На молекулярном уровне

За последние десятилетия бурно развивались молекулярная биохимия, биофизика, генетика. Многие открытия в этих областях увенчаны нобелевскими премиями. Неужели и теперь остаются в силе давние доводы против теорий эволюций на основе учения Дарвина?

Насколько я могу судить, они в принципе не устарели. Переход исследователей на молекулярный уровень в этом отношении мало что прояснил. Углубляясь с помощью сложнейшей техники и филигранных анализов в микромир молекул и атомов, учёные отдаляются от реальной живой природы Земли.

Для понимания жизни полезно расшифровывать генетический код, познавать молекулярные основы живой клетки. Но можно ли в результате найти ответ на вопрос о возникновении организации клетки, эволюции животных и растений, цефализации? Поиски необходимо вести в разных направлениях. Но можно ли постичь историю создания и архитектуру великолепного собора, основываясь на тончайшем анализе его кирпичей?

Связь деталей организма в единое гармоничное целое под электронным микроскопом не увидишь. Не больше шансов тем же способом познать закономерности превращений животных и растений в геологической истории.

Исследования микромира – торжество физико-химического метода на основе современной математики и техники. По сути – механистические конструкции, хотя и на более высоком, чем прежде уровне детальности, точности. Нельзя пренебрегать этими достижениями, изучая проблемы эволюции. Но и не следует преувеличивать их значение.

На первый взгляд гигантское количество атомов и соединений, участвующих в передаче генетической информации, предоставляет почти бесконечно большие возможности для разнообразных комбинаций. Это в свою очередь определяет такую же потенциально возможную изменчивость.

Молекулы ДНК, подобно многим кристаллическим структурам, чрезвычайно устойчивы. И это оправданно: для организма только ничтожно малая часть изменений может быть полезна.

ДНК подобна книге, а её части – главам, фрагментам, словам или буквам. Почему бы из этих букв и слов не создавать новые сочинения? Это будут «генетические проекты», на основе которых возникнут разные организмы. Отдельные клетки будут приобретать разные свойства, образуя органы тела, принимая многообразные формы, соответствующие видам растений и животных. Неудачные проекты отбракует естественный отбор.

Не таковы ли молекулярные основы эволюции? Вряд ли.

Из немногих букв можно составить огромное количество слов. Широчайшее поле деятельности для творчества – от примитивной азбуки (простейшие) до гениального сочинения (человека) или полнейшей абракадабры (уродства). Но кто же творец, а тем более – гениальный? Естественный отбор? Невероятно.

Возможно некоторое улучшение отдельных «деталей». Значительное преобразование конструкции требует гармоничного, выверенного до последней молекулы комплекса мутаций. Поэтому переход на более высокий уровень сложности исключён.

Вспоминается академик из Лапуты, с которым познакомился Лемюэль Гулливер, из сочинения Джонатана Свифта. Почтенный учёный изобрёл станок (предок современных компьютеров), позволяющий создавать бесчисленные трактаты. Для этого надо было крутить ручки, приводя в движение механизм; на станке возникали случайные сочетания слов и букв, которые записывали ученики. Так составлялись огромные фолианты. Оставалось только отбирать самые благозвучные, разумные и оригинальные сочетания слов и фраз, а затем составлять из них великие произведения литературы, философской и научной мысли.

Специалисты по молекулярной биологии и генетике оперируют замысловатыми химическими формулами и научными понятиями, ссылаются на филигранные опыты. Но по своей сути попытки на основе генетической комбинаторики обосновать возможность создания всё более сложных организмов подобна работе механизма лапутянского академика.

Даже если предположить, что работа такой машины идет по определённой программе, учитывающей правила построения фраз и расстановки знаков препинания, исправляющей грамматические ошибки, то и тогда практически невероятно создание выдающегося произведения.

Предположим, «генетическая комбинаторика» проходит по определённым правилам, которые сами собой сложились в процессе эволюции. Но даже тогда для того, чтобы полученные «тексты» со временем улучшались, требуется творческий разум и способность создавать более совершенные формы.

Естественный отбор сохраняет наиболее приспособленные к земным условиям организмы. Для такой цели достаточно оставлять минералы, кристаллы, а на худой конец – коллоиды, не утруждая себя излишними творческими заботами.

С помощью комбинаторики можно увеличивать разнообразие организмов на определённом уровне сложности. Переход на более высокую ступень организации требует творческого акта.

