Ю.В. Чайковский
/>1. Что такое ламаркизм?
Частоламаркизмом называют признание наследования признаков, приобретенных организмомв течение жизни. Однако, как было отмечено в упомянутой статье Е.А. Ароновой, пресловутая«идея о наследовании приобретенных признаков стала известна как ламарковскиймеханизм благодаря чему-то вроде исторической шутки». На самом деле в эту идеюво времена Ламарка и Дарвина верили все. Суть же учения Ламарка состоит вдругом – это «стремление природы к постепенному усложнению организации» инепрямое влияние внешних условий: «употребление того или иного органа или, наоборот,неупотребление его, вызывает изменение организации, которое передаетсяпотомству». Оба эти явления возможны в силу собственной активности особи, которая,тем самым, выступает у Ламарка как основной движущий фактор эволюции. Этиположения никогда не были опровергнуты опытом, они просто потерялипривлекательность в сравнении с более простой схемой неодарвинизма. «Идея овнутренней активности организма как факторе эволюционного развития все больше ибольше игнорировалась», – пишет Аронова.
Попробуемеще раз сформулировать основные идеи ламаркизма как эволюционного учения.
1.Главным отличием, сделавшим ламаркизм популярным (особенно среди физиологов), явилосьпровозглашение в качестве ведущего фактора эволюции собственной активностиособи.
2.Активность особи приводит к тому, что одни органы используются чаще иинтенсивнее других, и это ведет их к преобразованию. Данный компонент теорииЛамарка именуется «упражнение-неупражнение» (по-английски –«use-disuse»).
3.Наследование приобретенных признаков важно не само по себе, а как путь передачиитогов найденной удачной активности особи (например, упражнения органов)потомству.
4.Ламаркизм признает ведущим фактором эволюции также стремление организмов ксовершенствованию (прогрессу). В этом утверждении проявляется наиболее резкоерасхождение с дарвинизмом, полагающим прогресс всего лишь одной из формприспособления к среде. Одновременно это утверждение близко идеям номогенеза –учения о закономерном характере путей эволюции.
/>5. С другой стороны, ламаркизм оказывается близок к дарвинизму ирасходится с номогенезом в следующем. Номогенез видит своей целью выявлениезакономерностей эволюционных преобразований и утверждает, что они могут какбыть, так и не быть связанными с функциями. Например, формы листьев вполнезакономерны в том смысле, что выстраиваются в ряды2, но во многих рядах невидно никакой связи с функциями: сходной формой листа могут обладать растения, весьмаразличные по экологическим особенностям и по происхождению, а у растений, сходныхпо экологии и/или состоящих в близком родстве, форма листьев может бытьразличной. Растущий в Москве клен и растущий на Кавказе платан имеют оченьсходные контуры листьев, а в одной роще могут расти рядышком клен обыкновенный(платанолистный) и клен ясенелистный («американский клен»). Номогенез видит тутчерту эволюции, тогда как ламаркизм и дарвинизм считают эволюционно значимымилишь закономерности функционально значимых изменений.
6.Ламаркизм и дарвинизм рассматривают эволюцию как преобразование взрослыхорганизмов в ходе развития жизни на Земле. Однако еще Этьен Жоффруа Сент-Илер, ученикЛамарка, развил концепцию, в которой ведущим фактором эволюции считаетсяпреобразование под действием изменений среды не взрослых особей, а зародышей.Этот взгляд позже был назван жоффруизмом.
Доконца ХХ в. упоминания о новых взглядах на теорию ламаркизма в отечественнойлитературе были очень редки. Зато в последний год ушедшего века появились сразудве книги, осветившие, пусть и скупо, роль ламаркизма в новом эволюционизме.
Перваяиз них: Гродницкий Д.Л. Две теории биологической эволюции. (Красноярск, 2000).Две теории, о которых говорится в заглавии – это дарвинизм и эпигенетическаятеория, так автор именует нынешний жоффруизм. Но и для ламаркизма, и, особенно,для номогенеза в книге тоже нашлось место. Автор говорит о двух положенияхламаркизма: наследовании приобретенных признаков и (правда, очень кратко)упражнении-неупражнении, но о прогрессе рассуждает только в контекстеномогенеза.
Приведемцитату из книги.
«Общаясхема опытов, подтверждающих возможность наследования приобретенных свойств, такова:особи или культуры клеток, обитающие в специфической среде, подвергаютсякратковременному воздействию химического или физического фактора. Послевозвращения в прежние условия все особи и клетки (или большая их часть)обнаруживают новые признаки, которые передаются потомкам (Landman, 1991).
Одиниз примеров связан с блокированием активности генов путем их метилирования…Метиловый радикал, присоединенный к цитозину, изменяет конформацию молекулы ДНК,делая ген недоступным для регуляторных белков; при репликации ген копируетсявместе с метиловой группой (Landman, 1991)… появляются клетки других тканей,причем тканевая специфичность индуцированных клеток сохраняется на протяжениинескольких сотен поколений (Maynard Smith, Szathamary, 1995).»
[Видимо,речь идет о том, блокировка гена в клетке на начальной стадии индивидуальногоразвития приводит к тому, что из такой клетки в дальнейшем формируется ткань сдругими свойствами. – Прим. ред.]
/>Приведенный пример – простейшая иллюстрация молекулярноголамаркизма. Речь тут идет о наследовании длительном, но не навсегда, т.е. одлительных модификациях, известных генетикам уже 90 лет, но для которых лишь недавнобыл установлен молекулярный механизм. Длительные модификации, как эволюционныйфактор, традиционно отвергаются дарвинизмом на том основании, что для эволюцииякобы важны только генетические преобразования, носящие постоянный характер.Однако это соображение слабо, поскольку давно известно, что временныенаследственные изменения могут заменяться на постоянные. В книге Гродницкогоприведен длинный перечень таких изменений (у него они названы генетическойассимиляцией) и, в частности, результаты работ Г.Х. Шапошникова, которыйвыращивал тлей на малопригодном для их питания субстрате (смертность – выше99%) и примерно за 15 поколений (из которых почти все были партеногенетическими,получал различия ранга видовых3. Правда, молекулярный механизм для объясненияэтого конкретного явления еще не найден, имеются только гипотезы.
ЧитаяГродницкого, надо иметь в виду, что он полагает, будто при партеногенетическомразмножении рекомбинация генетического материала отсутствует. На самом деле онаидет (апомиксис), причем именно в этом случае возникает материал длясверхбыстрой эволюции.
Главноеже, на мой взгляд, состоит в том, что новое появляется не за счет редкихслучайных мутаций, а в процессе массовой направленной изменчивости. Нарезультат именно такой изменчивости и может действовать естественный отбор. Кэтому вопросу мы еще вернемся в п. 8 настоящей статьи.
Втораяиз двух вышедших в России на рубеже веков книг, в которых затрагиваются вопросыламаркизма: Голубовский М.Д. Век генетики: эволюция идей и понятий (СПб., 2000).К этой работе мы обратимся позже. Пока же отметим, что в ней можно найтиописание механизма длительных модификаций и приведено еще несколько примеровмолекулярного ламаркизма. Но, к сожалению, нигде прямо не сказано, что этоламаркизм.
2. Ламаркизм в нынешнем западном понимании
Основнымполигоном для развития взглядов нового ламаркизма оказалась иммунология.Отметим однако, что за последние полвека сам смысл слова «иммунология» сильноизменился: прежние знания об иммунитете, об иммунитете врожденном, который общвсем организмам и наука о котором связана для нас с такими именами, как И.И. Мечников(животные) и Н.И. Вавилов (растения), теперь далеко отошли на перифериюиммунологии. Разработанное 70–120 лет назад учение о врожденном иммунитете никемне оспаривается, но почти никем и не исследуется; всех занял анализприобретенного иммунитета, связанного с изменением генов, происходящим утеплокровных животных и, прежде всего, млекопитающих, в течение жизни.
