Генетична інформація

Генетична інформація

Практично для всіх живих організмів характерний процес обміну генетичною інформацією. Нижчі організми, що не мають оформленого ядра – прокаріоти – можуть захоплювати шматочки чужий ДНК (трансформація). Часто генетичний матеріал переноситься від бактерії до бактерії вірусами (трансдукція). Ці примітивні форми перетасування (рекомбінації) ДНК у вищих, ядерних організмів – еукаріот витісняються половим процесом, коли полові клітини-гамети зливаються, роблять нове ядро, у якому половина генетичного матеріалу від матері, половина – від батька. Аналогічний процес спостерігається й при передачі інформації з каналу язика: рідко буває, щоб інформацію тільки з одного джерела засвоював зовсім непідготовлений розум. Недарма говорять, що нові ідеї народжуються на стику наук, тобто в головах людей, що одержали інформацію з меншої мері із двох джерел. Нові образи, нові методи й технології, як правило,– результат цих рекомбінаційних процесів.

Аналогія, на мій погляд, дуже повна. Інша справа, чи треба нею займатися, чи має вона, як тепер люблять говорити, евристичне значення. Але якщо процеси зовні не схожі, але викликані до життя й розвиваються відповідно до загального для них закономірностям, можна припускати, що феномен, виявлений в одному з інформаційних каналів, імовірний і в іншому. Незрозуміле явище, виявлене в одній сфері, може бути витлумачене за аналогією з подібним - в іншій. Звичайно, аналогія не доказ, але вона допомагає знайти шуканий доказ, зі значною часткою ймовірності ми вже знаємо, куди треба йти, які спостереження й експерименти ставити.

У книзу відомого англійського теоретика еволюції Р.Докинза "Егоїстичний ген", він розвивав досить подібні ідеї. Згідно Докинзу, варто розрізняти стійкі елементарні елементи культурної діяльності людини (слова, жести, мелодії, навички й т.д.). Він називає їх memes, варто було б цей термін перевести як "міми", але, по-моєму, краще триматися вихідного латинського звучання - "меми", тим більше, що слова того ж кореня (мемуари, меморіал) міцно ввійшли в російську мову. Мемофонд якої-небудь цивілізації аналогічний генофонду біологічної популяції. Випадково змінюючись при передачі з покоління в покоління й роблять різні сполучення, меми беруть участь у культурній еволюції.

Чарльз Дарвін в XIV главі "Походження видів" уперше провів чітку аналогію між еволюцією видів і еволюцією людських мов. Але приємно почувати, що ти не один. Якщо та сама ідея виникає в різних місцях незалежно, шанси на її виживання й розвиток різко зростають.

Отже, сформулюємо вихідні положення:

1. Генетичний канал інформації. Матеріальний носій інформації - послідовність дезоксирибознуклеїнової кислоти (ДНК), у якій у різних сполученнях чергуються чотири підстави - гуанін, аденін, цитозін і тимін. У вищих організмів лише деякі відсотки цієї послідовності кодують амінокислотні послідовності білків (про іншої ДНК ми поговоримо в другому розділі). З матриці ДНК знімається копія - молекула рибонуклеінової кислоти (РНК). При цьому особливого перекодування не відбувається - лише тимін заміняється урацилом. РНК служить матрицею при синтезі білків - це вже справжнє перекодування із твердим, практично єдиним для всієї живої природи кодом.

У ДНК закодована лише інформація про амінокислотний склад білків, черговості й інтенсивності їхнього синтезу. Але від трьох цих факторів залежить доля клітини - загинути їй або вижити, стати клітиною нервової системи або сполучної тканини. Так формуються тканини й органи, так виникає живий організм. Не забувайте про своєрідний парадокс: хоча всі наслідувані ознаки організму закодовані в ДНК, там ні, наприклад, "гена блакитних очей" або "гена жовтих горошин", як іноді говорять генетики для простоти. Усе. зовнішні ознаки організму виходять як би самі собою в результаті білкового синтезу. Так, склавши на столі три олівці кінцями, ми одержуємо трикутну структуру із сумою кутів, рівним двом прямим, хоча й не задавалися метою одержати саме цей результат.