…Молекулы ДНК – сгусток генетической информации. Они подобны книге, в которой подробно описано будущее существо. Чем больше сведений содержит книга, тем она в общем случае объёмнее. Если на определённой стадии развития зародыш человека обретает сходство с эмбрионом рыбы, то после этого в «генетической книге» человека идёт множество страниц.

Количество ДНК в клетках должно было бы соответствовать сложности организмов: чем выше сложность, тем больше ДНК. Отчасти так и есть. По сравнению с микробом (кишечной палочкой) содержание ДНК у гриба (невроспоры) больше в 4,5 раза, у мухи – в 18, у человека – в 1000 раз. Однако у двоякодышащей рыбы и у некоторых земноводных содержание ДНК в 10, а то и в 20 раз больше, чем у человека!

По-видимому, одним общим сравнением ДНК с книгой ограничиться нельзя. В иной брошюре больше сведений, новых и верных мыслей, чем в объёмистой трилогии. Но в приложении к молекулам ДНК такая аналогия не должна бы стать определяющей. Автор всех «генетических книг» – Природа. Почему бы она должна одни организмы наделять более совершенным генетическим набором, чем другие?

Судя по всему, возможности насытить молекулу информацией не беспредельны. В ДНК эти возможности реализованы весьма рационально.

Вспомним научную работу. Она полна ссылок. Автор не пересказывает все факты и гипотезы, а называет книгу, где частный вопрос подробно разобран. Это позволяет предельно сократить объём работы.

Книга может содержать сравнительно немного информации. Почти одни лишь ссылки. Но благодаря им открываются пути к новым кладовым знания. Дотошный читатель, начиная с одной книги, вынужден вовлечь в чтение новые – целую библиотеку, после чего он сможет более или менее полно исчерпать тему.

По всей вероятности, у многоклеточных существ реализуется такой принцип «генетической библиотеки». В этом случае молекула ДНК должна напоминать научный труд. Создается множество ответвлений от основного ствола – информации, содержащейся в молекуле ДНК, – к другим хранилищам, а от них (в них ведь тоже есть «ссылки»!) – к следующим. Далее идут серии цепных реакций, начинающихся от «основной молекулы».

Для каждого возникающего органа эмбриона существует определённое время, когда он наиболее уязвим для внешних воздействий. Это и есть тот момент, когда в «основной книге» идет ссылка на дополнительную. И если ссылка неверна (мутацию в этом случае можно уподобить опечатке), привлекаются генетические механизмы, искажающие развитие особи. Возникает врождённое уродство.

Ошибки на ранних этапах развития особенно опасны. Они отсылают «читателя» не в тот отдел генетической библиотеки, который нужен. В редких случаях не слишком серьёзные огрехи могут быть учтены организмом и компенсированы (нечто вроде списка замеченных опечаток).

Каждая ссылка в генетических книгах дает направление дальнейшему процессу. Возникает цепочка передачи информации. Одна ссылка влечёт за собой другую или несколько новых, от них – новые ответвления. ДНК должна учитывать и использовать возможности, которые открывают новые источники информации.

Откуда берутся «побочные» генетические книги? Из окружающей ДНК среды (клетки, материнский организм, бактерии). При взаимодействии образуются новые химические соединения или преобразуются старые.

Сначала – среда и объект (молекула, клетка). При взаимодействии образуется новый продукт. После переработки его – новый. Затем используются комбинации полученных продуктов и результатов их переработки. Многообразие и сложность соединений возрастают ускоренно (то же происходило в эволюции живого вещества, взаимодействующего с Биосферой).

Как ориентируется развивающийся организм в этом изобилии информации? Он вынужден выбрать наиболее целесообразную стратегию. При эмбриональном развитии свобода выбора и ошибок резко ограничена. Начальная среда (материнский организм) высоко организованна. Это – концентрат информации, так же как и первый кирпичик (книга) будущего организма – клетка.

В геологической истории несколько иначе: ничего заданного наперед нет. И организмы и среда начинают с некоторого оптимума сложности и разнообразия. Взаимно обогащаются при взаимодействии. В кибернетике это называется механизмом с обратной связью.

Встречаясь с новыми загадочными для него материалами, организм вынужден или отклоняться от них, или рисковать, взаимодействуя. Существа (или клетки, молекулы) при тактике «невмешательства» изменяются лишь при случайных мутациях. Они остаются на достигнутом уровне сложности.

Те, кто действуют методом проб и ошибок, больше рискуют, но и получают шанс освоить более высокий уровень. В этом смысле эволюция – конкуренция стратегий жизни. Самая рациональная стратегия – у наиболее развитых к данному времени видов. Но им приходится больше рисковать. Поэтому так часто вымирают представители наиболее развитых видов.