Главнаятема книги трех австралийских иммуногенетиков во главе с Эдвардом Стилом «Что, еслиЛамарк прав?» (в русском переводе – М., 2002) – изложение взглядов авторов, видящихпараллель между иммуногенезом, происходящим на протяжении жизни особи, иэволюцией, протекающей путем смены поколений, т.е. в историческом времени.Главное внимание уделяется синтезу гена, кодирующего иммуноглобулин – белок, выступающийв иммунной реакции как антитело, т.е как молекула, связывающая антиген –чужеродную молекулу. Синтез гена иммуноглобулина рассматривается в книге какмодель синтеза всякого нового гена в эволюции.
Правда,на вопрос «Что такое ламаркизм?» и авторы, и редактор перевода ответилиодинаково просто: наследование приобретенных признаков. Но это неверно. Как ужебыло сказано, тезис о наследовании приобретенных признаков – не положениекакой-либо теории, а общее донаучное мнение, культурный феномен едва ли не увсех народов. Его не раз включали в свои построения многие мыслители, в томчисле и до Ламарка, и после (например, Дарвин).
Данныйтезис начал обсуждаться только в конце XIX в. в связи с работами АвгустаВейсмана, заложившими основы неодарвинизма (в раннем смысле этого термина) –концепции, впервые провозгласившей невозможность наследования признаков, приобретенныхособью в течение жизни, – поскольку, по Вейсману, наследственный материалполовых клеток якобы не подвержен внешним воздействиям. Это «ненаследование»именуется в книге Э.Стила с соавторами «барьером Вейсмана».
Основнаяже суть ламаркизма никак не обсуждается. Упомянута, правда, тема «use-disuse», новесьма странно – как изобретение Ч.Дарвина (на самом деле он заимствовал ее уЛамарка). Вопрос о прогрессе даже не упоминается. Поэтому говорить, что авторывозрождают ламаркистские взгляды, можно лишь с радикальной оговоркой: в первуюочередь в книге реанимируется ламаркистский элемент учения Дарвина.
Надозаметить, что подобное (непозволительное!) сужение понимания ламаркизма – тожекультурно-исторический феномен. В самом деле, авторы приводят цитаты из пятинынешних англоязычных биологических словарей, и во всех ламаркизм подан именнокак наследование приобретенных признаков. Разумеется, и по-английски можнопрочесть о ламаркизме кое-что более содержательное, но такое узкое пониманиеэтой теории на самом деле преобладает.
Кстати,вся обширная библиография книги англоязычна. Англоязычная же литература, вдостаточной степени охватывающая работы в области молекулярной биологии, далеконе так полна в отношении эволюционных идей вообще и ламаркизма в особенности.Тут важнее работы, вышедшие на французском, немецком и русском языках. Поэтомунеудивительно, что заглавие книги плохо соответствует ее содержанию, чтоанализа проблем эволюции в ней фактически нет.
Нашипопулярные издания были и остаются лучше. Вот, к примеру, статья в обычномэнциклопедическом двухтомнике для широкого читателя (Российскийэнциклопедический словарь. – М., 2000).
«Ламаркизм,первая целостная концепция эволюции живой природы, сформулированная Ж.Б.Ламарком. По Ламарку, виды животных и растений постоянно изменяются, усложняясьв своей организации в результате влияния внешней среды на организм некоеговнутреннего стремления всех организмов к усовершенствованию. В дальнейшемламаркизм подвергался резкой критике сторонниками дарвинизма, но вместе с темнаходил поддержку в различных направлениях неоламаркизма».
Каквидим, наследование приобретенных признаков даже не упомянуто. Его находим вдругой статье двухтомника.
«Неоламаркизм,совокупность разнородных концепций в эволюционном учении, возникших во 2-йполовине XIX в. в связи с развитием отдельных положений ламаркизма.Механоламаркизм приписывал ведущую роль в эволюции условиям внешней среды;ортоламаркизм усматривал основную причину развития во внутренних свойствахорганизмов, предопределяющих прямолинейный характер эволюции; психоламаркизмсчитал основным источником эволюции сознательные волевые акты организмов. Общеедля всех этих концепций – признание наследования приобретенных признаков иотрицание формообразующей роли естественного отбора».
Новернемся к книге Э.Стила с соавторами. Итак, замахнувшись на проблему в целом, австралийскиеиммунологи на самом деле рассуждают только об одной из черт неоламаркизма. Нопри этом они приводят много интересных фактов. Рассмотрим их, а затем самиподумаем, что нового можно извлечь из этого материала для понимания эволюции.
3. Ламаркизм и дарвинизм
Перваяглава книги названа: «Идеи Ламарка и Дарвина – две стороны одной медали». В ееначале авторы справедливо отмечают: «Революционные представления Чарлза Дарвинао естественном отборе как главной движущей силе эволюции сейчас превратились вдогму. Обновление наших взглядов на эволюцию требует учета данных, полученныхмолекулярной генетикой, особенно – молекулярной генетикой иммунной системы».Это верно: все известные мне руководства по дарвинизму оперируют понятиямипятидесятилетней давности; а если там время от времени и используются новыетермины, то не по существу.
Далееавторы напоминают: «В научной картине «внутреннего мира» клеток и молекулиммунной системы неоламаркистские представления об обратной связи генов сомы изародышевой линии [Т.е. геномов клеток тела – соматических и геномов половыхклеток. – Прим. ред.] давно занимают видное и законное место»». Тут они правы:с 1970-х гг. растет уверенность в недостаточности концепции случайных мутацийдля понимания хода внутриклеточного наследственного приспособления. В частности,открытие у бактерий способности включать в свой геном дополнительныйгенетический материал привело к пониманию того, что случайные ненаправленныемутации вносят лишь малый вклад в явление лекарственной устойчивости –устойчивые к лекарствам штаммы бактерий возникают слишком часто и при этомсразу, а не постепенно.
/>И хотя именно на бактериях был в 1943 г. получен главный для неодарвинизма результат: устойчивость к антибиотикам появляется только засчет спонтанных мутаций; на тех же бактериях американский генетик Джон Кэйрнс(Cairns) в 1988 г. этот результат опроверг, показав, что среди мутацийприсутствуют индуцированные, т.е. вызванные условиями опыта. Этот хорошоизвестный факт описан, в частности, в упомянутой выше книге М.Голубовского.Писал об этом и я (Эволюция. Часть 5)4 .
Оказалось,что в опытах 1943 г. выживали те бактерии, которые уже до начала экспериментаимели ген, обеспечивающий устойчивость к антибиотику. А в опытах Кэйрнса, кромеуже существовавших мутантов, нашлись и такие, которые возникли именно в ответна действие нового внешнего фактора. Мутации оказались случайными, нонаправленными, и Кэйрнс смог лишь воскликнуть: «Поразительно, скольмалообоснованным было общепринятое мнение».
Есливнимательно проанализировать первоначальные опыты, то окажется, что сама ихпостановка не давала возможности получить что-либо, кроме «доказательства»случайности мутаций. В частности, в них всегда использовались столь высокиеконцентрации ядов, что возможность физиологического приспособления бактерийпрактически исключалась. Хотя вроде бы ставилась цель – проверить, идет ли таковоеприспособление и носит ли оно наследственный характер. Когда же смертельныедозы были уменьшены до стрессовых, тут же обнаружились акты наследуемогоприспособления.
Вскоретакие же результаты были получены и на более сложных организмах, причем всюдудело было действительно в физиологии, в стрессе. По этому поводу Голубовский всвоей книге пишет: «Как будто клетки в условиях жесткого стресса, не делясь (!),вели генетический поиск и адаптивно меняли свой геном».
Огенетическом поиске мы поговорим позже – в п. 8 (и узнаем, что он в самом делеспособен идти в неделящейся клетке), а сейчас обращу ваше внимание на стресс:одним из самых важных достижений эволюционизма последнего полувека сталопонимание того, что клетка в состоянии стресса способна изменять то, что вобычных условиях неизменно, – свою генетическую информацию. Или, в терминахСтила с соавторами, преодолевать барьер Вейсмана.
Тутя должен предупредить читателей: при чтении книги австралийских иммунологовостается непонятным, зачем вообще опыты Кэйрнса были нужны, и в чем состоитспор, поскольку авторы уверяют, что у одноклеточных барьера Вейсмана нет. Иогорошивают читателя: «А что же с растениями? У них нет барьера Вейсмана, отделяющегосому от зародышевой линии. Приобретенные соматические модификации растений, связанныес изменениями генов, могут, в принципе передаваться потомству… Итак, это ужене секрет: эволюция по Ламарку была и есть, это факт из жизни растений!»