Але в процесі життєдіяльності організми випробовують умовами навколишнього середовища саме зовнішні ознаки - ознаки фенотипу. Не випробування, що витримали, носії невдалих ознак сходять із життєвої арени, поступаючись місцем кращим. Але кращі - це в той же час інші комбінації амінокислотного складу, черговості й інтенсивності синтезу білків, а виходить, інші гени. І нове покоління буде небагато іншим. Так іде біологічна еволюція.

2. Лінгвістичний канал інформації. В усному мовленні людини (про інші різновиди мова йтиме далі) він складається зі звуків (фонем), які поєднуються в слова, а слова - у пропозиції. Як і "язик" ДНК, це знакова система, у якій звучання слів не пов'язане із вкладеним у них змістом. За допомогою слів можна закодувати в принципі як завгодно великий обсяг інформації. Спочатку це були відомості про найпростіші життєві потреби й способи вижити. Потім по цьому каналі передавалися звичаї й технології, обряди й міфи, і багато чого іншого. Як і в генетичному каналі інформації, у лінгвістичному безупинно, з покоління в покоління, можуть накопичуватися зміни. Тому язик нащадків завжди відрізнявся від язика предків. Закодована в цьому каналі інформація також безупинно піддається впливу зовнішнього середовища. А зовнішнє середовище тут - умови, серед яких існує людська популяція, включаючи відносини між її членами й іншими популяціями.

Протягом усього існування людського роду йшла культурна еволюція - зміна технологій і звичаїв, переданих з покоління в покоління знань, причому далеко не завжди вона була прямолінійно прогресивною. Часом культура перетерплювала істотний регрес, мемофонд людських популяцій збіднювався. Загальновідомий занепад культури на початку середньовіччя: знадобилася епоха Відродження, щоб знову піднятися до античного рівня, а там і перевершити його. Але як би те не було, від мавполюдей до нас існував безперервний ланцюг учителів, що перемінялися по черзі, і учнів. Вони "реплицировали" один одного, так само як подвійна спіраль ДНК реплицировалася і будувала їх самих з моменту виникнення життя.

Яке неодмінна умова для виникнення другого каналу? Не здатність вимовляти членороздільні звуки: знакові системи можуть бути й не звуковими, у тому числі й у людини. І не властивій людині розвиток вищої нервової діяльності: знакові системи виникають і у тварин. Це умова: співіснування як мінімум двох поколінь, батьків і дітей, учителів і учнів.

Восьминоги, наприклад, нездатні до культурної еволюції, хоча в них чудовий мозок і всі можливості для виникнення знакової системи - жестової (щупальцями й зміною фарбування) і звуковий (модуляціями лійки, з якого виштовхується вода, що втримується в мантійній порожнині). Але восьминоги-батьки вмирають відразу після яєць або появи дитинчати, і це добре, тому що в головоногих молюсків тільки одні відносини між поколіннями - по типі хижак-жертва.

Навпаки, у дельфінів у череді можуть існувати відразу кілька поколінь (дельфін, схоже, єдиний ссавець, що може особисто знати свою прабабу й прапрабабу). Тому ми не випадково шукаємо в них здатність до язика й вищій нервовій діяльності.

Коли люди заговорили? Коли ж виник лінгвістичний канал - язик? Адже в остаточному підсумку саме він дозволяє відрізнити череду мавп від людського суспільства. Кривдно, але відповісти на це питання ми не в змозі. Справа не в тім, що ми не можемо підслухати, про що говорили (і чи говорили взагалі?) мавполюди, пітекантропи. Очевидно, границя тут була досить не різанням. Практично її не існувало.

Не тільки людиноподібні мавпи, але й істоти, що коштують на куди більше низькому щаблі розвитку, безсумнівно, мають язик, хоча й не складається зі слів (довербальним). Лінгвісти перераховують чимало характерних властивостей, по яких знакову систему можна назвати язиком. З них найважливіші можна сформулювати так:

Ієрархічність побудови: звуки (фонеми), комбінуючись у різних сполученнях, утворять слова, а слова - речення.