И ещё. Говоря о «генетической библиотеке», надо помнить о читателе. В библиотеке накоплена информация потенциальная. Чтобы она выразилась реально и обрела материальные формы, чтобы смогла отразиться на течении природных процессов, необходим посредник, некое подобие читателя, который использует информацию.

Такой читатель – молекулы рибонуклеиновых кислот (РНК). Они весьма капризны. При резких отклонениях от нормы температур или при вмешательстве посторонних соединений, создающих шум, помехи чтению, эти молекулы часто ошибаются или отказываются работать.

Примеров тому множество, особенно для тех животных, развитие которых происходит в неорганической внешней среде (например, икринки рыб). Изменения солевого состава среды, температуры, содержания тех или иных продуктов жизнедеятельности сказываются на облике и судьбе развивающегося существа.

На клеточном уровне особое значение приобретают разнообразные химические структуры и угнетатели развития, комплексы соединений, продукты жизнедеятельности клеток и т. п. А далее родившееся существо само становится активным «читателем». Главным образом при помощи нервной системы оно впитывает информацию из окружающей среды, запоминает необходимое, вырабатывает личную стратегию поведения.

Способность воспринимать, классифицировать, использовать и запоминать информацию – решающее условие жизни. Потенциальной информации – неисчерпаемый океан. Всё дело в способностях «читателя». Они возрастают по мере усложнения организации, нервной системы, мозга. Сказывается и структура сообщества.

…Природа порой сурова, но всегда справедлива. Она одинаково благосклонна и к простейшим, и к сложнейшим организмам. В Биосфере даже после крупных катаклизмов устанавливается гармоничное единство живых организмов с окружающей средой.

Но с тех пор как на Земле установилось господство человека, ситуация резко изменилась. Искусственный отбор, например, призван удовлетворить потребности человека – и только его! Огромное значение приобретают технические системы.

Один из факторов искусственного отбора – технологичность. Создание наиболее технологичных форм растений и животных сопряжено с генной инженерией. Генетически модифицированные продукты стали реальностью. К чему это может привести, остается только догадываться: массовые аномалии у живых организмов и, в частности, у людей могут проявиться не сразу.

Оптимист сделает вывод: до сих пор шла прогрессивная эволюция видов, и следует ожидать её продолжения и ускорения. Появится новый человек, умственно и физически превосходящий Homo sapiens. Его мозг будет обрабатывать колоссальные массивы информации с помощью глобальной сети Интернет. И тогда…

Пессимист усмехнется: было нашествие на СССР сверхчеловеков с Запада. Победил нормальный советский человек. И если на этот раз победу одержат мутанты, установив мировое господство, они с помощью техники сожрут всё живое на Земле и в её окрестностях. Это будут Techno sapiens, биокомпьютерные гибриды с заменяемыми деталями и органами…

Впрочем, оставим фантазии. Все знаменитые антидарвинисты жили и трудились много десятилетий назад. Может быть, вопросы, которые прежде предъявлялись к учению Дарвина, теперь уже сняты?

Вряд ли. В этом меня убеждают буквально первые попавшиеся книги. Назову хотя бы монографии английского ученого Р. Фоули «Ещё один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека» (1990), американца Е. Минарда «Эволюция богов. Альтернативное будущее человечества», русского биолога Е.Н. Панова «Бегство от одиночества» (2001).

В обстоятельном учебнике В.Б. Захарова, С.Г. Мамонтова и В.И. Сивоглазова «Биология. Общие закономерности» (1996) сказано:

«Дарвин показал, что принцип естественного отбора объединяет возникновение всех без исключения основных характеристик органического мира: от признаков, свойственных крупным систематическим группам живых организмов, до мелких приспособлений. Теорией Дарвина завершились длительные поиски естествоиспытателей, которые пытались найти объяснение многим чертам сходства, наблюдаемым у организмов, относящихся к разным видам. Дарвин объяснил это сходство родством и показал, как идёт образование новых видов, как происходит эволюция».

Выходит, основные проблемы эволюции решены. Учебник был отпечатан в количестве 400 000 экземпляров, и его влияние на общественное мнение очевидно. Этого мало для борьбы с фанатиками, отрицающими биологическую эволюцию, но достаточно для того, чтобы отвратить молодые умы от стремления критически осмыслить основы дарвинизма в поисках новых путей познания чуда творения жизни и разума.