 |
Геном живых организмов и его мутационные изменения
|
|
|
|
Мутации и новые гены. Можно ли утверждать, что они служат материалом макроэволюции?
Алекс Лунный
Макроэволюция — основное положение эволюционной теории
Понятие "макроэволюция" является одним из краеугольных камней эволюционной теории, основы которой в обязательном порядке преподаются в рамках естественнонаучных дисциплин. Из любого соответствующего пособия по биологии можно узнать, что "микроэволюция" отвечает за видообразование внутри родов живых существ (типа происхождения, например, собак из волков или шакалов), а вот "макроэволюция" — это как раз то, что привело ко всему многообразию окружающего нас мира животных и растений.
Макроэволюция, как пишут, представляет собой процесс "исторического развития" целых групп надвидового уровня. Иногда ее называют "эволюцией типов", или "типогенезом" 1. А еще, с позиций неодарвинизма общепринято, что макроэволюция — процесс крайне масштабный (в самом деле — прохождение дистанции от бактерии до червя, а от последнего — до человека весьма масштабно), и что обычно она длится десятки и даже сотни миллионов лет1,2.
Поскольку микроэволюцию человечество наблюдать и даже осуществлять путем селекции способно (это образование новых пород, подвидов и, затем, новых видов, например в областях сельского хозяйства и животноводства), то данный экспериментально подтвержденный факт не вызывает никаких сомнений ни у креационистов (см., например 3), ни у эволюционистов1,2. А вот самопроизвольное, под давлением естественного отбора чудесное превращение бактерии в амебу, червя в лягушку, лягушку в змею, в возникновение человеческого разума из мохнатого черепа обезьяньего и т.д. (макроэволюция), это, как говорится, по сравнению с первым процессом "большая разница".
|
|
|
Считается, что материалом макроэволюции являются случайные мутации (изменения в геноме, конкретно — в последовательности ДНК), которые, если вдруг оказались благоприятными (появление нового гена), под давлением механизмов адаптации и естественного отбора, при изменении условий окружающей среды, закрепляются, постепенно совершенно изменяя организм так, что он превращается во что-то другое 1,2 (пример — трансмутации, обусловливающие эволюцию сухопутного зверя в кита).
В связи со значительным прогрессом в области молекулярной биологии и молекулярной генетики за последние лет 10–15 накопилось весьма много экспериментальных данных о мутационном процессе. Отметим: именно за последние 10–15 лет. А недавно вчерне расшифровали геном человека (вернее, его первичную структуру — последовательность ДНК)4.
Автор представленного обзора просмотрел прямо в крупном книжном магазине более десятка современных учебных пособий по биологии, в большинстве для ВУЗов, и обнаружил, что применительно к мутационной теории макроэволюции отсутствуют значительные изменения по сравнению с теми понятиями и позициями, которые имели место лет 20 назад. И даже ссылки в прилагаемых списках литературы в большинстве старые — не позднее 1980-х гг. В лучшем же случае ссылаются на какие-то более свежие переиздания теоретических работ эволюционистов, не имеющих по своей специализации никакого отношения к молекулярной биологии (например,5).
В учебных пособиях1 и в научно-популярной литературе2 (много в том числе и в Интернете) мутационная гипотеза макроэволюции преподносится как вполне научно обоснованная, а реальность самой макроэволюции — так и вовсе является аксиомой, истиной в последней инстанции.
Вспомним компьютерные фильмы из серии "Жизнь животных" ("ВВС — живая природа") с динозаврами, мастодонтами и другими вымершими монстрами. В этих фильмах динозавры благодаря компьютерной графике предстают как живые. Вспомним, как комментатор фильма разъясняет нам, что такой-то динозавр произошел от такого-то, что млекопитающие возникли вот из этих звероящеров, киты — из таких-то сухопутных млекопитающих, а птицы — вот из тех ящеров. Поскольку на экране мы видим вымерших животных прямо как в реальности, то нам должно казаться, что и слова "научного" комментатора тоже отвечают реальности. И что происхождение одних родов и типов животных от других — непререкаемая научная истина. Но оказывается, что это не только не истина, а, скорее всего, нечто обратное.
|
|
|
Цель представленного обзора — попытка анализа современных данных о мутациях и о механизме возникновения новых генов в свете макроэволюционных представлений. Попытаемся ответить на вопрос: действительно ли накопленные за последние 10–15 лет сведения делают гипотезу макроэволюции вероятной?