Довільність знаків: так само як довільне сполучення крапок і тирі в абетці Морзе кодує яку-небудь букву, так і звучання слова не пов'язане з його змістом. "Яма" по-японськи - "гора". Навпаки, такі звуки, як кашель, гикавка - мимовільні. Однак кожний з нас може пригадати випадок, коли, наприклад, навмисне покахикування служить сигналом, хоча б застереженням ораторові. Тоді це інформаційний знак, але він стає ним тільки за попередньою домовленістю. Домовитися можна швидко: відомо, що дитини-близнюки, що довго надавалися самим собі, сутужніше навчаються говорити, тому що встигають придумати свою, умовну мову. Довільність знаків виникає дуже рано: вона описана не тільки в мавп, але й у птахів, наприклад галок. Довільний і язик танців медоносних бджіл.

Відкритість: у сьогоденні, розвиненому язиці слова можуть комбінуватися в як завгодно довгі пропозиції й сполучення пропозицій, так що ними можна передати інформацію будь-якого обсягу. Повна відкритість, здається, є тільки в людській мові (і в "язиці" ДНК).

Як же влаштований довербальний, безсловесна мова мавп? Л. А. Фирсов думає, що він складається з жестів, міміки, пантоміми й так званих фонацій – немовних звуків, що начебто вже згадувалося умовного покахикування. М. В.Арапів іде далі: він уважає, що звуки довербального язика (він його йменує старим, за аналогією зі Старим Завітом) перейшли в язик словесний, вербальний і дожили до наших днів. Ці вигуки, що залежать від психічного стану мовця (ах, а, ох) або які виражають волю мовця (але-але, ні-ні, на, тсс, агов), звукові жести (бах, цап, хлоп), нарешті "дитячі слова" (агу, баю), у яких часто зустрічаються що клацають звуки-кликси.

Але чи можна розмовляти на такому "язиці"? Виявляється, він не такий поганий. Тому свідчення - досвіди, поставлені японськими вченими над макаками острова Косима. Мавп підгодовували бататами й розсипаної по пляжі пшеницею. Молода самка, по кличці Имо, швидко навчилася мити бататы в солоній воді й відокремлювати зерно від піску флотацією. За дев'ять років цьому навчилася вся зграя.

Якщо перевести технологію, придуману Имо, з довербального язика на росіянин, вийде приблизно наступне:

1) Батати, підняті з поверхні пляжу, треба мити у воді. щоб піщини не хрумтіли на зубах.

2) Підсолені, вимиті в морській воді, батати смачніше.

3) Відокремити пшеницю від піску просто, якщо кинути жменю її у воду; плаваючі на поверхні води зерна зібрати долонькою.

На мій погляд, не так вуж мало. Якщо врахувати ще, що в той же час мавпи навчилися друг у друга плавати, і навіть поринати, і ходити на задніх ногах, коли передні зайняті пригорщами пшениці з піском, стає ясно, що ми дотепер недооцінюємо розумові здатності "братів наших менших". Тривалий строк навчання всієї популяції пояснюється тим, що першими навчаються молоді мавпи, що займають в ієрархії череди останні місця. Геніальної Имо треба було кілька років, щоб зайняти належне місце в ієрархії. Старі особини не переймають корисних навичок не тому, що вони більш дурні. Просто в мавп не прийнято засвоювати досвід молодих. У лабораторних досвідах установлено, що якщо особина, що займає останнє місце в череді ("омегу"), навчити, наприклад, діставати ціпком банани, їй ніхто не наслідує. Інша справа, якщо теж саме проробить домінуючий самець ("альфа"): всі члени череди тоді з підлесливим захватом переймають цю методику. І в цьому переглядає щось людське (або в нашім поводженні мавпяче?). Крива на графіку швидкості поширення в череді інформації, отриманої Имо, дуже нагадує, наприклад, криву ростів посадок картоплі в Російській імперії в XIX столітті або ж кривій росту цитування важливої наукової праці. Тільки темпи поширення інформації в людському суспільстві часто бувають куди нижче.

І все-таки довербальний канал інформації мало придатний для передачі складних повідомлень. У предків людини язик розвивався, звичайно, поступово. Однак повинен бути момент, коли повільно, з покоління в покоління зміни, що накопичуються, повинні були дати різкий, якісний стрибок. Коли ж він відбувся?