/>Позвольте, если дело обстоит так, то растениям надо бы посвятитьосновную часть книги, а не этот единственный абзац. Если бы «барьер Вейсмана»существовал лишь у животных, то весь неодарвинизм был бы учением обособенностях эволюции животных. На самом деле авторы спутали учение Вейсмана озародышевой плазме с теорией зародышевого пути. Такового пути у растений игубок действительно нет5. К сожалению, подобных несуразностей в книге довольномного.
Главнуюже мысль первой главы книги «Что, если Ламарк прав?» можно выразить так:дарвинизм признает только случайную, ни от чего не зависящую изменчивость, аламаркизм утверждает, что «генетическая изменчивость возникает одновременно сотбором». В этом авторы правы. Однако, по их мнению, данный феномен «легкообъясняет, почему некоторые виды смогли очень быстро генетически измениться привнезапных изменениях среды, во время катастроф; также легко объяснить быстроесоздание разных пород домашних животных». Нет, до объяснения тут еще далеко: неуказан способ (механизм) приобретения наследственных изменений. Однако и о путиих наследования вполне стоит поговорить.
4. Вейсман против Вейсмана
ВпервыеЭ.Стил выступил со своей эволюционной концепцией еще в 1979 г. (см. статью Е.Ароновой) и начал тогда с анализа «центральной догмы молекулярной биологии».Это утверждение первоначально (1958 г.) записывалось так:
ДНК- -> ДНК — -> РНК — -> белок
игласило, что белок синтезируется только на РНК-вой матрице, РНК – только наДНК-вой, а ДНК реплицирует саму себя. Однако вскоре (1970 г.) оказалось, что на РНК-вой матрице может синтезироваться ДНК – это явление называетсяобратной транскрипцией. Кроме того (это было ясно давно), синтез нуклеиновыхкислот требует, кроме полинуклеотидной матрицы, еще и участия белков. Пустьматрицей белок и не служит, но изменение белковых текстов способно повлечьизменение текстов и ДНК, и РНК, и самих белков.
Вдобавок,в 1982 г., Ф.Альт и Д.Балтимор открыли нематричный синтез ДНК: в ходе синтезагена, кодирующего антитело, идет сшивка фрагментов прежних генов, причем вточке сшивки в текст ДНК встраивается небольшой (кодирующий до восьмиаминокислот) фрагмент, ни в какой матрице не хранимый, а синтезируемый ивстраиваемый ферментативно. Насколько сейчас известно, для работы антителаинформативна только длина этой вставки (а не состав ее!), но нам важнее то, чтоданная генетическая информация взята не из генетического текста, а изфункционального состояния ферментативной системы. В этом смысле она перенесенас белков на ДНК и означает переход: белок — -> ДНК.
/>Затем появились и другие примеры нарушения «центральной догмы», и ввозникшей по этому поводу дискуссии6 мы видим традиционные взаимные упреки вневерном понимании самой догмы. Так, ее сторонник сетует на приемы «бесчестнойкомпрометации», когда «тезису, который надо скомпрометировать, преднамеренноприписывают формально схожее, но на самом деле умышленно ложное и весьма часторасширительное утверждение». А противник догмы утверждает прямо противоположное:«Под давлением фактов начался отход от позиции «барьера Вейсмана». Однако прямопризнаться в этом сторонники гипотезы Вейсмана не желали и стали менятьформулировки, лишь бы сохранить на словах саму эту гипотезу».
Обвиняядруг друга в сознательном обмане, добиться успеха невозможно. Поскольку всякийученый считает себя правым вполне искренне, то надо стараться друг другапонять. Да, подмена понятий при обсуждении центральной догмы имеет место, но состороны как ее защитников, так и противников. Обе стороны признают, что догмаверна в ее самом узком смысле – в смысле отсутствия «обратной трансляции»:белок не служит матрицей для нуклеиновой кислоты. Далее обе же стороны согласныв отрицании догмы в ее самом широком смысле – как запрет влияния белков насинтез нуклеиновых кислот. Однако если сторонники догмы делают из этих двухутверждений вывод, что догма истинна, то противники – что она ложна. Учтясказанное, мы примем такую позицию: догма в самом узком смысле верна, нонеинтересна, поэтому надо выяснить, в каком смысле, в какой мере и какимиконкретными механизмами осуществляется влияние белков (точнее, всей физиологииклетки) на генетические тексты. Для понимания эволюции нужно это, а не взаимныеупреки.
Обсуждениюнынешнего состояния центральной догмы посвящена, в частности, упомянутаяподборка статей в журнале «Химия и жизнь» за 2003 г. Четыре из пяти опубликованных работ убеждают читателя, что от центральной догмы мало чтоосталось, а автор еще одной уверен, что ставить опыты нет нужды, ибоприобретенные признаки не могут наследоваться в принципе.
Стого утверждения, что центральная догма являет собой молекулярную формулировкузапрета наследования приобретенных признаков, и начал в 1979 г. свою работу Э.Стил. Его исходная мысль была парадоксальна: хотя «центральная догма» ничем недоказана и препятствует пониманию эволюции, но путь к новой теории лежит именночерез уяснение сути этой догмы. А поскольку она – молекулярный аналог идеизародышевой плазмы Вейсмана, то начать надо с анализа его учения. «Моя точказрения такова: основной блок любого понимания наследования приобретенныхпризнаков можно найти прямо в доктрине Вейсмана», – заявлял тогда Стил.
Всамом деле, Вейсман сам был вынужден отказаться от крайних своих утверждений. В 1892 г. он писал: «Корень наследственных изменений должен лежать глубже [чем вслиянии родительских половых клеток. – Ю.Ч.] и заключаться в прямом воздействиивнешних влияний на биофоры [единицы наследственности – Ю.Ч.]». В чем же состоиттакое воздействие? Этого, разумеется, Вейсман не знал и, в стиле натурфилософовпрошлого, написал: «Начало изменения основывается на малых неправильностях впитании зародышевой плазмы». Тут-то Стил и смог дать радикальное уточнение, невозможноев дни Вейсмана: «питание» наследственного материала состоит в усвоении имгенетического материала некоторых вирусов.
Конечно,сводить эволюцию, даже только приспособительную, к одному лишь наследованиюприобретенных признаков наивно, зато такое сужение задачи позволило Стилу сразувчерне решить ее. По его мнению, зародышевая плазма действительно играетведущую роль в эволюции, поскольку ее фрагменты передаются между органами иорганизмами с помощью вирусов. Тем самым, вирусы, по крайней мере некоторые ихформы, например ретровирусы (вирусы, РНК которых передает свою информацию вхромосому организма путем обратной транскрипции), являются не только и даже нестолько причиной болезней, сколько необходимым эволюционным агентом.
Главнаямысль новой книги Стила с соавторами проста и убедительна: синтез антител естьсоздание новой генетической информации, не сводимое к случайным ненаправленнымвариациям «по Дарвину», причем нужный ген формируется целенаправленно. Тем самымфеномен приобретенного пожизненного иммунитета выступает как несомненный фактнаследования приобретенного признака, причем наследование происходит путемвключения вновь найденного гена, кодирующего антитело, в хромосомы клетокиммунной памяти, из которых при надобности вновь производятся клетки, способныепроизводить антитела.
Исходяиз этого факта делается правдоподобное допущение: эволюционно значимаяинформация может передаваться из хромосом стволовых клеток лимфоидной системы вхромосомы стволовых клеток половой железы. А осуществляют эту передачу, поСтилу, ретровирусы. Это допущение еще предстоит проверить. Пока же поговорим омеханизме приобретения новой генетической информации в ходе иммуногенеза иподумаем, что это дает для понимания эволюции.
5. Генетический принцип обеспечения разнообразияантител
Узародыша млекопитающих есть совсем немного генов, кодирующих иммуноглобулины, –около сотни. Их последующее разнообразие в ходе развития организма каждый разсоздается заново, точно так же, как заново создается любой орган. Создается онопутем комбинирования фрагментов существующих генов. Но этого разнообразияоказывается мало, поэтому конкретное антитело обычно не выбирается из наличных,а создается в ответ на конкретную заразу (на антиген). Процесс идет так.
