Что ответить дарвинисту? Часть I - Илья Рухленко

Таким образом, в самом первом приближении (из простого факта генетической близости) еще вообще ничего не следует. Такие факты можно прекрасно уложить в рамки любой концепции – хоть эволюционной, хоть не эволюционной.

Однако если мы копнем глубже и посмотрим: 1) какими именно генами могут различаться представители разных биологических групп и 2) чем именно эти гены могут различаться… то вот здесь-то как раз и всплывает эволюционная трактовка этих различий в качестве самой правдоподобной на сегодняшний день.

Речь идет о том, что у разных живых существ различаются между собой (нуклеотидными последовательностями) такие гены, которые, казалось бы, выполняют в разных организмах – одну и ту же работу. В живых клетках много такой работы, выполнять которую совершенно необходимо (практически любым организмам). Необходимо для того, чтобы живые существа вообще могли жить. Как правило, в таких (жизненно необходимых) генах закодированы белки, которые осуществляют те или иные биохимические реакции внутри живых клеток. Без этих биохимических реакций весь «конвейер» живой клетки вообще остановится.

Например, известные белки цитохромы присутствуют в клетках практически любых живых существ, участвуя там в совершенно необходимых окислительно-восстановительных реакциях. Эти химические реакции, проводимые белками-цитохромами, в принципе, одинаковы. То есть (определенные) цитохромы выполняют, по сути, одинаковую работу в клетках самых разных живых существ.

Но ведь разных живых существ в природе – несколько миллионов видов. И вот, у всех этих миллионов видов… имеется свой вариант цитохрома (!), который хотя бы чуть-чуть, но отличается (своей аминокислотной последовательностью) от цитохромов любых других (даже близких) биологических видов.

Возникает вопрос – а зачем у каждого биологического вида имеется свой собственный вариант цитохрома, если все эти цитохромы – проводят одну и ту же химическую работу?

Причем такая картина (с разнообразием вариаций, по сути, одного и того же белка) наблюдается не только с цитохромами, но и практически с любыми другими белками, имеющимися у разных биологических видов. То есть, почти бесконечная вариативность белков, выполняющих одну и ту же биохимическую работу – это общее правило, которое мы наблюдаем в живой природе.

Естественно, опять возникает тот же вопрос, но уже многократно усиленный – а какой смысл в этой бесконечной вариативности любых белков, где полный набор собственных вариантов белков имеет каждый биологических вид, если все эти вариации (аналогичных) белков выполняют, по сути, одну и ту же биохимическую работу?

Поневоле напрашивается мысль, что эти (почти бесконечные) вариации аналогичных белков – просто не имеют никакого биологического смысла. То есть, эти варианты белков – нейтральны в биологическом отношении. И любой (или почти любой) вариант такого белка – мог бы успешно выполнять в каком-нибудь «чужом» организме ту самую работу, которую он делает в своем «родном» организме. Особенно, если «чужой» и «родной» организмы являются биологически близкими видами, и если соответствующие белки различаются между собой не слишком сильно (или вообще слабо).

В общем, теоретический вывод о биологической нейтральности различий в аминокислотном составе (сходных) белков – прямо-таки напрашивается. Напрашивается вследствие тотальной распространенности в природе описанного феномена – почти бесконечного разнообразия белков, которые: 1) аналогичны друг другу по выполняемой работе; 2) при этом еще и легко узнаваемы – сходны друг с другом по многим участкам своих аминокислотных последовательностей, 3) но тем не менее, различаются у разных биологических видов (по другим участкам своих аминокислотных последовательностей или хотя бы по отдельным аминокислотам).

Более того, только что озвученный вывод (о нейтральности вариаций аминокислотного состава аналогичных белков) уже давно не является только теоретическим. Биологи на практике (во многих работах с применением генной инженерии), показали, что сходные варианты белков из разных организмов, действительно, могут заменять друг друга. И такая замена позволяет генетически модифицированному организму продолжать своё существование вполне успешно.