М. В. Арапів думає, що знакова система предків людини одержала всі особливості людської мови 35-40 тис. років тому, при переході від неандертальської людини до сучасних форм Homo sapiens. Це привело до швидкого поширення зроблених технологій обробки каменю, кості, дерева й рогу, нових способів полювання, створенню міфів і примітивних релігій. Однак я вважаю, що мовний стрибок відбувся багато раніше - більше одного мільйона років тому.

Між африканськими мавпами - австралопітеками й першими людьми - пітекантропами є, за сучасним даними, проміжна ланка - людина уміла, Homo habilis, описаний з відкладень екваторіальної Африки. По морфологічних ознаках він досить близький до австралопітека. Однак він уже міг виготовляти кам'яні знаряддя, нехай досить примітивні. Культура людини вмілого - олдовайська або галькова - широко поширена, останнім часом її виявили й в Азії. Особливість галькових знарядь, крім примітивності - розмаїтість: немає устояної форми, стандарту в розмірах - аби тільки був ріжучий край. Але от біля півтора мільйонів років тому відбувається різкий стрибок, на зміну людині вмілому приходить архантропи (пітекантропи по старій термінології). Він уже вміє виготовляти більше зроблені знаряддя - ручні рубала на заході ойкумени, чоппери (січки) на сході. Ці знаряддя більше стандартні, симетричні й навіть відрізняються своєрідною добірністю.

Чи не заманливо виглядає припущення, що саме тоді знакові системи наших предків досягли такого розвитку, що з повним правом могли називатися язиком? Зв'язувати виникнення язика з неандертальцем, на мій погляд, немає підстав. На цій стадії людина була уже здатна до абстрактних понять, начебто релігійно-магічних подань і ритуалів. Неандерталець уже ховав своїх близьких, офарблюючи їхнього тіла охрою, прикрашаючи могили рогами дикого козла й навіть квітів. Достаток квіткового пилка в могилі близькосхідного неандертальця шокувало археологів. Справді, важко повірити у вінки й букети на такій ранній стадії розвитку культури. Висловлювалося навіть припущення, що це могила шамана-лікаря, похованого з лікарськими рослинами - знаряддями його ремесла. Але адже існування фахівців-медиків у ту пору - ще більш вагоме спростування думки про звіроподібності неандертальців!

У печерах Швейцарії й Баварії виявлені також залишені неандертальцями ритуальні поховання голів і лабетів печерного ведмедя. Так, у важкодоступній печері Драхенлох, на висоті 2445 м знайдені черепи й довгої кістки кінцівок не менш чим від 100 особин, нерідко "поховані" у ящиках із плит вапняку. Подібні знахідки налічуються тисячами. Є такі поховання й на території Причорномор'я й на Кавказі, в Угорщині й Франції. У Франції, у печері Регурду виявлене поховання костей ведмедя, але вже не печерного, а бурого.

Все це дуже нагадує ритуальні поховання частин тіла ведмедя після "ведмежих свят" в ульчей, гіляків і айнов - народів нашого Далекого Сходу. У самих різних народів голова й лабети найдужчого звіра, хазяїна лісів, уважалися заборонними. Існував такий звичай і в наших безпосередніх предків.

Б. А. Рибаков простежує культ ведмежих лабетів і пазурів у розкопках фатьяновской культури, у слов'янських курганах епохи язичества й у російських казках. Він нагадує про казку "Ведмідь на дерев'яній нозі" (№ 57 зі збірника А. Н. Афанасьєва). Ця казка серед інших стоїть особняком: звичайно казкам, як і ковбойським фільмам, властивий "хепі енд". У ній же ведмідь з'їдає старого й бабу за те, що вони порушили табу - зварили для їжі його відрубану лапу. Ми зараз не розуміємо змісту цієї страшної казки, але в епоху її створення вона явно була притчею, наставлянням.

А тепер задумаємося: невже неандертальців і нас протягом більше 50 тис. років (сто тисяч поколінь!) зв'язує безперервна культурна традиція – табу на частині тіла ведмедя? Або ж цей звичай виникав неодноразово й незалежно в різних народів?

Думаю, що обидві точки зору мають рівне право на існування.

