Что ответить дарвинисту? Часть I - Илья Рухленко

В связи с такими фактами (наблюдаемой неслучайности распределения синонимичных замен), была озвучена гипотеза, что эволюция организмов должна протекать в пользу тех синонимичных замен, которые могут обеспечить, например, более быстрый синтез белка. Вот поэтому мол, у многих организмов и наблюдается явный «перекос» в пользу определенных синонимичных замен. То есть, естественный отбор поддерживает такие случайные мутации, которые приводят к синонимичным заменам, ускоряющим синтез белков.[40] Однако другие случайные мутации и дрейф генов вмешиваются в ход этого отбора, снова и снова встраивая в гены организмов не-оптимальные синонимичные кодоны.[41] В результате мы и наблюдаем неравномерное распределение синонимичных кодонов у многих биологических видов – естественный отбор постепенно создаёт неравное распределение, а случайные мутации и дрейф генов пытаются всё это «сгладить» обратно.

Однако такую гипотезу можно упрекнуть в упрощении ситуации. Ведь далеко не всегда организму требуется именно быстрый синтез белка (в большом количестве). Допустим, какой-то синонимичный кодон является более «медленным», чем другой. Тогда, используя в разных случаях «быстрые» и «медленные» кодоны, мы получим, соответственно, более мощный или менее мощный синтез одного и того же белка (см. напр., Stenico et al., 1994). Но если этот белок является регуляторным (участвующим в развитии организма), тогда такие различия могут легко изменить развитие целого организма в ту или другую сторону. Даже самым радикальным образом.[42]

Можно придумать и какие-то другие теоретические случаи, в которых организму был бы полезен строго «дозированный» синтез белка (а не максимально эффективный).

И действительно, в сравнительно недавней работе (Xu et al., 2012) было прямо показано, что искусственная замена у цианобактерии Synechococcus elongate её родных «неоптимальных» (более медленных) кодонов на «оптимальные» (более быстрые)[43] – вовсе не повысила приспособленность этой бактерии. Наоборот, проделанные генетические изменения (с синонимичными кодонами) так изменили «биологические часы» этой бактерии, что её приспособленность снизилась.[44] В результате, авторы написали прямо в резюме, что они обнаружили прямой эффект от использования конкретных синонимичных кодонов на приспособленность организма. И что установленный ими биологический факт является ключевым примером, показывающим биологическую значимость даже «неоптимальных» синонимичных замен (Xu et al., 2012).[45]

В другой, аналогичной по смыслу работе (Zhou et al., 2012), искусственно созданные «оптимальные» синонимичные замены тоже нарушили нормальную жизнедеятельность плесени Neurospora. Причем нарушили в еще большей степени, чем у цианобактерий из предыдущего исследования. Более того, замена «не-оптимальных» синонимичных кодонов на «оптимальные» в этом случае даже привела к изменению конформации соответствующего белка (Zhou et al., 2012).

Это еще одна интересная фактическая подробность, которая показывает роль даже таких (казалось бы, ничтожных) генетических различий, как синонимичные замены. Причем тот факт, что определенное сочетание «быстрых» и «медленных» кодонов может помогать белку сворачиваться именно правильным образом – был отмечен и в других научных работах (см. например, Marin, 2008). Вот тебе и «нейтральные мутации».

К сожалению, факты, показывающие биологическую роль даже синонимичных кодонов – не укладываются в уже общепринятое мнение о нейтральности подобных различий. Более того, такие факты подрывают доверие к «генетическим доказательствам эволюции» в целом.[46] Наверное поэтому о существовании таких фактов от «теоретиков эволюции» можно услышать не часто. Несмотря на то, что некоторым опубликованным работам, посвященным явлению неравного распределения синонимичных кодонов (что указывает на возможный биологический смысл) – уже более 30 лет. Тем не менее, большинство «эволюционных теоретиков» продолжают игнорировать такую возможность, рассуждая о синонимичных заменах исключительно как о равнозначных, случайных и не имеющих особого биологического смысла «нейтральных мутациях».

