Эволюция и прогресс

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Утверждено к печати Институтом цитологии и генетики СО АН СССР

Ответственный редактор

доктор биологических наук С.Н. Родин

Рецензенты

доктора биологических наук А.С. Графодатский, Н.Д. Тарасенко

«От амебы до человека» — таким обычно представляется нам путь, пройденный эволюцией.

Ну, а в старину, когда главным «инструментом» получения знаний о мире оставался невооруженный глаз наблюдателя, было модным противопоставление человека — «венца всего живущего»

— «презренному червю, копошащемуся в прахе». Хотелось бы спросить, за что же червь был удостоен презрения? Вообще, почему слово «червь» стало синонимом слова «ничтожество»? Вероятно, за простоту строения и нетребовательность. Вот пчелу всегда уважали, и дело не в том, что она полезна (курица тоже полезна), но прежде всего в том, что она трудолюбива и отличается очень сложным, прямо-таки разумным поведением. Впрочем, высокая степень совершенства приписывалась и другим насекомым. Так, живший во II веке Лукиан написал «Похвалу мухе», хотя уже за тысячу лет до него оценил достоинство этого назойливого членистоногого Ромер. В «Илиаде» богиня Афина, вдохновляя царя Менелая к бою, укрепила его тело, а…

Сердце ж наполнила смелостью мухи, которая мужем, Сколько бы крат ни была, дерзновенная, согнана с тела, Мечется вновь уязвить, человеческой жадная крови,— Смелость такая Атриду наполнила мрачное сердце.

Открытие микроскопа заставило изменить представление о «низших» как о простых и несовершенных. Все существа оказались сложными. К середине XIX века стало ясно, что фундаментальной единицей всего живого является клетка — маленький комочек протоплазмы, способный к росту и размножению. На многоклеточный организм стали смотреть как на государство из клеток, наделенных некоторой автономией.

Последняя четверть XIX пека получила название «золотого века цитологии». Были открыты клеточное ядро и хромосомы, описано их поведение в процессе клеточного деления. Все это имело огромное значение для обоснования хромосомной теории наследственности. В то же время открытия микроскопистов четко продемонстрировали независимость уровня организации клеток от положения их обладателей на лестнице существ. В связи с этим цитологи часто выбирают для своих исследований «экзотические» виды (как правило, с низких ступенек лестницы), у которых то или иное явление клеточной жизни выражено с максимальной полнотой. Так, митотический аппарат лучше всего изучать у морских ежей, судьбу гетерохроматических областей хромосом — у аскариды или у циклопа, морфологию хромосом — у прямокрылых насекомых или у хвостатых амфибий. Именно у низших можно встретить чрезвычайно сложно организованные клетки. Достаточно упомянуть о миниатюрных гарпунных пушках, спрятанных в стрекательных клетках кишечнополостных. Однако максимальной сложности достигает клеточное строение в классе простейших. Например, инфузория туфелька представляет собой свободно живущую двухъядерную клетку с многочисленными структурами (органеллами), исполняющими роль органов многоклеточных. Особенно поражает система размножения, где обычное клеточное деление чередуется с особым половым процессом, в ходе которого меньшее из ядер (микронуклеус) исполняет роль половой клетки.

Вместе с тем, несмотря на все открытия цитологов, информации о субклеточном уровне было очень мало, поэтому до середины XX века сохранялся взгляд на клетку как на весьма простое, по существу, бесструктурное образование. Об этом говорит хотя бы сам факт появления «теории» О.Б. Лепешинской, согласно которой клетка может возникнуть (надо полагать, с помощью самосборки) из «живого вещества» перетертых клеток.

В XX веке основным поставщиком информации о строении живого вещества становится биохимия. Благодаря ее успехам стала вырисовываться величественная картина путей синтеза и распада основных химических компонентов организмов — белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Выяснилось, что практически любой акт химического превращения обеспечивается специфичным катализатором белковой природы — ферментом. Это означает, что тысячи вариантов химических реакций, протекающих в организме, управляются таким же числом ферментов. Более того, анализ строения белков показал, что все их свойства (в том числе и каталитические) однозначно задаются последовательностью нескольких сотен аминокислотных остатков. Причем все миллиарды молекул белка каждого типа имеют тождественное строение. Оказалось, что эта невероятная точность обеспечивается особым, неведомым ранее матричным типом химического синтеза.

