелегких заболеваний: рака, множественного склероза, аутоиммунных заболеваний и даже душевных расстройств, таких, как шизофрения. Для меня тут есть и еще кое-что: поначалу я как врач заинтересовался — причем довольно-таки въедливо — природой заразных болезней. Благодаря помощи знающих и опытных коллег этот интерес из любительского перерос в научный, дал начало новым исследованиям — и появлению у меня новых важных идей. Надеюсь, вам понравится история о том, как же именно это произошло, и новые идеи покажутся вам столь же вдохновляющими и расширяющими кругозор и понимание, как и мне.
Добро пожаловать в путешествие! Возможно, местами оно покажется вам странноватым, а иногда и попросту пугающим, но уверяю вас: в конце концов вы будете впечатлены и захвачены удивительной картиной могучих сил, сотворивших нас и по сей день активно работающих в нас, продолжая эволюцию человечества как биологического вида.
1. Загадка из мира заразных болезней
Можно научиться хорошему и у врага.
АристофанElysia chlorotica — очень красивый листовидный морской слизень, обитающий в соленых болотах восточного побережья Соединенных Штатов от Новой Шотландии на далеком севере до теплой Флориды на юге. Как и гласит латинское название, слизень этот полупрозрачен, чудесного изумрудно-зеленого цвета, а плавает он, элегантно взмахивая отороченными золотом юбками — разросшимися ажурными краями ноги. Цвет его — знак глубокой тайны, ибо слизень Elysia — существо удивительное, одно из «животных-растений», как их удачно назвал английский ботаник Фредерик Кибл в конце девятнадцатого столетия[1]. Эти создания соединяют в себе черты растений и животных. Но таинственность Elysia этим далеко не исчерпывается, ибо его существование кроет в себе загадку очень непростую, и ответ на нее, хотя и чрезвычайно познавательный, — ужасающ. Чтобы понять, в чем дело, рассмотрим сперва чрезвычайно любопытный жизненный цикл Elysia в прибрежных болотах.
Жизнь червя-гермафродита начинается, когда первое тепло весны пробуждает его от зимней спячки. Тогда слизень откладывает яйца в стоячую воду, и через неделю или около того из яиц выходят личинки. Следующие несколько недель личинки проводят, плавая туда и сюда в слоях планктона в поисках зеленых отростков единственного вида водорослей — Vaucheria litorea. Найдя, накрепко к нему прицепляются и завершают метаморфоз, превращаясь в крохотных слизней. Едва родившись, те начинают питаться, проедают оболочку водоросли и высасывают содержимое ее клеток. Vaucheria litorea — зеленая водоросль, полная — как, например, листья деревьев — крохотных округлых органелл, известных как «хлоропласты». Они поглощают солнечную энергию и в процессе фотосинтеза, фундаментально важном для земной жизни, превращают ее в энергию химическую. Ее же можно запасать впрок — и ею же, запасенной, питаются растительноядные животные. В сущности, все живое, окружающее нас, зависит от фотосинтеза и неразрывно с ним связано. Без фотосинтеза наш мир выглядел бы совсем по-другому. Не было бы кислорода в атмосфере, деревьев, цветов, не плавали бы рыбы в морях, не существовало бы ни птиц, ни зверей, ни человека.
Фотосинтез впервые произошел, должно быть, около трех миллиардов лет назад, когда на нашей молодой и чрезвычайно беспокойной планете появились первые бактерии, названные теперь за сине-зеленую окраску «цианобактериями». Спустя много лет эти пионеры фотосинтеза посредством эволюционного процесса синтеза инкорпорировались в ранние ядерно-клеточные (эукариотические) формы жизни, ранее называвшиеся «протозоа», но теперь получившие наименование «протистов», — это предки зеленых водорослей и растений. Впрочем, сами первопредки-цианобактерии никуда не подевались, они и сейчас живут и здравствуют в областях океана, где встречается планктон. А их наидревнейшие формы, хотя и подсократившись геномом, все так же живут в клетках водорослей и наземных растений в виде крошечных внутриклеточных включений — хлоропластов. Хищничество Elysia как раз и направлено на них — он умудряется отделять хлоропласты от прочего содержимого клеток водоросли и внедряет их в особые клетки, выстилающие внутренность кишечника. Вскоре эти клетки разрастаются, запускают крошечные отростки во все части тела растущего слизня, и драгоценные хлоропласты концентрируются сплошным равномерным слоем прямо под кожей. Когда формирование этого слоя заканчивается, до конца жизни слизень больше не пользуется ртом, получая всю необходимую для жизни энергию от внедренных хлоропластов — мириадов чудесных зеленых огоньков под кожей слизня, расцветивших ее изумрудным цветом.