Например, в совсем недавней работе (Kachroo et al., 2015) биологи решили проверить, сколько аналогичных генов могут оказаться взаимозаменяемы у таких, казалось бы, далеких организмов, как человек и дрожжи. «Под нож» исследователей попали 414 генов дрожжей. В итоге, почти половину из этих генов (которые были специально удалены или просто сломаны у дрожжей) удалось заменить соответствующими человеческими вариантами этих генов. Еще точнее, дрожжи смогли эффективно задействовать человеческие варианты генов (в соответствующих биохимических путях собственных клеток) в 47 % исследованных случаев (Kachroo et al., 2015).

Здесь следует еще раз подчеркнуть, что человек и дрожжи являются весьма разными организмами, в том числе, биохимически. Да и сами белки-аналоги у дрожжей и человека тоже показывают не слишком большое сходство в своих аминокислотных последовательностях. Например, для большей части аналогичных белков, исследованных в этой работе, их аминокислотные последовательности совпадали на уровне 20–50 % (хотя в некоторых случаях сходство было выше или ниже этого интервала). И вот, такого уровня сходства оказалось вполне достаточно, чтобы белки, кодируемые человеческими генами, смогли эффективно работать в клетках дрожжей в половине исследованных случаев.

Что уж тогда говорить о генах между организмами более близких биологических таксонов? Их нуклеотидные последовательности могут совпадать между собой в гораздо большей степени, чем гены человека и дрожжей. Например, у человека и шимпанзе дело доходит до того, что 98 % всей последовательности их нуклеотидов у целого ряда генов совершенно идентично друг другу. Естественно, напрашивается мысль, что настолько похожие гены способны заменить друг друга совсем легко.

Итак, похоже, нам следует принять тезис о биологической нейтральности наблюдаемых молекулярных различий между аналогичными генами разных организмов. Во всяком случае, согласиться с тем, что нейтральными могут быть весьма много таких различий (допустим, от 50 до 80 % различий в нуклеотиотидной последовательности между аналогичными генами).

Тогда, в качестве самого простого объяснения причин существования подобных различий (между разными вариантами аналогичных генов) – можно предложить случайные нейтральные мутации. Поскольку получается, что замена значительного числа нуклеотидов в гене, кодирующем тот или иной белок, может не влиять на способность этого белка успешно выполнять свою работу, то значит, такие случайные мутации (когда они происходили) могли спокойно оставаться в геномах мутантных организмов и дальше. Ведь на приспособленность организма такие мутации не влияют. А раз так, то со временем, исходный вариант того или иного белка (его аминокислотная последовательность), в принципе, может весьма сильно измениться. Поскольку в соответствующем гене (который кодирует данный белок) будут со временем неизбежно накапливаться такие генетические изменения, которые никак не влияют на эффективность работы этого белка. Это будет происходить вследствие чисто случайных мутаций, которые тоже неизбежны.

Понятно, что такие изменения генов, из-за которых эффективность работы соответствующих белков снижалась (может быть, до нуля) – такие изменения подвергались очищающему отбору и удалялись из популяций. Ведь мутанты с такими генетическими изменениями либо вообще не имели шансов выжить, либо их шансы успешного выживания падали. Так что накапливаться со временем могут далеко не все мутации. А только такие, которые либо не влияют на приспособленность организма (нейтральные мутации), либо улучшают его приспособленность (полезные мутации). И вот, существование огромного числа разных вариантов белков-аналогов в геномах разных биологических видов – проще всего объяснить именно накоплением (со временем) в соответствующих генах нейтральных мутаций.

Но как только мы принимаем подобное объяснение причин наблюдаемых различий между генами-аналогами разных живых существ, то отсюда и начинает следовать, что молекулярно-генетические факты свидетельствуют именно об эволюции (происхождении одних организмов из других организмов). Потому что в огромном числе случаев мы наблюдаем (как я уже говорил выше), картину «постепенно убывающего сходства». Когда, например, генетические различия между представителями разных биологических видов, но в рамках одного рода (то есть, речь идет о близких биологических видах) – явно меньше, чем генетические различия между биологическими видами из разных родов. А генетические различия между представителями разных биологических родов, но в рамках одного и того же семейства, в свою очередь, тоже меньше, чем между представителями разных семейств. И так далее.