Молекулы белка печатаются с матриц РНК, где тройке нуклеотидов (кодону) соответствует определенный аминокислотный остаток. Матричная РНК, в свою очередь, синтезируется под контролем особых ДНК-матриц, хранящихся в хромосомах, — таинственных генов классической генетики. Таким образом, типичный ген оказался отрезком ДНК, в котором закодирована информация об аминокислотной последовательности белка. Кроме того, как правило, в хромосомной ДНК рядом с кодирующей последовательностью расположены участки, определяющие режим работы гена, т. е. интенсивность копирования РНК. Эти контролирующие последовательности ДНК специфично взаимодействуют с регуляторными белками — продуктами работы других генов (регуляторов), которые, в свою очередь, тоже могут управляться.

Итак, в хромосомах размещено несколько тысяч генов, каждый из которых представляет уникальную последовательность из сотен и даже тысяч нуклеотидов, кодирующих несколько десятков вариантов РНК (обслуживающих различные этапы передачи информации от гена к белку) и несколько тысяч разнообразных белков с каталитической, регуляторной и структурной функциями. Открывшаяся картина молекулярных превращений настолько превзошла по сложности и совершенству все ранее известное в биологии, что раздались голоса (в том числе и весьма авторитетные) о внеземном происхождении жизни. Уж слишком мало времени (всего около одного миллиарда лет) отделяет только что возникшую Землю от ее первых живых обитателей.

Анализ процессов, связанных с синтезом и распадом основных химических компонентов организмов, а также с хранением, копированием и перекодированием наследственной информации, приводит к следующим выводам. Во-первых, у всех живых существ эти процессы организованы фактически одинаково. Данное фундаментальное единство получило свое выражение в знаменитом изречении Ж.Моно: «Что верно для Е. coli,верно и для слона». Во-вторых, не исключено, что сложность организмов (вне зависимости от их положения на лестнице существ) на молекулярном уровне на несколько порядков превосходит все то, что является предметом изучения таких наук, как анатомия, гистология и физиология. Наконец, с точки зрения последовательного дарвинизма, все организмы одинаково хорошо приспособлены к среде своего обитания, и в этом смысле и «высшие», и «низшие» одинаково совершенны.

Возвращаясь к пути, пройденному эволюцией от червя (пожалуй, лучше было бы сказать от губки) до человека, мы должны отбросить все иллюзии, связанные со словами «высшие» и «низшие», и признать, что прогресс, достигнутый живыми существами на этом пути, не абсолютен, поскольку касается исключительно надклеточногоуровня организации. Однако ни в коем случае не следует, и умалять достижения эволюционного прогресса. Достаточно отметить, что по одному лишь клеточному многообразию человек превосходит губку не менее чем в 50 раз. А сколько возникло новых органов? Но тут же просится леденящий душу вопрос: «А для чего все это?» Вероятно, лишь для того, чтобы добывать больше пищи и быстрее строить из нее собственную биомассу. Но в таком случае людям далеко до кишечнополостных, да и до тех же губок. Кто сомневается, может пройти в начале сентября по южному берегу Азовского моря и посмотреть на искрящиеся горы из медуз Rhizostoma pulmo.

Куда же ведет эволюционный прогресс и что им движет? Как возникло это поразительное нагромождение существ, где нередко «низший» вместо пожирания праха процветает, а «высший» влачит жалкое существование? Это недоумение сквозит в стихах Н. А. Заболоцкого, вынесенных нами в эпиграф. Тем не менее на поставленные вопросы, которые представляются поэту неразрешимыми, мы все же постараемся дать ответ. Правда, для этого читателю придется слегка коснуться таких «сухих» и математизированных разделов биологии, как генетика популяций и генетика количественных признаков. Однако автор старался максимально упростить и оживить изложение, поэтому, по его мнению, книгу без труда прочтет каждый, кого действительно интересует вопрос с причинах эволюционного прогресса.