Дарвин в свободном доступе
Сейчас уже трудно установить, кому принадлежит фраза «Дарвин, как и другие малочитаемые авторы…», но сути дела ее авторство не меняет. Из ученого, изменившего ход науки своими идеями, Чарльз Дарвин превратился в бронзовую фигуру, действительные взгляды которой мало кого интересуют. Даже специалисты чаще всего знакомятся с идеями Дарвина по текстам, препарированным «дарвинистами» (см. «КТ» # 645-646). Теперь у читающих по-английски людей с толстыми каналами связи появилась возможность исправить эту прискорбную ситуацию. Кембриджский университет выложил в Сеть крупнейший
Фигура Чарльза Дарвина (1809–1882), создателя теории эволюции путем естественного отбора, вызывала, вызывает и будет вызывать споры
Но многим ли нужна такая возможность? Дарвина и так знают и почитают. Сотрудники отдела дарвинизма одного из старейших музеев на постсоветском пространстве отмечают 12 февраля профессиональный праздник: день рождения Дарвина. Большой гипсовый бюст классика украшают венками, чокаются с ним стаканами с разного рода жидкостями и разве что не водят вокруг него хороводы. Сотрудницы отдела (все сплошь женщины) утверждают, что никакой мужчина не заботится о них, как Дарвин. Бессмертный покровитель дает им работу и присылает группы школьников на платные
Продолжают спорить о Дарвине и историки науки. Например, их интересует этическая сторона отношений Дарвина с Альфредом Уоллесом. Напомним, что публикация развивавшихся в течение многих лет идей Дарвина была ускорена письмом от работавшего в тропиках Уоллеса, где тот просил подать в печать его рукопись. Дарвин сообщил Уоллесу, что их взгляды совпадают, и опубликовал его рукопись одновременно со своим сообщением… Увы, проведенное в последние годы исследование архивов Дарвина подтвердило, что он откорректировал собственные заметки, внеся в них ряд мыслей своего конкурента (в будущем - сподвижника и автора термина «дарвинизм», и это при том, что Уоллес, обладавший приоритетом в некоторых принципиальных вопросах, имел более чем достаточно оснований для научной ревности). Теперь любой желающий может ознакомиться с автографом так называемой «Длинной рукописи» Дарвина. Хотите установить, что в ней написано синими чернилами, которые классик использовал в 1857 году, а какие мысли внесены черными чернилами в 1858 году, после знакомства с рукописью Уоллеса? А потом почитайте записные книжки 1838, 1842, 1844 годов, посмотрите, как вызревали идеи самого Дарвина, и не придавайте чрезмерного значения заимствованиям из Уоллеса в 1858 году.
Похоже, Томас Гексли (1825–1895) предвидел создание нынешнего архива
А может ли заинтересовать архив Дарвина кого-то, кроме историков науки? Обсуждение таких тем выходит за рамки краткой заметки, но ее автор убежден, что к мыслям Дарвина еще не раз придется возвращаться и теоретикам, выводящим эволюционную теорию из тупика, куда та попала в середине XX века. Речь идет о так называемой синтетической теории эволюции (СТЭ), редукционистской попытке обвенчать эволюционную теорию с генетикой популяций и описать всю эволюцию как изменение генных частот.
Рассмотрим одну терминологическую тонкость. Вопреки названию, «Происхождение видов» Дарвина посвящено в основном изучению изменчивости организмов. Дарвин выделял две формы изменчивости: определенную и неопределенную. Определенная изменчивость закономерно развивается в ответ на влияние среды и часто оказывается приспособительной. Неопределенная изменчивость ненаправленна. Раскройте любой учебник и убедитесь, что эти термины упоминают лишь для того, чтобы кардинально переосмыслить их. Мол, определенная изменчивость - это фенотипическая, ненаследственная изменчивость, не представляющая ценности для эволюции, потому что не затрагивает гены. А вот неопределенные, ненаправленные изменения якобы тождественны генотипическим, наследственным. Именно они, по мнению сторонников СТЭ, и обеспечивают эволюционный прогресс. К сожалению, такое рассуждение - лишь ловкость рук. Определенные изменения могут существенно менять характер передаваемой наследственной информации. Если организм приобретает полезный признак, не столь важно, на какой основе этот признак развивался, - лишь бы он повышал шансы на выживание и оставление потомства. Закономерно проявляющиеся в поколении за поколением определенные (по Дарвину) изменения могут сохранять жизнь их носителям и продвигать эволюцию в определенном направлении. Что нужно для широкого обсуждения и изучения таких феноменов? Одно из условий - избавление от вводящей в заблуждение терминологии, для чего полезно ознакомиться с историей вопроса.
Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) смог в короткой статье высказать почти те же идеи, к которым Дарвин шел двадцать с лишним лет
И все-таки, неужели в XXI веке кому-то могут пригодиться забытые идеи века XIX? Еще один пример. «КТ» уже писала (статья Александра Маркова в #582), что осмеянная всеми «временная гипотеза пангенеза» Дарвина вдруг нашла некоторые подтверждения более чем через век после его смерти. Напомним, речь шла о предположении, что клетки тела формируют особых «гонцов», переносящих информацию в половые клетки. Недавно стало ясно, что именно такой механизм лучше всего объясняет особенности передачи иммунной информации. Кстати, Дарвин колебался, публиковать или нет гипотезу пангенеза, и советовался по этому поводу с Томасом Гексли, крупнейшим из ранних дарвинистов. Гексли оценил гипотезу как неудачную, но посоветовал ее опубликовать: «Я уговорю Вас ее забросить, а потом наши потомки пороются в архивах, найдут нашу переписку и скажут: «Смотрите, Дарвин предвосхитил нынешние взгляды, а этот осел Гексли уговорил его отказаться от публикации!"…
А интересно, будет ли вестись статистика обращений к дарвинову наследию? Как бы она не разочаровала создателей электронного архива. Увы, чем читать Дарвина и его современников, проще тасовать колоду современных мифов, предубеждений и проекций…
В поисках стрелочника
Как известно, контекст, сложившиеся стереотипы, мода очень важны для восприятия новой информации. Классический пример — то, что в средние века принимали за деяния ангелов и бесов, впоследствии стало именоваться «вмешательством инопланетного разума».
Не являются исключением и научные новости — для каждого этапа познания характерны сообщения, соответствующие определенному шаблону. Сейчас уже почти не слышно о том, что полная расшифровка генома того или иного вида позволит проникнуть во все его тайны. Генотип — система такой сложности, что с наскоку в ней не разберешься. Что делать? — Выбрать в нем какую-то интересную точку и «потянуть за нитку» именно в этом месте. Такая логика приводит к формированию нового шаблона научных новостей. Вот лишь некоторые сообщения последнего времени.
Как выяснили в Массачусетском университете Амхерста, формирование половых различий в мозге мышей связано с одним-единственным геном Bax.
Профессор Дженни Грэйвс (Jenny Graves) из Австралийского Национального университета в Канберре ожидает в ближайшее время (в течение 10 млн. лет) потери в человеческом геноме гена SRY, расположенного в Y-хромосоме. Это единственный ген, который отвечает за развитие мужских половых желез и выработку мужских гормонов.
Биологи из университета Рокфеллера в Нью-Йорке обнаружили, что чувство обоняния у насекомых определяется одним геном Or83b, отвечающим за формирование обонятельных рецепторов.
Снижение активности единственного гена, BubR1, значительно ускоряет старение мышей и впятеро сокращает продолжительность их жизни (результаты получены американской организацией Mayo Clinic).
Исследователи из Медицинского центра детского госпиталя Цинциннати обнаружили ключевой ген Foxa2, отвечающий за развитие легких плода во время беременности и первый самостоятельный вздох, который делает младенец после рождения.
Изменение лишь одного гена (IGF-1) приводит к увеличению мышечной силы и выносливости у грызунов и может быть использовано для генетического допинга спортсменов.
В Австралии запретят профессионально заниматься боксом носителям одного гена, APOE 4, который сильно повышает вероятность травм головного мозга.
В институте Гарвана в Сиднее изучают ген мышей c-Cbl, который в значительной степени отвечает за ожирение и связанные с ним болезни.
А вот шизофрения у мышей, по данным биохимиков из Юго-Западного университета Техаса, вызывается не одним, а почему-то двумя генами, NPAS1 и NPAS3.
Чтобы понять феномен «одного гена», следует разобраться, как вообще регулируется развитие. Геном — очень сложная система, а управление развитием — не менее комплексный процесс. Когда речь идет о системах такой сложности, на первый план выдвигаются их целостные свойства, которые называются также эмергентными (от лат. emergi — вынырнуть [Имеется в виду их как будто нежданное появление]). Эмергентным свойством популяции, состоящей из смертных организмов, является потенциальное бессмертие, а эмергентным свойством клетки, состоящей из неживых молекул, — жизнь.
