27 мая 2014 г.

Бревно в твоем глазу

В 1970-е гг. был сформулирован парадокс: размер генома организма (количество ДНК в одинарном хромосомном наборе) не коррелирует со сложностью организма. Например, у некоторых амеб размер генома в 200 раз больше, чем у человека. Это означает, что бóльшая часть генома у многих организмов представляет собой нефункциональный «мусор». Не оказался исключением и сам человек: по данным проекта «Геном человека» (2000), доля генетического мусора составляет 97%. Почему этот факт удивителен для биологов? К 1950-м гг. сложилась синтетическая теория эволюции, удовлетворительной альтернативы которой нет до сих пор. Один из главных ее постулатов состоит в том, что каждый признак организма обладает адаптивным значением, функционален. Функционализм и панадаптационизм в биологии имеет почтенную родословную, связанную с островной интеллектуальной традицией и ведущую через Чарльза Дарвина к представителям британской естественной теологии, вплоть до создателей науки Нового времени (Роберт Бойль, Джон Рэй).

Что представляет собой генетический мусор? Это могут быть обломки «прыгающих генов» — эгоистичных мобильных элементов, которые размножались в геноме наших предков, или это могут быть результаты ошибок при копировании ДНК или при клеточном делении. Важно, что любой кусок нефункциональной ДНК может оказаться востребованным в ходе дальнейшей эволюции, привлеченным для выполнения новой функции. Естественный отбор — не инженер, а ремесленник, он использует для своих целей все, что подворачивается под руку. Действительно, в 2012 году были опубликованы результаты проекта ENCODE по интенсивному изучению 1% генома человека. Оказалось, что количество «генетического мусора» ранее преувеличивалось, хотя большинство исследователей считает, что он все равно составляет большую часть генома. Функциональный репертуар генома оказался расширен в первую очередь за счет некодирующих (не участвующих напрямую в переносе информации от ДНК к белкам) РНК, выполняющих различные регуляторные функции.
Геном человека в настоящее время выглядит как настоящие джунгли, простое его описание невозможно. Однако такая ситуация типична для биологии. Ни один из биологических законов или правил, упоминаемых в учебниках, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к законам в физике, хотя бы таким, как универсальность и нетавтологичность. Исключение составляет, может быть, сам принцип естественного отбора: преимущественное выживание и размножение наиболее приспособленных. Однако он же и приводит к нарушению любых сложившихся локальных биологических «закономерностей» и появлению новых, как только это оказывается выгодно организму (гену, популяции, виду). Например, появление хромосомного определения пола и, соответственно, половых хромосом приводит к нарушению законов Менделя и возникновению наследования, сцепленного с полом.
Биология помогает понять связь мусора со случайностью и демонстрирует его творческий потенциал. Обнаружение и изучение «генетического мусора» связано с разработкой одной из трех главных альтернатив дарвинизму в широком смысле. Первые две — ламаркизм (наследование приобретенных признаков) и ортогенез (запрограммированная эволюция) — были оттеснены на обочину науки синтетической теорией эволюции. Третья альтернатива связана со все возрастающим осознанием творческой роли случайности в эволюции. Первоначально это была идея случайных мутаций, затем возникла концепция дрейфа генов (случайных изменений частот вариантов генов в популяции, не связанных с действием естественного отбора), играющего важную роль в видообразовании. Согласно этой концепции, эволюция нефункциональной части генома происходит под действием дрейфа генов, но при этом накопление генетического мусора оказывается частью другого, глобального процесса — возрастания сложности. Нейтральную гипотезу возрастания сложности в ходе эволюции можно пояснить на примере пьяного, вытолканного из бара. Пьяный может случайным образом делать шаг как в сторону бара, так и в сторону от бара, однако обратно в сам бар его не пустят. В результате через некоторое время пьяный с наибольшей вероятностью будет обнаружен вблизи бара, но с небольшой вероятностью — далеко от него. Аналогичное статистическое распределение возникает, если предположить, что в результате видообразования сложность организмов может с равной вероятностью уменьшаться или увеличиваться, но сложность не может стать меньше, чем у самых первых живых организмов. Такое распределение видов по сложности соответствует наблюдаемому: количественно на Земле преобладают одноклеточные организмы и вирусы. А необходимым условием такого механизма возрастания сложности в ходе эволюции оказывается материал, поставляемый генетическим мусором.


Иван Кузин

Комментариев нет:

Отправить комментарий