Встрессовой ситуации, которую создает вторжение антигена, включается механизмперестройки генов иммуноглобулинов: генетическая система по каким-то не вполнееще понятным правилам режет и сшивает фрагменты генов до тех пор, пока ненайдет приемлемый вариант – тот, что синтезирует антитело, которое реагирует свторгшимся антигеном. Найденный вариант клонируется (т.е. размножается изединственного родоначального экземпляра).
Заоткрытие этого механизма иммунолог из Японии Сусуму Тонегава получил в 1987 г. Нобелевскую премию (работа начата в Швейцарии, а завершена в США). Суть открытия в том, чтоген может быть переделан в цитоплазме.
Указанныймеханизм рекомбинаций поставляет антитела, связывающие антигены довольно слабо.Для улучшения их «качества», для тонкой подстройки, осуществляется следующийэтап, соматический (т.е. не связанный с размножением), – гипермутагенез.Включаясь после создания нужной комбинации фрагментов он осуществляетпревращение «черновой болванки» в «готовое изделие».
Гипермутагенеззаключается в том, что при клонировании гены «болванки» (первично найденноговарианта) мутируют с огромной частотой (каждый тысячный нуклеотид заменяется, тогдакак обычно точковый мутагенез в 100 миллионов раз менее интенсивен), а потом сих копий синтезируется масса чуть отличных друг от друга белковых цепей (рис.1) антител, какое-то из которых оказывается подогнанным к антигену наилучшимобразом. Этот окончательный вариант снова клонируется и запоминается клеткамииммунной памяти, т.е. наследуется на время жизни особи (возникает приобретенныйиммунитет).
/>
Рис.1. Избирательность гипермутагенеза (эффект Ву–Кэбота), которую установили в 1970 г. Тай Тэ Ву и Элвин Кэбот на легкой цепи одного из иммуноглобулинов мыши. (По Ройт и др., 2000.)Сходная картина получена и на других объектах. Вверху: 7 фрагментов белка судачными заменами аминокислот. (Цифры справа – число необходимых для этогозамен нуклеотидов.) Внизу: частота наблюдавшихся в опыте замен аминокислот
Вэтом, грубо говоря, состоит генетический принцип обеспечения разнообразияантител (термин Тонегавы): возникшие при перестройках фрагменты сшиваются(механизм Тонегавы), причем с нематричными вставками (механизм Альта–Балтимора,п.4), затем успешный вариант точно подгоняется к антигену (механизмгипермутагенеза), клонируется и запоминается (соматическое наследование).
Словом,гены антител образуются не за счет случайных мутаций, как думали прежде, апутем многостадийного процесса (рис. 2), в котором лишь одну ступень можноназвать мутагенезом и то в особом смысле: он направлен – в том смысле, чтопроисходит только в нужных участках нужных генов, зато с неимоверной частотой.
/>
Рис.2. Пять источников разнообразия антител ( По Ройт и др., 2000).
Кромеописанных в тексте, здесь указана генная конверсия, смысл которой тот же, что урекомбинации по Тонегаве (комбинируются гипервариабельные участки V), нодобавочными элементами комбинирования служат не соединительные сегменты J, апсевдогены, т.е. гены, утратившие собственную активность
СамТонегава в нобелевской лекции ясно провел параллель иммуногенеза с эволюцией:«Подобно организмам в экосистеме, эти лимфоциты – субъекты отбора антигенами, иприспособленнейший будет выживать. И… иммунную систему индивида можнорассматривать как своего рода Дарвинов микрокосм».
Параллельочевидна, но надо выяснить, причем тут Дарвин. Оказывается, иммуногенез схож нес естественным отбором, а с искусственным. Мы подошли к самому важному пункту.
6. Роль отбора в иммуногенезе
Миручения Дарвина – это мир малых вариаций, последовательно вытесняющих друг другав борьбе за дефицитные ресурсы. Только при таком понимании естественного отбораДарвину удалось построить свою теорию. И хотя позже было предложено множествоиных пониманий, годились они только для своих узких конкретных целей. Поэтомуважно понять, насколько справедлива аналогия Тонегавы (не раз повтореннаядругими).
Легковидеть, что в иммунногенезе все совсем не так, как у Дарвина: клетка делится непотому, что получила какой-то жизненный ресурс или пришло время, а по «приказу»(сходному с «приказом» селекционера); и этот «приказ» к размножению дает клеткеее антитело, связавшееся с антигеном. Далее, малые вариации являют здесь толькоодну из ступеней изменчивости, тонкую подстройку.
Кактолько в крови появились «болванки», связанные с антигеном, тут же возникают (влимфатических узлах и в селезенке) центры размножения, где «болванки»накапливаются, и тем самым накапливается антиген, который связан, но неразрушается. Только здесь и идет гипермутагенез («Что, если Ламарк прав?», с.133).
Этоочень похоже на ферму. Сравнения клеток по выживаемости тут нет: словноселекционер на ферме, иммунная система колоссально размножает тех, кто несетжелаемый признак, и вовсе не допускает к размножению остальных. Существенно, чтоэти остальные тут же уничтожаются (механизмом апоптоза, т.е. самоуничтоженияклетки), чего в дарвиновском естественном отборе тоже нет.
Чтокасается конкуренции за ресурсы, то вопрос сложнее: в одном смысле иммунологиее допускают – в процедуре точной подстройки. Эту процедуру они называютповышением аффинности В-клеток, т.е. клеток, производящих антитела. (Слово«аффинность» означает по-русски «сродство»; им обозначают специфичность и силусвязывания антитела с антигеном.) Авторы нового английского руководства: Ройт А.и др. Иммунология (М., 2000) в параграфе «Созревание аффинности зависит отселекции клеток» указывают: «Степень повышения аффинности обратнопропорциональна дозе введенного антигена: при введении высоких доз сродствовозрастает слабее, чем после иммунизации низкими дозами антигена. Высказанопредположение, что при низкой концентрации антигена его связывают в достаточномколичестве лишь те В-клетки, которые обладают высокоаффинными рецепторами…При значительной же концентрации антигена его связывают и активируются каквысоко-, так и низкоаффинные В-клетки».
Предположениевполне естественно, но это пока всего лишь предположение, и спасибо авторам, честноотметившим этот факт (другие, в том числе Стил, пишут иное – что В-клетки всамом деле конкурируют за дефицитный антиген, так что между ними якобы идетнастоящий естественный отбор по Дарвину). Для выявления конкуренции нужныспециальные опыты. В частности, необходимо определить те концентрации антигена,при которых эффект малых доз возникает и при которых исчезает, а затем выяснить,имеет ли место в этих пределах дефицит антигена.
Покаэто не сделано, налицо лишь сам эффект малых доз, а он известен всем врачам ифизиологам. Говорят даже, что всякое лекарство есть яд, даваемый в малых(стимулирующих) дозах. Это значит, что с ростом дозы меняется не только силаэффекта, но и сам эффект может смениться на противоположный, а это (смену знакапроцесса) вряд ли возможно связать, не напрягая фантазии, с какой-либоконкуренцией.
Словом,«Дарвинов микрокосм» сомнителен, и Тонегаве лучше было бы сказать: «микрокосмЭмпедокла» – об этом античном мыслителе (полагавшем, что первые организмыпроизошли путем случайной комбинации органов, но потомство оставили только те, ктобыл способен жить) можно прочесть в любом курсе истории эволюционных учений.Иммуногенез на первом этапе синтеза гена антитела осуществляется именно путемкомбинирования блоков. И, поскольку иммунитет на самом деле работает (аэволюционные доктрины только строят воображаемые картины), постольку знание онем как раз и может служить для оценки справедливости эволюционных доктрин идля их коррекции.
7. Иммунология и общие проблемы эволюции
Заглянемв Биологический энциклопедический словарь.
«Иммунология– биологическая наука, изучающая защитные реакции организма, направленные насохранение его структурной и функциональной целостности и биологическойиндивидуальности».
Напомню:именно так, широко, предложил в 1964 г. понимать иммунологию Фрэнк МакфарлейнБернет, основатель австралийской иммунологической школы и нобелевский лауреат.С этой позиции борьба с заразой – лишь одна из задач иммунитета. Другая задача– контроль совместимости тканей организма.
