Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной
Шрифт:
Однако повторное освоение этого пространства происходит по кусочкам. Новые файлы по размеру не идентичны старым. Пытаясь сохранить на диске новый файл, компьютер ищет первый попавшийся доступный для этого участок, записывает туда столько, сколько поместится, затем ищет другой подходящий участок, записывает еще немного и т. д., до тех пор пока весь файл не будет размещен где-нибудь на диске. Наша иллюзия, будто файл имеет целостное, упорядоченное устройство, связана с тем, что компьютер тщательно сохраняет ссылки, “указывающие” на местоположение всех разбросанных по диску фрагментов. Эти “указатели” напоминают часто используемые в “Нью-Йорк таймс” надписи типа “Продолжение см. на с. 94”. Что же касается вопроса, почему один и тот же фрагмент текста встречается на диске в виде многочисленных копий, то причина тут в следующем. Если данный текст (подобно всем главам моих книг) поправлялся и редактировался многие десятки раз, значит, в конце каждого редактирования он (почти в неизменном виде) сохранялся на компьютере заново. Это выглядело
Если же говорить о ДНК какого-либо вида, то ее операционная система очень-очень древняя, и есть доказательства, что в долгосрочном масштабе времени она ведет себя в какой-то мере так же, как компьютер по отношению к файлам на своем диске. Отчасти в пользу этого свидетельствует такое восхитительное явление, как “интроны” и “экзоны”. В течение последнего десятилетия было выяснено, что любой “единый” ген (единый — то есть представляющий собой непрерывный ДНК-текст) не хранится целиком в одном и том же месте. Если вы будете считывать кодовые символы в том порядке, в каком они действительно располагаются на хромосоме (то есть сделаете что-то аналогичное отказу от дисциплины “операционной системы”), то увидите, что “смысловые” участки, называемые экзонами, чередуются там с кусками “бессмыслицы”, или интронами. То, что с функциональной точки зрения является “геном”, на самом деле разбито на серию фрагментов, разделенных лишенными смысла интронами, как если бы каждый экзон оканчивался указателем: “Продолжение см. на с. 94”. В своем целостном виде ген собирается из полного комплекта экзонов, которые объединяются вместе только тогда, когда “формальная” операционная система считывает их, чтобы затем перевести в белок.
Еще одним доказательством в пользу нашей метафоры является тот факт, что хромосомы усеяны старыми генетическими текстами, которые больше не используются, но содержание которых все еще можно разобрать. Характер распределения этих “генетических ископаемых” способен поразить любого программиста сверхъестественным сходством с расположением информации на старом компьютерном диске, много использовавшемся для редактирования текстов. У большинства животных значительная часть от общего числа генов на самом деле никогда не считываются. Эти последовательности ДНК представляют собой либо полную белиберду, либо устаревшие, “ископаемые гены”.
Изредка таким ископаемым текстам снова доводится вступить в свои права, с чем мне пришлось столкнуться при написании этой книги. Из-за ошибки компьютера (впрочем, если говорить начистоту, то это могла быть и ошибка человека) диск, на котором была записана глава 3, случайно оказался “вытерт”. Разумеется, текст не был в буквальном смысле слова уничтожен. Удалены были лишь ссылки на начало и конец каждого “экзона”. “Формально” операционная система ничего не могла прочитать, но “неофициально” я мог выступить в роли генного инженера и исследовать содержимое диска полностью. То, что я увидел, было замысловатым пазлом из кусочков текста: некоторые из них были совсем недавними, а некоторые — устаревшими “ископаемыми”. Методом подборки фрагментов этого пазла мне удалось восстановить главу. Но в большинстве случаев я не знал, где были отрывки окончательного варианта, а где “ископаемые”. Это не стало проблемой, поскольку, не считая незначительных деталей, потребовавших кое-какой дополнительной правки, они были одинаковыми. По крайней мере некоторые из “ископаемых”, прежде выступавшие в качестве “интронов”, снова вернулись в строй. Они выручили меня из затруднения и избавили от необходимости заново переписывать целую главу.
У живых организмов тоже известны случаи, когда “ископаемые гены” возвращаются к активной жизни после спячки, длившейся миллионы лет. Не буду сейчас вдаваться в подробности: это увело бы нас слишком далеко в сторону, а мы, как вы помните, и так уже отклонились от основной темы данной главы. Здесь важен сам факт: “генетическая емкость” вида может увеличиваться за счет дупликации генов. Одним из способов, которыми это происходит, является повторное использование “ископаемых” копий существующих генов. Существуют и другие, более прямые пути переноса копий генов на рассредоточенные в пространстве участки хромосом. Это напоминает многократное сохранение файла на разных частях диска или на разных дисках.