Геном живых организмов и его мутационные изменения
Генетическая информация в клетке всех организмов заложена в нуклеиновых кислотах, точнее (за исключением некоторых РНК-содержащих вирусов), она заложена в последовательности ДНК. Эта последовательность нуклеотидов состоит из кодирующих генов и некодирующих участков ДНК, причем такие некодирующие участки в ряде случаев обеспечивают воспроизведение генов, считывание с них информации и т.п. Жизнь же наша (материальная) — это функционирование белков, тут Ф. Энгельс прав. Белки — главные составляющие организма: они и структурные, и каталитические, и регуляторные. Остальные молекулы живого — углеводы и липиды, например, хотя тоже необходимы, играют, скажем, условно, качественно второстепенную роль. Только белки являются ферментами, катализирующими биохимические реакции, ускоряющими их в тысячи и десятки тысяч раз по сравнению с нормальной скоростью в пробирке. Именно ферменты обусловливают возможность жизни.
Можно сказать, что материально "мы живем белками": каждый признак живого организма в первую очередь определяется именно функционированием белков — каталитических, структурных, регуляторных. Синтез же белков кодируется генами в ДНК. Размер этих генов значительно варьирует; скажем только, что средний белок, состоящий из 200 аминокислотных остатков, кодируется геном в 600 нуклеотидов. Есть и гораздо большие гены, есть и меньшие6.
|
|
|
Чем сложнее организм, тем больше и сложнее у него геном. Например, геном бактерий состоит из порядка нескольких миллионов пар нуклеотидов (а пар говорят потому, что ДНК — это двуспиральная структура). У дрожжей нуклеотидов в 4 раза больше, чем у бактерий, а геном высших организмов, в частности, клеток человека, включает уже несколько миллиардов пар нуклеотидов6,7.
Понятно, что в клетках млекопитающих закодировано много больше информации (конкретно — генетической), чем в клетках бактерий и дрожжей. Чем сложнее организм, тем больше информации содержит его геном2,6,7. А что будет, если нечто (какое-либо воздействие) повредит или изменит часть последовательности нуклеотидов? То есть, если произойдет мутация?
Тут две теоретических возможности: либо информация будет утеряна, либо прибавится. Теория макроэволюции предполагает, что иной раз, хотя и редко, в результате случайных изменений, под контролем естественного отбора, реализуется вторая возможность, то есть, что появляются новые признаки, приводящие к образованию новых родов и классов организмов2. Иными словами, что возникает новая информация, причем часто из чего-то, что ранее информацией не являлось.
Много ли обнаружено подобных положительных изменений генома, хотя бы у бактерий, за последние годы, когда произошел бурный прогресс молекулярной биологии и генетики? Давайте посмотрим.
В трудах докторов-сторонников креационизма указывается, что мутации всегда представляют собой как бы "помехи" при копировании генетической информации, что они являются просто ошибками (либо, в случае нейтральности, оставляют информацию без изменений), и что даже за очень длительное время не могут привести ни к каким прогрессивным изменениям, необходимым для макроэволюции 3,8,9. И что часто приводящееся в качестве примера эволюционных изменений1,2 приобретение устойчивости бактерий к антибиотикам, а насекомых — к инсектицидам, обусловлено не накоплением, а утерей генетической информации3,8,9.
|
|
|
Если так, то, каким же образом сама собой накопилась информация при макроэволюционных изменениях генома хотя бы, скажем, от низших приматов до высших?
На одном из креационных сайтов10 встретился довольно забавный факт. Автор-креационист в течение десятка лет спрашивал у разных исследователей-биологов, слышали ли они когда-либо о такой генной мутации, которая на 100% была бы положительной. То есть, допуская, что некая мутация приводит к какому-то новому признаку, который при определенных условиях мог бы обеспечить организму прогресс (к примеру, устойчивость к антибиотикам), необходимо быть уверенным в отсутствии всяких отрицательных побочных эффектов. А то такой мутант окажется слишком узко приспособленным, при малейшем изменении условий он будет гораздо слабее, чем соответствующий биологический объект без мутации.
Оказалось, что никто из опрошенных биологов никогда ничего не слышал о подобных "только положительных" мутациях10.
Однако необходимо сказать, что, по крайней мере, в научно-популярной литературе по креационизму, все-таки, мутациям уделено неоправданно мало места; вопрос этот сложный и специальный, и у креационистов практически отсутствует научная конкретика. Словом, картина, несколько аналогичная той, что имеет место в учебных пособиях эволюционистов: нет современных экспериментальные данных по мутационной теории и возможности образования новых генов.
Допустим пока условно, что указанные утверждения о мутациях в работах креационистов для нас не указ. Попытаемся сами рассмотреть данный вопрос, да по возможности с наиболее специальных, научных позиций.
Автор представленного вам обзора, хоть и не генетик, но давно работает в той области, где непосредственно имеют дело с мутациями и повреждениями ДНК. Такие у нас воздействия на клетку и организм, что они могут приводить к мутированию. В нашей области мутации считаются страшнее, извините, кастрации, поскольку известно, что ничего хорошего, кроме плохого, кроме ошибок и нарушения работы генома, они не принесут. Самое же плохое в мутагенезе — это накопление канцерогенных мутаций, вызывающих рак, вкупе с появлением тех мутаций, которые у потомков мутировавшего организма могут вызвать уродства и патологии.