Але повернемося вчасно виникнення першого язика. Навряд чи язик варто омолоджувати. Виявилося, що шимпанзе й, у меншому ступені, горили здатні засвоювати сотні знаків американської мови для глухонімих – амслана. 55 вихідних одиниць амслана можуть комбінуватися в слова й фрази. Шимпанзе Уошо – вихованка А. і Б. Гарднеров – перша мавпа, що навчилася говорити, за нею й інші засвоювали амслан або набирали умовні знаки на клавіатурі комп'ютера. Звукова мова мавпи засвоїти не в змозі, не тільки тому що їхня гортань не пристосована для вимови членороздільних звуків. Згадаємо, що мовна зона Брока в мозку мавп зайнята центром міміки, тому жестикулювати їм набагато легше. І тут шимпанзе горили показують здатності фантастичні. Горила Коко засвоїла 645 знаків, причому активно складала слова. Та ж Уошо будувала пропозиції. У російській мові можна вжити "дай яблуко" і "яблуко дай"; в англійському порядок слів у пропозиції куди більше твердий. Уошо завжди говорила: "дай яблуко" (give me the apple) - строго дотримуючись англійського синтаксису, і самостійно навчила прийомного сина жестовому язику людей. Остаточно доконали мавпи дослідників, коли почали жартувати й лаятися на амслане, причому й жарту, і лайки винаходили самі. Можливо, вони те ж роблять, використовуючи свій довербальний язик, що ми ще не розуміємо.

Реставрація ходу еволюції. Біологів завжди цікавило, як ішла еволюція, як виглядали наші мавпоподібні предки, перші примітивні ссавці, динозаври й, далі, у глиб часів - перші живі клітини. А тепер нас цікавить і інше - які біохімічні процеси виникли раніше, які пізніше, як були влаштовані у вимерлих організмів білки, які нуклеотидні послідовності мали гени. На жаль, самі гени у викопному стані практично не зберігаються. Навіть мамонти у вічно мерзлій землі Сибіру виявляються на досить що далеко зайшла ступені розкладання, коли від ДНК залишаються малоінформативні обривки. Тому всі розмови про можливість відтворення мамонта методами генної інженерії дотепер виявляються газетними утоками.

З білками справа є краще, хоча пептидні зв'язки в них стійкіше фосфодиефірних, що складають ДНК. Протеоліз білків і всюдисущих бактерій роблять свою чорну справу. Втім, уже давно вдалося показати, що имунологичне мамонт був ближче до індійського слона, чим до африканського - висновок, у загальному-те, тривіальний.

Є, однак, досить стійкі білки, що зберігаються в костях десятки тисяч, а те й мільйони років. Самий стійкий з них - колаген, білок сполучної тканини. Вивчаючи його амінокислотні послідовності, молекулярні палеонтологи зробили ряд цікавих відкриттів. От два приклади.

Винищений людиною й динго в Австралії й Тасманії сумчастий вовк виглядав серед інших австралійських сумчастих якимсь чужинцем, явно на них несхожим. Цього вовка-тилацина виділили в окреме сімейство. І в той же час він дивно походив на хижих сумчасті з іншого кінця планети – Південної Америки. Боргиениди в ролі вовків і диких собак благоденствували в південноамериканських пампасах, але всі вимерли зовсім недавно – близько 10 тис. років тому.

Подібність їх з тилацином було настільки велике, що деякі дослідники стали поєднувати ці сімейства. Але як сумчастий вовк заблукав з Нового Світла в Австралію? Звичайно, ці материки колись з'єднувалися через Антарктиду, ще не покриту льодом, і в міоценових шарах Антарктиди знайдені залишки сумчастих. Але з'єднання всіх трьох континентів доводилося на кінець крейдового періоду, коли існували лише самі примітивні сумчасті, дуже схожі на тих, хто дожив до наших днів і не збираються вимирати опосумів.

