Эволюция на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Никонов Александр Петрович

Записи обо всех наших признаках и особенностях содержатся внутри каждой нашей клетки – в самом её центре, в ядре. У человека триллионы клеток, и в каждой из них есть информация обо всем человеке. «Буквами», которыми записывается информация о нас внутри нас, служат наборы химических соединений. Они называются аминокислотами. Всего этих «букв» двадцать. Химический алфавит. Из аминокислотных «букв» составляются «слова», в которых закодированы некие признаки – например, цвет глаз. Эти «слова» – наборы сцепленных между собой аминокислот – именуются генами. Всего генов около тридцати тысяч, и их сочетание описывает всю конструкцию человека.

«Слова»-гены составляют собой «книгу» с полной

записью о каждом из нас. Точнее, не «книгу», а «свиток», поскольку для компактности скручены в двойную спираль – знаменитую спираль ДНК. Аббревиатура ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота. Это длиннющая, напоминающая плотно завитую пружинку молекула, которая состоит из многих миллиардов атомов. Молекулу эту простым глазом, конечно же, не увидеть, да и в обычный оптический микроскоп не увидеть тоже. Но если бы можно было развернуть молекулу ДНК, она бы вытянулась в нить длиной в два метра, то есть из микрообъекта сразу стала бы макрообъектом. И всё потому, что в ней записан колоссальный объем информации – всё о целом человеке!

Рис. 8. Здесь показан маленький фрагмент молекулы ДНК. Цветные шарики – это атомы, составляющие молекулу. Мы видим две спирали, соединенные молекулярными мостиками

Вы можете спросить: как с помощью химических веществ записать сведения о цвете глаз, например, или росте, которого достигнет взрослый человек? Ну а чем ещё, кроме химических веществ, природа могла записать информацию о существе, состоящем из химических веществ? Человек состоит из записи о себе и эту запись старается воспроизвести в своих потомках. Половина записи о признаках достаётся ребенку от отца, половина от матери, поэтому ребенок имеет какие-то свойства и черты обоих родителей. Ушки от мамы, носик от папы… В этом и есть суть полового размножения, о котором вам с удовольствием расскажут мама и папа. А я пока про молекулы продолжу…

Как происходит копирование информации, записанной в спиральном свитке ДНК? Ведь организм в утробе матери растёт, его клетки делятся, а мы знаем, что в каждой клеточке содержится вся информация об организме. Как она попадает в новую клетку, отделившуюся от прежней?

Рис. 9. Одна клеточная машинка режет ДНК вдоль, две другие достраивают развитые нити до полных. Так происходит репликация (копирование) наследственной информации

Природный ксерокс работает следующим образом. Специальный молекулярный механизм, который содержится в клетке, подъезжает с торца к молекуле ДНК и начинает резать ее вдоль, как бы распуская спирали ДНК. Это напоминает расстегивание застёжки-молнии, по которой едет замочек. Получаются два свободных конца, две свободных нитки, к которым тут же достраиваются плавающие в окружающем водном раствора комплементарные пары молекул, – «буквы». И через некоторое время вместо одной материнской молекулы ДНК получаются две дочерние.

Рис. 10. После того, как клеточные механизмы распустят молекулу ДНК вдоль, к разным её участкам могут присоединиться только определённые молекулярные кусочки – для достройки свободных нитей опять до полной спирали (точнее, двух полных спиралей)

Молекула ДНК устроена так, что «слова» и «буквы», которые стоят в ней напротив друг друга в двух спиралях, могут притянуть к себе только парные «слова» и «буквы», поскольку подходят друг к другу, как ключик к замочку. Это схематически изображено на рисунке ниже.

В общем, и захочешь при сборке ошибиться – не ошибешься: «ключик» к «замочку» не подойдёт. Но иногда ошибки все-таки случаются: к счастью, наш мир несовершенен, иначе он не смог бы развиваться, да и вообще вряд ли существовал бы. Эти ошибки происходят крайне редко: на десяток миллионов копирований ДНК – одна ошибка. Ошибки и сбои называются мутациями. Запомните это слово. Мутации обеспечивают изменчивость организмов в природе. Ошибки – двигатель прогресса!

А что означает ошибка в генетическом «тексте»?

Ошибка в книге может исказить смысл. Ошибка в компьютерной программе может сделать эту программу нерабочей. Ошибка шофёра может привести к смертельной аварии. А серьёзная ошибка в химическом тексте, по которому строится и функционирует тело, – это уродство. Поскольку случайная ошибка – это слепое искажение изначально работающего проекта, подавляющее количество ошибок будущего человека вредны или даже смертельны. Бывают, конечно, ошибки нейтральные, например, изменение цвета глаз. Оно практически ни на что не влияет – какая разница, голубая у человека радужная оболочка, каряя, зеленая или серая? Но если в результате сбоя генетической программы у детёныша не разовьется мозг, это уже серьёзно.

Однако это станет катастрофой только для неудачной особи, но не для природы. Природа такой ерундой не заморачивается. Она создала отличный, почти безошибочный механизм с минимальной вероятностью брака, и по поводу этого брака вообще не парится: сдох, и ладно! Совершенно здоровые особи миллионами мрут каждый день, пожираемые хищниками, уносимые голодом и болезнями, – так чего же волноваться об откровенно неудачном результате? Природа играет по-крупному! Для неё особь – расходный материал. Но не для нас, поскольку мы сами – особи и стараемся выжить…

В общем, 99 % мутаций – бесполезны или вредны.

Но иногда совершенно случайно ошибка может стать полезной, поскольку повышает приспособленность особи к среде. Что это значит? Это значит, что у мутанта появится чуть больше шансов выжить и оставить потомство, которое, в свою очередь, также сможет оставить потомство – и таким образом передать изменённый в результате мутации признак в будущее.

Пример.

Бабочки пяденицы любят жить на березах. Береза – белая. Поэтому крылья у пядениц белые, чтобы бабочки, сидящие на белых стволах, были незаметными для птиц. Ведь если птица бабочку заметит, то склюёт её, да и вся недолга… Но иногда в результате мутаций появляются на свет пяденицы с черными крыльями. Их участь незавидна: они слишком заметны на белых березах и потому быстро гибнут, даже не успев оставить потомство.

Но вдруг случается неожиданное – берёзы чернеют… Я рассказываю правдивую историю, на которую обратили внимание биологи Англии. Берёзы почернели, потому что на них начала осаживаться сажа: люди в XIX веке много топили углём, угольная копоть и смог покрывали тонким серо-чёрным слоем всё вокруг больших городов. Красивая белая кора березок тогда превратилась в сущее безобразие – нечто грязно-черное. И в этой ситуации преимущество неожиданно получили пяденицы-мутанты с темными крыльями – теперь уже они стали менее заметны на фоне грязной коры. А белые бабочки ярко выделялись на фоне темной грязи, и их склёвывали птицы. Мир перевернулся!