У нас никто и мысли не держит, будто мутации способны привести к чему-то прогрессивному, к каким-то глобальным улучшениям для вида. Даже "наши" молекулярные генетики в своих работах столь же твердое убеждение имеют, хотя многие из них в эволюционной теории не сомневаются.
|
|
|
Решил и я, как тот вышеуказанный креационист, провести хоть мини, но опрос. Вот наш заведующий, профессор, он уже лет 12 основное время за рубежом работает, причем как раз исследует функции генов в клетках. Очень большой у него стаж по специальности. Недавно я спросил его, пока он снова не уехал. Скажите, — говорю, — вы когда-нибудь где-нибудь в научных кругах слышали или читали про то, что кто-то наблюдал образование нового гена с новой информацией путем мутации? Чтобы этот ген образовался из некодирующего места ДНК, а не являлся модификацией другого, кодирующего гена? Нет — ответил профессор — никогда я про такое не слышал, ни на каких форумах, причем ни здесь, ни за рубежом. И не читал ничего похожего. Да и про образование нового гена из какого-то другого гена для животных, а не дрозофилы там, не припомню, — говорит.
Тогда я снова спросил профессора: "А как же с эволюцией?" Каков же ее механизм мутационный? Где хоть какие-нибудь его доказательства? Задумался наш профессор, и говорит мне, что ведь столько генов одинаковых у дрозофилы, мышей и человека. Откуда они? То есть, приводит расхожий аргумент эволюционистов о том, что аналогии и гомологии на генетическом уровне об общем предке могут свидетельствовать (см., например,1,2). Я ему отвечаю про единство плана Творца, но наш профессор не верит. Однако сказал: "Да, конечно, в эволюцию тоже поверить невозможно, если задумаешься над всеми этими сложнейшими молекулярными механизмами после десятилетий научной работы". И предположил, серьезно так: "Может, это какие-нибудь инопланетяне нас создали..." Я ему: "А инопланетяне откуда взялись?" "Не знаю, — говорит, — взялись откуда-нибудь".
Таков разговор. Видимо, нашего профессора вопросы Творения или эволюции мало интересуют, поскольку они никак не отражаются на его научной работе. И подобных специалистов-исследователей, причем очень квалифицированных в своих областях, весьма много. Дело в том, что, действительно, эволюционная теория никак не связана с материальной, практической, научной деятельностью. Можно почти одинаково успешно заниматься любым направлением науки, исповедуя веру как в Творца, так и в самопроизвольное возникновение всего из вся (кроме наукообразного дарвинизма, разумеется). Пишу почти, поскольку полагаю, что, все-таки, на современном этапе развития естественнонаучных дисциплин исповедание веры в эволюцию, если сразу исключить определенную научную малограмотность, должно допускать некую склонность к необъективности и идеологизированности. Подобные же склонности, как мне думается, вряд ли позволяют проводить полностью корректные исследования в области экспериментальных дисциплин и, главное, делать корректные, объективные выводы и обобщения.
Вот наш профессор — готов в инопланетян поверить, только не в макроэволюцию и в ее мутационную теорию. А почему? А потому, что квалификация, накопленный по специальности опыт и научная добросовестность мешают.
Но мы с нашим профессором все-таки не генетики, тем более не эволюционные. Есть такая дисциплина — эволюционная генетика и есть такие международные журналы, как, например, зарубежный "Журнал молекулярной эволюции" ("Journal of Molecular Evolution") и др. Может, думаю, мы с нашим профессором и с мутациями в нашей области чего-то не знаем, а вот те генетики знают. И решил я посмотреть научные первоисточники: нет ли чего мутационно-прогрессивного, хотя бы для бактерий. Ладно, думаю, не будем пока про многоклеточные организмы — они медленно мутируют, и не будем про то, что эволюционная мутация должна не просто в клетках, а в половых клетках животного произойти.
Давайте не будем про все эти сложности, а посмотрим, есть ли чего для одноклеточных, причем наипростейших — бактерий. Ведь о бактериях пишут как о примере эволюционного мутирования, когда бактерии к антибиотикам быстро привыкают путем мутаций1,2. И, кроме того, микроорганизмы по сравнению с высшими организмами на много порядков быстрее должны мутировать1,2: за год у бактерий сменяется 100.000 поколений, что соответствует числу поколений, за которое в эволюции млекопитающих должны происходить значительные макроэволюционные трансформации11.
3. Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам: согласно экспериментальным первоисточникам — мутации есть, но новых генов не возникает.Об этом однозначно утверждается в трудах креационистов (см., например, [3, 8, 9]). В эволюционных же пособиях вопрос несколько размыт: про какие-либо механизмы повышения устойчивости, про то, что они могут быть не обусловленными образованием новых генов, ничего не указывается1,2.
|
|
|