Какуже сказано выше, иммунитет есть у всех организмов, и они все жизнеспособны, следовательнопростого (врожденного) иммунитета для успешной борьбы с инфекцией достаточно.Но на это обращают внимание лишь немногие (например: С.Н. Румянцев. Микробы, эволюция,иммунитет. – Л., 1984), а в книге Э.Стила с соавторами об этом нет ни слова.
ХотяА.Ройт с соавторами в своем цитированном выше учебнике («Иммунология»)врожденный иммунитет едва упоминают, но в эволюционной главе заявляют прямо:«Беспозвоночные лишены лимфоцитов и антител, но тем не менее обладаютэффективными механизмами защиты.… Внедрение патогенных организмов ипаразитов вызывает у беспозвоночных быстрый иммунный ответ, что и обеспечиваетгромадное разнообразие и изобилие этих животных». И ставят вопрос: «толькопозвоночные обладают лимфоцитами с высокой специфичностью и среди них клеткамииммунологической памяти. Какие же факторы внешней среды могли обусловитьусложнение иммунной системы у позвоночных?»
Вотпервый вопрос, связывающий иммунологию с эволюцией. В учебнике ответа не дано, иу меня его тоже нет, но замечу, что факторы вовсе не обязательно искать тольково внешней среде – не менее важна внутренняя среда организма.
Далее,у беспозвоночных есть крупные формы, например головоногие. Они не могут (какмогут мелкие организмы) компенсировать высокую смертность от болезней высокойрождаемостью, а потому нуждаются в сохранении особей не меньше, чем мы с вами, игораздо больше, чем мыши и те мелкие звери, из которых мы произошли. Более того,самые крупные и медленно размножающиеся на Земле организмы – гигантские деревья,а они обладают самым простым типом иммунитета. [Следует помнить, чтовозможность компенсации высокой смертности высокой рождаемостью – числопроизводимых особью потомков, их выживаемость и скорость полового созревания –далеко не всегда связана напрямую с таким неспецифическим признаком, как размерорганизма. – Прим. ред.]
/>Добавим, что недавние исследования показывают, что у растений тоженаблюдается высокая генетическая вариабельность элементов иммунной системы, сходнаяс вариабельностью генов наших антител7. Но растения не страдают от нашихавтоиммунных болезней (рак, рассеянный склероз, аллергия и т.п.), при которыхиммунная система буквально поедает хозяина.
Этимставится второй вопрос: зачем нам наш устрашающе сложный иммунитет, ежечасноготовый превратиться из защитника в убийцу?
Упомянутыйвыше Фрэнк Бернет, видимо, был первым, кто понял, что главное дело сложногоиммунитета не в борьбе с заразой: организм обладает тем типом иммунитета, какойнужен для поддержания его целостности. С этой точки зрения легко понять, чтоповышение организации животных в ходе эволюции требовало усложнения иммуннойсистемы, так что наш с вами коварный иммунитет достался нам (и не отсекаетсяотбором) потому, что без него нас попросту не было бы – наш онтогенезневозможен без сложной системы иммунологического надзора (тоже термин Бернета).
Еслииммунитет – гарант целостности, то каждый организм должен обладать тем типомиммунитета, какой нужен для поддержания данного типа целостности. Яблоняобладает простым типом иммунитета вовсе не потому, что угнетающие ее патогеныпросты, а потому, что ни у одного растения нет той степени целостности, какаятребовала бы сложного иммунологического надзора – к примеру, отторжениятрансплантированной ткани. Наоборот, млекопитающее, не способное к такомуотторжению, просто не смогло бы (согласно идеологии Бернета) сформироваться вонтогенезе.
Третийвопрос: что можно, а чего нельзя сделать отбором случайных вариаций за данноевремя при данном числе особей? Противники дарвинизма вот уже почти полтора веказаявляют, что нет никаких фактов для веры в то, что сложные приобретенияпроизведены отбором случайных вариаций. Дарвинизм традиционно отводит всевозражения оппонентов ссылкой на необозримо громадное количество организмов, жившихза время эволюции. Для решения спора нужны конкретные цифры – число особей, числопоколений, мера эволюционного изменения – а ни для вымерших, ни для нынеживущихорганизмов эти цифры получить невозможно.
/>Но вот для генов иммуноглобулинов некоторые значения как раз можноподсчитать вполне точно, так что от строгого «Hic Rhodus – hic salta!8 »уклониться некуда: за данное время из данного многообразия генов выбираетсяодин, нужный для синтеза данного антитела. Работает ли тут идея Дарвина или, наоборот,нужно признать некий более сложный механизм? Другими словами, случайны ливариации в ходе иммуногенеза? Прояснение этого вопроса принципиально дляпонимания и иммунитета, и эволюции.
Еслибы механизм Тонегавы перебирал одну за другой все возможные комбинациифрагментов, то, как показывает расчет, он наработал бы в одном организме мыши заее жизнь 3 млн различных антител. Но возможных антигенов – многие миллиарды, инет никакой гарантии, что среди созданных были бы те самые антитела, какие вданное время нужны. Поэтому процесс идет иначе: выбирает одни варианты многочаще других, делает «болванку» нужного антитела и доводит ее до нужной кондициипутем гипермутагенеза. Принцип этого процесса еще не вполне понятен, но ужеясно, что для понимания придется пересмотреть многое из того, что до сих порказалось незыблемым. Например, изменить взгляды на феномен случайности.
Так,согласно Стилу с соавторами, у каждой мыши одновременно существует всего около10 тыс. типов антител. Именно с этого количества начинается поиск нужноговарианта. Все стадии поиска авторы называют случайными, но случайность этавесьма неравномерна и ничуть не похожа на стандартные (изучаемые в теориивероятностей) явления типа бросаний игральной кости. А именно, одни вариантывозникают часто, другие редко, а третьи никогда. Налицо сложная системнаяслучайность, и нетрудно понять, почему она тут необходима: стандартнаяслучайность дает равные вероятности вариантов, т.е. в среднем те же результаты,что и их последовательный перебор, а он был бы тут бесполезен: потребовалось быв тысячи раз больше молекул, чем имеется.
Всамом деле, у мыши одновременно наличествует всего 50 млн экземпляровлимфоцитов, способных производить антитела, причем каждый синтезирует лишь одинтип антител, а деление лимфоцита занимает более 5 часов. При равномерномраспределении типов антител (максимум 3 млн, и то в конце жизни) по клеткамкаждый тип будет представлен всего несколькими (менее 20) экземплярами. Дажеесли среди них уже есть нужный для иммунного ответа, то его клонирование несможет поспеть за размножением инфицирующих бактерий (деление у которыхзанимает меньше часа).
Поэтомуприрода отвергла случайный перебор, а избрала иную стратегию: исходноеразнообразие антител поддерживается на минимальном уровне (10 тыс.), достаточномдля начала поиска нужного варианта; сам же поиск включает случайную компоненту,но не является случайным перебором. Как поиск устроен, пока неизвестно, однакомы знаем, что нужный вариант находится быстро, а значит именно не перебором.
Клеткас найденным вариантом клонируется, но клонирование лимфоцитов само по себе неэффективно,поскольку идет медленнее размножения бактерий. Этим порождается четвертыйвопрос, касающийся связи иммунологии с эволюцией: почему на деле скоростьработы иммунной системы оказывается достаточной?
Впринципе есть два пути: либо высокоаффинные лимфоциты делятся много быстрееобычных (что возможно, так как жизнь их сведена к единственному акту связыванияантигена – на что мельком указывают Стил с соавторами), либо найденнаягенетическая информация переносится между клетками с помощью ретровирусов.
/>Итак, иммуногенетика предоставила прекрасный полигон для испытанияэволюционных теорий, и оказалось, что при выработке иммунитета действительнопроисходит наследование (сохранение) приобретенных признаков в ДНК (правда, лишьна время жизни особи), причем эффективно действует отбор, но не тот, чтопостулировал Дарвин. Как писала Аронова, излагая Стила, «происходитположительный отбор – отбор на размножение (то, что мы называем искусственнымотбором), в отличие от естественного отбора – на выживание»9.