У человека имеется восемь отдельных генов, называемых глобинами, которые используются в числе прочего для образования гемоглобина и располагаются на разных хромосомах. Считается несомненным, что все восемь происходят в конечном итоге от одного предкового глобинового гена. Примерно 1100 млн лет назад исходный глобин дуплицировался, и генов стало два. Датировать это событие нам позволяют независимые данные о том, с какой скоростью глобины обычно эволюционируют (см. главы 5 и 11). Один ген из пары, получившейся в результате этой первоначальной дупликации, стал предком всех тех генов, что производят гемоглобин у позвоночных. Другой стал предком миоглобинов — родственного гемоглобинам семейства белков, функционирующих в мышцах. Ряд последующих дупликаций привел к возникновению так называемых альфа-, бета-, гамма-, дельта-, эпсилон— и дзета-глобинов. Потрясает то, что мы можем нарисовать полное генеалогическое древо глобиновых генов и даже поставить дату возле каждой точки ветвления (к
Генная дупликация внутри вида — не единственный способ, каким число сотрудничающих друг с другом генов может возрастать в ходе эволюции. Другое важное явление, еще более редкое, но все-таки возможное, — это случайное встраивание генов другого вида, порой чрезвычайно далекого с эволюционной точки зрения. Так, например, гемоглобины были обнаружены в корнях растений семейства бобовых. Больше ни в каких других растительных семействах они не встречаются, и почти наверняка бобовые “заразились” ими от животных. В качестве посредников, вероятно, выступили вирусы.
Согласно получающей все большее признание теории американского биолога Линн Маргулис, особенно важным событием в этом ряду было возникновение так называемой эукариотической клетки. К эукариотическим относят все клетки, за исключением бактериальных [7] . Мир живой природы делится на две принципиально разные части: бактерии и все остальное. Мы с вами являемся частью всего остального и, таким образом, принадлежим к эукариотам. От бактерий нас отличает главным образом то, что наши клетки содержат внутри себя своего рода обособленные “мини-клетки”. К числу последних относится клеточное ядро, являющееся хранилищем хромосом, а также митохондрии (те самые, которые мы мельком увидели на рис. 1), напоминающие миниатюрные бомбы и начиненные замысловато упакованными мембранами. В клетках растений (эукариотических) содержатся еще и хлоропласты. Митохондрии и хлоропласты имеют свою собственную ДНК, которая реплицируется и распространяется независимо он основной клеточной ДНК, находящейся в хромосомах ядра. Все ваши митохондрии являются потомками маленькой группы митохондрий, полученной вами от вашей матери в составе ее яйцеклетки. Сперматозоиды слишком малы и не содержат митохондрий, так что митохондрии передаются исключительно по женской линии, а мужские особи в том, что касается размножения митохондрий, представляют собой тупик. Кстати говоря, это означает, что с помощью митохондрий мы можем проследить свою родословную, но только строго по женской линии.
7
По современным представлениям живые организмы подразделяются на три большие группы или домена, а не на две: эукариоты, бактерии и археи. Последние стало принято выделять в особый таксон в 1990-е годы, уже после выхода “Слепого часовщика”. — Прим. науч. ред.
Теория Маргулис состоит в том, что митохондрии, хлоропласты и еще кое-какие клеточные структуры — все они происходят от бактерий. Эукариотическая клетка возникла предположительно 2 млрд лет назад, когда несколько бактерий разного типа объединили свои усилия, поскольку такое сотрудничество сулило большую выгоду каждому из участников. По прошествии эонов они настолько тесно интегрировались в единую рабочую единицу, называемую эукариотической клеткой, что стало практически невозможно выявить тот факт, если это действительно факт, что некогда они были отдельными бактериями.
По-видимому, изобретение эукариотической клетки сделало возможным целый ряд новых планов строения. Теперь, и это для нас интереснее всего, смогли появиться крупные организмы, состоящие из многих миллиардов клеток. Все клетки размножаются делением надвое, причем каждая половинка получает полный набор генов. Как мы уже видели на примере бактерий на булавочной головке, путем последовательных удвоений может образоваться очень большое число клеток за довольно короткий срок. Все начинается с одной клетки, которая разделяется на две. Каждая из этих двух делится, и получается четыре. С каждым делением количество клеток удваивается: из 8 их становится 16, затем 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192… Спустя каких-то 20 делений, которые займут совсем немного времени, счет идет уже на миллионы. А по прошествии всего лишь 40 делений у нас будет больше триллиона клеток. В случае бактерий все клетки, в огромных количествах образующиеся следующим друг за другом делениям, расходятся и живут сами по себе. То же самое справедливо и для многих эукариотических клеток, в частности для простейших животных — например, для амеб. Когда клетки, образованные путем таких последовательных делений, не разошлись каждая своей дорогой, а остались склеенными друг с другом, был сделан важнейший эволюционный шаг. Тогда стало возможным появление структур более высокого порядка, как мы могли это видеть в неизмеримо более скромном масштабе на примере разветвляющихся надвое компьютерных биоморф.