Рішення проблеми дав колаген. Ще Дарвін у подорожі на "Бігле" виявив, що копалини кістки аргентинської пампи настільки багаті органікою, що, будучи підпаленими на спиртівці, продовжують горіти синім полум'ям. Кістки боргиенід, сумчастого вовка з музею й кістки нині живучих сумчастих виварили у воді (методика екстракції колагену нічим не відрізняється від готування холодцю). Виявилося, що колаген тилацина - несхожий на цей білок у боргиенид, але дуже схожий з колагеном сумчастого - ведмедя-коали й вомбата. Виходить, подібність тилацина з південноамериканськими сумчастими конвергентне, обоє сімейства виникли незалежно, хоча й від одних крейдових предків.

Останнім часом удалося навіть виділити колаген з костей австралопітеків - прямоходячих африканських мавп. По амінокислотній послідовності він виявився ідентичний людському!

На жаль, колаген - виключення. Безпосередні продукти генів - білки в копалин тварин так само недоступні нам, як і самі гени. Тому про генетичні програми організмів, що не дожили до наших днів, ми можемо судити лише побічно, за кінцевими результатами. У першу чергу по костям і іншим кістяковим елементам. Зіставивши їх з гомологічними органами нині живучих організмів і вивчивши генетичні програми останніх, ми можемо відновити, здавалося б, назавжди втрачені гени тих же мамонтів або динозаврів.

Це питання ми розберемо в наступних главах. А як є справа з культурною еволюцією? Чи можна реставрувати її хід, довідатися, на яких язиках говорили древні люди, а головне - що виражали словами цих язиків? Які казки й міфи розповідали під зводами печер у давним-давно погаслих багать, як вони добували засоби до існування? І далі, вірніше, ближче до нас: що підсунуло наших предків винайти землеробство й тваринництво, навчитися плавити метал, ткати льон і бавовна, ліпити горщики? Як відбувалася зміна відносин між людьми в період зміни формацій? Тут явна аналогія з реконструкцією біологічної еволюції.

Природно, те, що не залишило сліду в пам'яті нащадків, зникло безвісти. Ми можемо з достатньою часткою ймовірності відновити древні мови й обряди, людські взаємини й казки лише в тім ступені, у якій вони живі в сучасних суспільствах. Точно так само, як відновлюємо структуру генів вимерлих тварин - по гомологічних генах їхніх родичів і нащадків, що дожили до наших днів.

Ці проблеми дозволяє порівняльна лінгвістика й етнографія. Інше джерело - дані, що поставляються археологією, аналогом палеонтології в застосуванні до людського суспільства. Житла й одяг, начиння й зброя не еволюціонують так само, як кістки кістяка. У точному значенні слова в обох каналах інформації еволюціонують технології, і судити про історичні процеси ми можемо тільки за кінцевими результатами. Можна тільки подивуватися, скільки інформації про життя древнього суспільства може дати підготовленому розуму, наприклад, черепок горщика або шматочок шлаків із древньої домни.

Напевно найдуться читачі, які запитають: а навіщо нам все це потрібно? Вони можуть, звичайно, поблажливо поставитися до спроб розгадати технологію виготовлення булата або царського пурпуру, але не більше. На жаль, такі скептики-прагматики зустрічаються й там, де вивчають канали генетичної інформації, хід біологічної еволюції.

Але, в остаточному підсумку аналіз передачі інформації з лінгвістичного каналу, вивчення еволюції мемофондів і є вивчення історії. Скажемо так: історія людських суспільств і є еволюція мемофондів. У цій науці існують дві крайності. Одні зводять її до перерахування діянь королів і вождів, до списку воєн і двірських переворотів. У нашій історичній науці раніше був прийнятий інший погляд: історія як боротьба класів. Але зводити історію до класової боротьби, на мій погляд, означає також збіднювати її. Це така ж марна вульгаризація, як і протилежна точка зору. Будемо вважати, що багато законів історії, закони еволюції людських суспільств, нам ще має бути відкрити. Якщо ми не будемо оглядатися назад, то приречені спотикатися об кожний камінь на своєму шляху вперед. І в цьому зміст вивчення еволюції мемофондів.

Література

генетичний еволюція мова лінгвістичний

1. Джефрі Чарльз. Біологічна номенклатура. - К., 1999

2. Кейн А. Вид і його еволюція. - К., 1998

3. Майр Е. Зоологічний вид і еволюція. - К., 1999.

4. Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. — М., 1969.