Ксожалению, в книге «Что, если Ламарк прав?» ее авторы применили термин«положительный дарвиновский отбор», запутывающий проблему: ведь Дарвин неразличал положительного и отрицательного отбора. Естествен пятый вопрос: прикаких условиях включается в организме механизм отбора нужных вариантов наразмножение? На него можно уверенно ответить: этот механизм включаетсястрессом. Вопрос и ответ выходят далеко за рамки иммунологии – стрессомзапускается генетический поиск.
8. Роль генетического поиска и отбора в эволюции
/>Генетическим поиском (впервые в этой статье мы упомянули о нем вп.2) называется тот исключительный режим работы генетической системы, прикотором производится новая генетическая информация, тогда как в обычном режимелишь копируются тексты и поставляется информация для работы клеточныхмеханизмов. О генетическом поиске сейчас пишут многие (так, одной из его формявляется гипермутагенез, причем Э.Стил с коллегами показали, что он может идтив неделящихся клетках с помощью обратной транскрипции), правда, называя этотфеномен разными терминами10 .
ФизиологА.Г. Зусмановский (Ульяновск) прямо кладет его в основу своей эволюционнойконцепции. О ней мне уже приходилось писать11, а сейчас добавлю, что этаконцепция являет собой самую детальную из известных мне попыток сочетатьсовременный ламаркизм с иными воззрениями – дарвинизмом и экологическимэволюционизмом (равно как в книге Гродницкого дарвинизм сочетается сномогенезом и жоффруизмом). Достоинство таких попыток в том, что они расширяюткругозор, непозволительно урезанный за сто лет господства дарвинизма, анедостаток – в том, что все эти попытки сосредоточены, как и в случае сдарвинизмом, на объяснении, в то время как вопросы проверки и практическогоприменения эволюционных концепций даже не ставятся.
Всвоей новой книге «Биоинформация и эволюция» А.Зусмановский использует все теданные генетики, о которых мы говорили выше, а кроме того, привлекает сведенияиз других разделов биологии. Как и все (известные мне) физиологи, детальноразрабатывающие идею эволюции, он по сути является ламаркистом, так чтоподзаголовок книги: «правы и Ламарк, и Дарвин» (вероятно, навеянный книгойСтила с соавторами), не вполне соответствует ее содержанию – за Дарвиномправота признается небольшая.
Аименно, подчеркивается (и принимается) ламарков элемент во взглядах Дарвина, носами его – Дарвина – взгляды автор признает верными лишь с позиций XIX в. – внаше же время следует переосмыслить принцип естественного отбора. А именно, напервое место выходит понятие потребности, которое автор подробно обсуждает.
Потребностьон определяет согласно физиологу П.В. Симонову (1987): «Потребность естьспецифическая «сущностная» сила живых организмов, обеспечившая их связь свнешней средой для самосохранения и саморазвития, источник активности вокружающей среде». О потребностях как факторе эволюции писали Ламарк и многиедругие. Из множества примеров, приводимых Зусмановским, упомяну один, молекулярный.
«Tripanosomagambiense – возбудитель сонной болезни, которую распространяют мухи цеце.Популяция паразитов, несущих на клеточной оболочке поверхностный антиген, проникнувв кровяное русло животного, быстро пролиферирует [Размножается делением. –Ю.Ч.] несколько дней. Тем временем иммунная система хозяина расшифровываетструктуру антигена и образует соответствующие антитела, убивающие паразита.Когда их популяция сокращается примерно в десять раз и более, у части особейкак бы внезапно происходит мутация соответствующего гена, обеспечивающегообразование нового антигена, не знакомого иммунной системе животного. Быстроеразмножение паразитических микроорганизмов будет продолжаться до тех пор, покаживотное не выработает соответствующий вариант антител. Подобные циклы могутповторяться многие сотни раз… Механизм смены антигенов трипаносомы включаетнаправленную транспозицию мобильных генетических элементов в ген, кодирующийструктуру антигена… В этом процессе нет места независимым модификациям.Всякая изменчивость прямо или косвенно мотивирована актуализацией какой-либопотребности и имеет отношение к ее удовлетворению».
Поясню:Зусмановский привел один из примеров (известных уже лет 20, но все ещезагадочных) поразительно быстрой коэволюции животного и паразита, в которомизменчивость обоих явным образом направленна, и механизм которой известен –перемещение мобильных генетических элементов в рамках одной хромосомы и вне ее.Пафос автора – в указании на то, что эта изменчивость запускаетсявозникновением потребности в ней. А загадочность (добавлю я) – в том, что поисксовершается столь быстро и эффективно: ведь к такой эволюции способны не толькосложно устроенные трипаносомы, но и самые простые из организмов – микоплазмы.
Именноразмышление над этой загадкой характерно для ламаркистов (и приводит их коткрытиям), тогда как дарвинисты ее не видят. Они уверены – если что-топроисходит, значит отбор это «что-то» умеет находить (чисто религиозная позиция,уподобляющая отбор всемогущему Богу). Однако исторически сложилось, чтогосподствуют пока что дарвинисты, поэтому никакое открытие не может бытьпризнано сообществом, прежде чем ему не будет найдено толкование в терминахдарвинизма (отсюда и «Дарвинов микрокосм» Тонегавы). Это сильно тормозитразвитие науки (по Голубовскому, лет на 20, а по-моему – гораздо больше).
Естественныйотбор имеет, по Зусмановскому, две формы (или, если угодно, два аспекта).Физиологический отбор – это итог совокупности удачных действий организма, позволившихему удовлетворить свои потребности и, в частности, оставить потомство; т.е. тосамое, что выше было обозначено как положительный отбор. Экологический отбор –это отстранение от размножения тех, кто не сумел найти удачных действий.Смешение этих двух форм обеспечило дарвинизму незаслуженный успех, и дальнейшееразвитие эволюционизма требует ясного их различения, хотя действуют онинераздельно. Поясню сказанное.
Помню,как сам я лет 35 назад понял: если принять отбор ненаправленных вариаций вкачестве единственного движущего фактора эволюции (а учили нас, да и сейчасучат, именно так), то налицо парадокс: фактор конкретно действовал только натех, кого нет (кто не оставил потомков), а все те, кто есть, являют собой итогодних лишь ненаправленных толчков в разные стороны, имевших место от началажизни до сего дня. То есть все утверждения, что отбор действует направленно (вчастности, признание «формообразующей роли естественного отбора», см. п. 2)являют собой словесную ловушку, самообман: в опытах и в наблюдениях показанотолько, что направлен отрицательный отбор, а нас учат, что существует и к томуже направлен отбор положительный (который возникает, как мы видели, лишь вузком классе условий). Это «открытие» привело меня в растерянность.
/>Вскоре я узнал, что ловушку видели все, кто хотел и умел видеть, отчегов дарвинизме всегда присутствовало течение (идущее от Э.Геккеля), отрицавшеероль ненаправленных вариаций и утверждавшее, что отбору подвергается итогнаправленной изменчивости. Те же, кто не умел, торжественно погрязали впротиворечиях, и в советских учебниках это погрязание именовалось (тожеторжественно) диалектикой познания. Геккелево учение всегда находилось наобочине эволюционной науки, ибо основную часть дарвинистов устраивала«диалектика познания»12, а их противникам отбор вообще не был нужен. Итогомбыла полная бесполезность эволюционного учения (оно умеет лишь объяснять легкиепримеры и ничем не может помочь в понимании реальных проблем), и оно постепенноушло из науки, оставшись лишь как предмет преподавания. Да и тот понемногууходит из западных вузов, как справедливо отмечает в своей книге Зусмановский.
Выходже, который предлагает сам Зусмановский: да, отбор действует, но все те, ктовыжил, тоже подвергались направленному действию – действию актов поиска: «Такимобразом, действие «физиологического» естественного отбора завершаетсяэлиминированием особей других видов, и это событие индуцирует действие«экологического» естественного отбора». Добавлю лишь, что вместо «других видов»иные авторы ставят слова «других рас», но суть та же.