Эмергентное свойство системы управления развитием — наличие канализованных (От канала — направленного пути, а не от канализации…) вариантов развития — креодов. Для их демонстрации удобна модель, предложенная Конрадом Хэлом Уоддингтоном. Воплощение результатов развития сравнивается в этой модели со скатыванием шарика по поверхности сложной формы — эпигенетическому (epi — над, после) ландшафту. Креодам соответствуют углубления на эпигенетическом ландшафте (см. рис. 1).
Те или иные креоды практически никогда не являются функцией одного гена. Система с очень большим числом степеней свободы самоорганизуется, значительно уменьшая их количество на выходе. Еще в 1920-х годах Сергей Сергеевич Четвериков выяснил, что особи с нормальным фенотипом генетически весьма разнообразны. По подавляющему большинству признаков не существует «гена нормы», нормальность задана всем генотипом. Когда становление нормального фенотипа оказывается невозможным, появляются аберрации (отклонения).
1. Типичный генотип с хорошо зарегулированным развитием; самый устойчивый путь ведет к нормальному фенотипу
Вот некоторые факты, хорошо согласующиеся с описанной моделью, но труднообъяснимые с позиций генного детерминизма, для которого гены — непосредственные причины признаков.
Особи с одинаковыми отклонениями развития генетически разнообразны (как и нормальные особи).
На результат развития влияет не только записанная на нуклеиновых кислотах наследственная информация, но и другие факторы: характер сворачивания белков-регуляторов, распределение различных веществ по яйцеклетке, воздействие внешней среды и т. п.
Проявление мутаций (изменений генотипа) у особей с одинаковой наследственностью весьма неустойчиво и колеблется от их полного проявления до отсутствия. Даже на разных сторонах тела у двусторонне-симметричных организмов мутации часто проявляются по-разному, ведь их развитие плохо зарегулировано.
Внешним воздействием на развивающийся организм можно вызвать эффект, эквивалентный мутации. Внешним воздействием на развитие мутантного организма можно обеспечить формирование нормального фенотипа.
2. Перестройка генотипа сделала вероятным развитие по одному из аберрантных путей
Но разве не противоречат приведенные рассуждения связи важных признаков с «одним геном»? Нет! Представьте себе, что мы хотим установить, какой именно ген является «причиной» аберрации (рис. 2). Мы берем относительно однородный материал (в типичном случае — чистую линию мышей), изучаем варьирование разных генов и обнаруживаем, что их влияние на интересующий нас признак не проявляется. Их участие в процессе связано с формированием всего эпигенетического ландшафта. А если нам удается найти ген, изменение которого переводит систему из состояния 1 в состояние 2, мы и считаем его «причиной» наблюдаемого результата. Однако данный ген сыграл только роль переключателя, наподобие железнодорожной стрелки.
3. Внешнее воздействие может сделать развитие аберратным даже при нормальном генотипе
Читатель может возмутиться. Как же так, еще Мендель показал, что цвет горошины (зеленый или желтый) определяется одним геном, — к чему все рассуждения? Но в опытах Менделя использовались устойчивые сорта гороха, где были стабилизированы креоды развития зеленого и желтого семени (проложены пути и на станцию «Зеленая горошина», и на станцию «Желтая горошина»). В такой ситуации один ген мог быть переключателем на развилке этих путей.
4. Внешнее воздействие может сделать развитие нормальным даже при измененном генотипе
В современных научных сказках о могуществе генной инженерии часто предполагается, что для того, чтобы передать одному организму свойства другого, достаточно переместить соответствующий ген. Когда речь идет о просто детерминированных признаках (например, составе того или иного белка), этого иногда удается достичь. Когда речь идет о признаках, определяемых всем генотипом (органы, функции), перенос генетического материала со стороны мало что дает. Если на железнодорожную ветку Москва — Петербург привезти стрелку, переключавшую путь с Токио на Иокогаму, пассажиры не попадут ни в Токио, ни в Иокогаму: в лучшем случае ничего не изменится, а в худшем
Так что же является причиной того или иного признака? Ох, не скоро мы сможем исчерпывающе ответить на этот вопрос!
Д. Шабанов. Дарвин в свободном доступе // Компьютерра, М., 2006. – № 41 (661). — С. 19–20
Д. Шабанов. В поисках стрелочника // Компьютерра, М., 2004. – № 43 (567). – С. 20–21