Именно в таком ключе я говорил о синонимичных заменах чуть выше. Но если определенная часть синонимичных замен всё-таки имеет биологический смысл, тогда значительная часть моей речи про Николь Кидман, кроликов и «нейтральные мутации» – теряет всякий смысл. Потому что становится опять неизвестно, то ли синонимичные замены – это свидетельство миллионов лет эволюции, когда между неисчислимыми эволюционными предками Николь Кидман и кроликами постепенно накапливались нейтральные мутации (в том и числе и синонимичные)… А то ли эти «нейтральные мутации» – вовсе не нейтральные, и даже совсем не мутации. А вполне определенные генетические различия, которые имеют определенный биологический смысл, и все вместе служат для того, чтобы Николь Кидман была именно Николью, а не кроликом.

Однако такие тонкости, как возможная не нейтральность «нейтральных замен» (даже синонимичных, не говоря уже о значимых), а также многочисленные «филогенетические конфликты» – это всё уже приземленная реальность, к которой мы вернемся чуть позже. Пока же давайте просто проигнорируем эту приземленную реальность, и продолжим витать в тех упрощенных теоретических облаках, в которых витает большинство дарвинистов (не ведающих о перечисленных выше подробностях). То есть, представим, что никаких «филогенетических конфликтов» вообще не обнаружено (ни одного). И что «нейтральные мутации», действительно, нейтральны. Вот тогда красивая «сказка про лягушку, превратившуюся в царевну», становится былью. В рамках современной теории эволюции это чудесное событие, действительно, состоялось. Только происходило оно очень медленно и постепенно.

Однако всё тот же вопрос – каков же был механизм изменения генов, который привел от древней амфибии к Николь Кидман?

Можно, конечно, верить, что так получилось благодаря случайным мутациям, некоторые из которых оказывались полезными и поэтому подхватывались и закреплялись естественным отбором. И в конце концов, «лягушка» превратилась в принцессу (за сотни миллионов лет).

Но сегодня мы всё-таки живем уже в век генной инженерии и компьютерных технологий. Поэтому хорошо представляем себе и другие теоретические возможности. Например, возможность направленной (разумной) модификации геномов для получения нужного результата.

Мы понимаем, что если определенным образом (направленно) изменить генотип древесной лягушки, то мы вполне можем получить… даже Николь Кидман. Технически это, конечно, еще невозможно. Ведь мы еще только совсем недавно вошли в век генной инженерии. Еще лет 60 лет назад мы не представляли, какова вообще роль ДНК в живой клетке (считалось, что ДНК имеет запасающую функцию, что-то типа зерен крахмала). А сегодня мы уже уверенно вставляем гены человека в ДНК бактерий и дрожжей. И понятно, что это только начало. Пока еще мы не доросли до того, чтобы с помощью генетических модификаций получать принцесс из древесных лягушек. В то же время, мы хорошо понимаем – «то ли еще будет». Вряд ли кто-нибудь сомневается, что ученые со временем будут добиваться всё больших успехов в этой области.

В качестве конкретного примера приведу характерную цитату из соответствующей научно-популярной заметки. Сама заметка, в свою очередь, посвящена очередному научному исследованию, в котором была проделана (очередная) генетическая модификация организмов. Здесь биологи взяли гены цианобактерии, отвечающие за механизм биологических часов (который имеется у этих бактерий), и встроили эти гены в другую бактерию (сенную палочку), которая до этого не имела подобного механизма (Chen et al., 2015). Привожу короткую цитату для того, чтобы Вы сами смогли прочувствовать весь оптимизм автора, пищущего о возможных перспективах подобной модификации организмов (Кондратенко, 2015):

Генетически модифицированные бактерии, снабженные часами, смогут поддерживать правильные суточные ритмы, какой бы образ жизни ни вел хозяин. Другие потенциальные области применения – доставка лекарств в определенное время дня, а также лечение болезней, связанных с нарушением циркадных ритмов. В общем, каждому живому организму – по хорошим часам!

Как видим, нас (людей) оптимизм по поводу возможностей генетической модификации организмов – уже переполняет (хотя прошло всего 60 лет).