Чтоже касается основной идеи дарвинизма – отбора малых ненаправленных вариаций, –то автор нигде ее не защищает (добавлю, что ее и нельзя защитить конкретнымиданными, поскольку все существующие примеры успешно действующего отбораотносятся к достаточно крупным и легко заметным изменениям). Не защищает он ипринцип конкуренции за дефицитный ресурс (из которого Дарвин выводил своепонимание отбора), хотя и упоминает его сочувственно. У Зусмановского, отбираютсяте, кто успешно действует, а плотность участников и ресурсы – частноеобстоятельство.
Вотличие от австралийских авторов, Зусмановский хорошо знает суть ламаркизма ипосвятил основную часть книги именно анализу собственной активности особей какфактора эволюции. В предисловии он пишет: «В качестве элементарной единицыизменчивости принимается особь, осуществляющая генетический поиск способовудовлетворения актуализированных потребностей, главные из которых –существовать и размножаться» [выделелено мною. – Ю.Ч.]. Итак, собственнаяактивность – это поиск способов удовлетворить свои потребности, задаваемыеусловиями существования (кроме условий окружающей среды, это еще и условия, задаваемыестроением организма); а способы включают изменение как поведения (в том числеработы внутренних органов), так и наследственного материала (генетическийпоиск).
Существеннымнедостатком концепции Зусмановского мне видится его полное небрежение кморфологии, к ее собственным законам. (Строение организма для него всего лишьотражение набора функций.) Небрежения он не скрывает, но не видит в немнедостатка концепции, поскольку уверен, что никаких собственных законовморфологии не существует, что все закономерности строения организмов вытекаюттолько из физиологии и экологии. Эта позиция стара, как сама биология, и стольже стара противоположная ей – что морфология имеет свои собственные законы, никакне сводимые ни к физиологии, ни к экологии, ни к каким-либо иным дисциплинам.Вступать в этот спор смысла нет, и повторю лишь, что здесь ламаркизм смыкаетсяс дарвинизмом, но противостоит номогенезу.
/>Нынешний номогенез является основным компонентом эволюционнойдиатропики (от греч. диатропос – разнообразный13 ). Приведя один из ее главныхтезисов («Разнообразие признаков плохо согласуется с идеей полезности всякогосвойства»), Зусмановский пояснил его уже известным нам примером: никто не возьметсяобъяснять адаптивное значение различных форм листьев. Однако пример не убедилЗусмановского: «Но известны растения (например, стрелолист), имеющие строгоспециализированные листья для разных сред: воздушной, надводной, подводной.Понятно, что образование этих форм обусловлено механизмом генерации серийногоразнообразия с последующим взаимодействием физиологического подкрепления иестественного отбора».
Да,это может быть верно, только никто не решится утверждать, что форма кленовогоили дубового листа сложилась таким же путем. Подходящий для данной теориипример (стрелолист) тонет в море неудобных. (В подборе удобных примеров всегдаупрекали дарвинистов, и ламаркисты, оказывается, попадают в ту же западню.) Ещеважнее, что «механизм генерации серийного разнообразия» Зусмановским назван, ноникак не исследован – автору это неинтересно. А для номогенетика в такихмеханизмах и состоит главный смысл.
Различиевзглядов носит здесь мировоззренческий характер, на что указал в начале книгисам Зусмановский. Он напомнил признание А.А. Любищева, который писал А.Г. Гурвичу:«Вы по натуре физиолог, относящийся к систематике и морфологии с «нескрываемымомерзением»… Я же прежде всего систематик и не скрываю своего равнодушия кфизиологии». Увы, далее Зусмановский попросту встал на позицию Гурвича, хотяочевидно, что работающую теорию эволюции сможет построить лишь тот, кто встанетвыше таких антипатий.
Первыйшаг в этом направлении виден у Гродницкого, но он понимает ламаркизм слишкомузко. Мы еще вернемся к этому кругу вопросов в п. 10.
/>9. Редактирование РНК
Насегодня наиболее эффектным и в то же время загадочным механизмом генетическогопоиска считается редактирование РНК. Так называют феномен направленного (невполне случайного) изменения текста РНК в ходе транскрипции или после нее, нодо сплайсинга14. Редактированию подвергаются как информационные, так ирибосомные, и транспортные РНК многих организмов. Недавно об этом вышла книга:Дейчман А.М. Редактирование РНК (М., 2001).
Водной из упомянутых в п. 4 статей, посвященных критике центральной догмы, написаннойхлестко, в форме пародии на фанатичную защиту догмы (например: данных о том, «чтоинформация, определяющая последовательность аминокислот в белках, можетпередаваться от белков в гены, не было и нет. И никогда не будет!»), в качествесамого сильного удара по догме приводится именно феномен редактирования РНК(разумеется, этот удар никак не критикуется, ибо сама идея критиковать догмуеретична и должна возмутить правоверных). В этой статье (ее автор – биохимикВ.В. Вельков, г. Пущино) написано: «Редактирование РНК – это когда благодарядействию особого белка (фермента эдитазы) в матричной [информационной. – Прим.ред.] РНК некоторые нуклеотиды определенных кодонов модифицируются(дезаминируются) так, что при трансляции кодируют уже другую аминокислоту. Нучем не крах центральной догмы?! Более того, есть и другой тип редактированияРНК, когда в ее четко определенные места встраиваются и/или удаляются (за счетспециальных гидовых РНК – guide RNA) дополнительные нуклеотиды. И только послеэтого в РНК образуется информация, кодирующая белок. Это – открытая рамкасчитывания!»
Ужебез всякой пародии ту же тему в той же подборке развивает биоматематик Л.А. Животовский(кстати, редактор перевода книги Стила и др., за что ему большое спасибо). Встатье «Ламарк был прав» он описывает «РНК-редактирование, в процессе которогов информационной РНК некоторые нуклеотиды вырезаются и заменяются другими», изамечает: «В результате этого на измененной РНК синтезируется «правильная»аминокислотная цепь, которая не могла бы быть получена, не будь перед этимвырезаны «неверные» нуклеотиды. Но как ферменты узнают, какие нуклеотиды «те», акакие «не те» в генах развивающегося зародыша? Должна быть какая-то информацияо «правильном» белке, по которой редактируется РНК».
Всамом деле, должна. И хотя мы ничего еще о ней не знаем, но сама постановкавопроса ясно указывает на ламарковский характер эволюции (в том смысле, чтоактивность особи есть фактор эволюции), хотя бы в той мере, в какой она идетпутем изменения пути развития зародыша.
Главнымже ударом по догме раскрытие феномена редактирования РНК стало вот почему: еслитеперь и можно говорить о главной молекуле, то ею оказалась не ДНК, а РНК. Онаиграет центральную роль во всех клеточных процессах, в том числе и в записиновой информации на ДНК; в то время как сама ДНК инертна и потому удобна дляхранения (и передачи) наследственной информации. Эту функцию РНК тоже умеетвыполнять, но в наше время выполняет редко (в некоторых вирусах): именно из-заотсутствия инертности РНК – плохой хранитель.
Отдогмы не осталось (вне ее самого узкого смысла) ничего. В качестве руководствак действию лучше принять другой тезис: РНК служит для синтеза белка и другихРНК, а также для направленного изменения ДНК, причем все три процессапроизводятся белками, а ДНК служит почти всегда только для длительного хранениянаследственной информации. (Редкое исключение – нематричный синтез ДНК.)Направленные изменения ДНК содержат элемент случайности, но не являются чистослучайными. Наоборот, ошибки копирования чисто случайны и заметной роли вэволюции, вернее всего, не играют.
10. Ламаркизм и номогенез. Итог
Итак,тезис «правы и Ламарк, и Дарвин» можно признать верным лишь с добавлением: «нов неожиданных смыслах». Ламаркизм и дарвинизм действительно отражают разныеподходы к единому процессу эволюции, но сторонникам первого надо признать фактслучайности (как самого наследования, так и его полезности для выживанияносителей новых качеств), а сторонникам второго – наоборот, резко сузить кругссылок на случайность (и вовсе отказаться от идеи накопления мелких измененийкак способа создания нового). И обоим пора признать, что они оперируют не скашей бесформенных изменений, а с ограниченным набором возможностей, т.е.признать некоторую правоту номогенеза. Об этом безуспешно спорили на протяжениивсего ХХ в., и лишь к его концу наметился полезный сдвиг в казалось быбезнадежном упрямстве спорящих: оказалось, что каждая сторона имеет за собойкакую-то правду.
Наоборот,никто в ХХ в. не возражал, что изменение зародыша важнее для эволюции, нежелиизменение взрослого организма, однако все три упомянутых учения фактическирассуждали об эволюции как цепи взрослых форм. Жоффруизм был забыт почти всемии выплыл из забвения лишь в 1990-е годы.
Обычноговорят о необходимости «синтеза учений», но мне задача видится иначе – надостроить работоспособную теорию, т.е. теорию, дающую практические рекомендации;а уж что в ней окажется от прежних учений, выяснится по ходу дела.
/>Полтораста лет назад, когда идея эволюции входила в сознание ученых,в науке царили механика и статистика, поэтому природа (и государство) мыслиласькак совокупность машин, как равновесие средних величин, а историческое развитие– как удачное совпадение случайных движений и как итог конкуренции. Наоборот, инициативаорганизма (и изобретателя) выпадала из внимания исследователей, поэтомуламаркизм оказался не у дел. Хотя авторы, не видящие роли инициативы, делалиизлишний упор на конкуренцию всегда, но 100–150 лет назад состояние обществаспособствовало долгому успеху их взглядов.
Ныневпереди оказался ламаркизм15, и произошло это благодаря успехам молекулярнойгенетики: место старого сомнительного понятия «упражнение-неупражнение» занялизвестный всем молекулярным генетикам тезис: «Кто не работает, того едят», дополненныйидеями стресса и генетического поиска. Однако успех ламаркизма будет усвоенпрактиками лишь тогда, когда им станет ясно, что новое создается неслучайностью, а инициативой, что конкуренция может лишь помогать (а может имешать) распространению нового.
Вторымвидится мне номогенез: благодаря успехам морфологии – прежде всего морфологиирастений и цитологии (морфологии клетки), а отчасти и морфологии животных – мызнаем, что разнообразие форм упорядоченно, что, как правило, его элементывполне обозримы, а необозримо лишь множество комбинаций элементов. Подробнеесмотри в уже упомянутых работах по диатропике.
Мнепредставляется несомненным, что генетический поиск приводит к нахождению новыхпутей развития, а само развитие состоит в достижении одного из возможныхустойчивых состояний, позволяющих удовлетворить новую потребность; такоесостояние является объектом отбора – вот на сегодня формула, соединяющаяламаркизм, жоффруизм, номогенез и дарвинизм. Называть ли это синтезом – деловкуса, но я бы предпочел не называть: от дарвинизма взято мало, да и жоффруизмпотерял один из основных своих тезисов – прямое влияние среды на изменениезародыша. Что касается ламаркизма и номогенеза, то их общая установка(тенденция к прогрессу) пока остается невостребованной, а без пониманияпрогресса любая теория эволюции останется описанием частностей, как топроизошло с дарвинизмом. Впрочем, о прогрессе, как и об эволюции экосистем, говоритьнадо отдельно.
Разумеется,прежние учения надо иметь в виду (чтобы не повторять прежних ходов мысли ипрежних ошибок), но они не должны ничем нас сковывать, не должны тормозитьразвитие науки.
Примеровтакого торможения множество, и я укажу только на упомянутую в п. 6 селекциюклеток, подвергшихся гипермутагенезу: вместо исследования ее механизма (чтобыло бы очень важно и для теории, и для практики) ученые удовлетворилисьссылкой на «конкуренцию за антиген». Нигде в биологии ссылка на неизученноеявление не принимается в качестве научного аргумента – нигде, за исключениемтех случаев, когда ссылаются на принятую догму.
Каквидим, недавние открытия многое прояснили и во многом подтвердили догадкиЛамарка. Однако главные эволюционные открытия еще впереди. В качестве примераобращу в заключение внимание читателей на обложку моей книги, где изображенскелет мезозойского ящера, перечеркивающий заглавие – в самом деле, ни однатеория не может сказать о нем ничего вразумительного.
Этоморской ящер Tanystropheus, «один из самых причудливых среди архозавров (аможет быть, и вообще среди пресмыкающихся)… которого называют жирафошеимящером» (В мире науки, 8/1989, с. 45-46). Имея туловище и лапы вполне наземногооблика, он жил в воде – по той простой причине, что на суше не смог бы дажеползать: из общей длины тела (4, 5 м) на туловище пришлось всего 18%, остальноесоставляли хвост и, главное, шея. Она была почти втрое длиннее туловища, новключала всего 9 позвонков. Столь гигантские позвонки не давали ящеру возможностиподнять голову, хоть та и была крохотной. Как ни удивительно, эти странныесоздания были многочисленны и просуществовали долго.
Палеонтологи,к их чести, не хотят придумывать этому облику «пользу»: «Трудно допустить, чтонепомерно огромная шея давала Tanystropheus какое бы то ни было преимущество.Напротив, по нашему мнению, эти животные просуществовали миллионы лет неблагодаря, а вопреки своим длинным шеям».
Ноесли не польза, то что? Ведь не только научная, но и религиозная позицияисходит из того, что каждый организм устроен разумно. Тут и религия не помогает(если, конечно, не брать в расчет древних богов, которые любили забавляться; нов них давно никто не верит). Это, однако, тоже тема для отдельного разговора.
/>Список литературы
1Те, кто захочет узнать о современном ламаркизме больше, могут обратиться кстатьям: Чайковский Ю.В. Ламаркизм умер – да здравствует ламаркизм // Вопросыистории естествознания и техники, 2002, № 3; Чайковский Ю.В. Иммунитет иэволюция: не впасть бы в другую крайность // Вестник Российской АН, 2003, № 3;и к новой книге: Чайковский Ю.В. Эволюция. Книга для изучающих и преподающихбиологию. – М., 2003. В этих работах приведены также ссылки на соответствующиенаучные источники.
2Чайковский Ю.В. Эволюция. Часть 4 // Биология, № 22/1997.
3Чайковский Ю.В. Эволюция. Часть 5 // Биология, № 43/1997, п. 9.
4Биология, № 43/1997, п. 2.
5 См.: Чайковский Ю.В. Эволюция. Часть 5 // Биология, № 43/1997, п. 12.
6Химия и жизнь, №2, 4/2003, обещано продолжение.
7Дьяков Ю.Т., Багирова С.Ф. Что общего в иммунитете растений и животных? //Природа, № 11/2001.
8Вот Родос, тут прыгай! (лат.). Слова из басни Эзопа «Хвастливый пятиборец» (онхвастал, что на острове Родос прыгал дальше всех). В переносном смысле: воттебе все нужные условия – покажи, что ты на самом деле можешь.
/>9 Не путать с термином «положительная/отрицательная селекцияТ-клеток в тимусе», применяемым для различения двух разных типов выбраковкиклеток в системе контроля тканевой совместимости (Ройт А. и др., с. 225). Стилже различил положительный отбор, т.е. колоссальное размножение, и отрицательныйотбор, т.е. полное отстранение от размножения (выбраковка).
10Другой формой генетического поиска следует считать редактирование РНК – об этомсм. п.9.
11Биология, № 46/2000; Биология в школе, №1/2001.
12 См. Чайковский Ю.В. Эволюция. Часть 3 //Биология, № 5/1997, п. 7; о диалектике как способеподтверждать свое убеждение, пришедшем в европейскую науку из античности черезхристианское богословие, см. Чайковский Ю.В. Античная философия какобщеобразовательный предмет // Вопросы философии, №9/2002. Этот способсвойствен и советскому марксизму, и западному позитивизму.
13 См. Чайковский Ю.В. Элементы эволюционной диатропики. – М., 1990; а также: Эволюция. Часть6.//Биология, № 28/1998.
14Сплайсингом именуется сборка гена (осмысленной цепи иРНК) из фрагментов(экзонов), оставшихся после вырезания из РНК-предшественницы некодирующихфрагментов (интронов). Та часть иммуногенеза, которая протекает на уровне РНК, тожеявляется формой редактирования РНК.
15В том смысле, что он предлагает новые решения и ставит новые вопросы. В смыслеже господства в сообществе впереди по прежнему идет дарвинизм.
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта bio.1september.ru