В 1970-е гг. был
сформулирован парадокс: размер генома организма (количество ДНК в одинарном
хромосомном наборе) не коррелирует со сложностью организма. Например, у
некоторых амеб размер генома в 200 раз больше, чем у человека. Это означает, что
бóльшая часть генома у многих организмов представляет собой нефункциональный
«мусор». Не оказался исключением и сам человек: по данным проекта «Геном
человека» (2000), доля генетического мусора составляет 97%. Почему этот факт
удивителен для биологов? К 1950-м гг. сложилась синтетическая теория эволюции, удовлетворительной
альтернативы которой нет до сих пор. Один из главных ее постулатов состоит в
том, что каждый признак организма обладает адаптивным значением, функционален.
Функционализм и панадаптационизм в биологии имеет почтенную родословную, связанную
с островной интеллектуальной традицией и ведущую через Чарльза Дарвина к
представителям британской естественной теологии, вплоть до создателей науки
Нового времени (Роберт Бойль, Джон Рэй).
Что
представляет собой генетический мусор? Это могут быть обломки «прыгающих генов»
— эгоистичных мобильных элементов, которые размножались в геноме наших предков,
или это могут быть результаты ошибок при копировании ДНК или при клеточном
делении. Важно, что любой кусок нефункциональной ДНК может оказаться востребованным
в ходе дальнейшей эволюции, привлеченным для выполнения новой функции.
Естественный отбор — не инженер, а ремесленник, он использует для своих целей
все, что подворачивается под руку. Действительно, в 2012 году были опубликованы
результаты проекта ENCODE
по интенсивному изучению 1% генома человека. Оказалось, что количество «генетического
мусора» ранее преувеличивалось, хотя большинство исследователей считает, что он
все равно составляет большую часть генома. Функциональный репертуар генома
оказался расширен в первую очередь за счет некодирующих (не участвующих
напрямую в переносе информации от ДНК к белкам) РНК, выполняющих различные
регуляторные функции.
Геном человека
в настоящее время выглядит как настоящие джунгли, простое его описание невозможно.
Однако такая ситуация типична для биологии. Ни один из биологических законов
или правил, упоминаемых в учебниках, не удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к законам в физике, хотя бы таким, как универсальность и
нетавтологичность. Исключение составляет, может быть, сам принцип естественного
отбора: преимущественное выживание и размножение наиболее приспособленных. Однако
он же и приводит к нарушению любых сложившихся локальных биологических «закономерностей»
и появлению новых, как только это оказывается выгодно организму (гену,
популяции, виду). Например, появление хромосомного определения пола и,
соответственно, половых хромосом приводит к нарушению законов Менделя и
возникновению наследования, сцепленного с полом.
Биология
помогает понять связь мусора со случайностью и демонстрирует его творческий
потенциал. Обнаружение и изучение «генетического мусора» связано с разработкой
одной из трех главных альтернатив дарвинизму в широком смысле. Первые две —
ламаркизм (наследование приобретенных признаков) и ортогенез
(запрограммированная эволюция) — были оттеснены на обочину науки синтетической
теорией эволюции. Третья альтернатива связана со все возрастающим осознанием
творческой роли случайности в эволюции. Первоначально это была идея случайных
мутаций, затем возникла концепция дрейфа генов (случайных изменений частот
вариантов генов в популяции, не связанных с действием естественного отбора),
играющего важную роль в видообразовании. Согласно этой концепции, эволюция
нефункциональной части генома происходит под действием дрейфа генов, но при
этом накопление генетического мусора оказывается частью другого, глобального
процесса — возрастания сложности. Нейтральную гипотезу возрастания сложности в ходе
эволюции можно пояснить на примере пьяного, вытолканного из бара. Пьяный может
случайным образом делать шаг как в сторону бара, так и в сторону от бара,
однако обратно в сам бар его не пустят. В результате через некоторое время
пьяный с наибольшей вероятностью будет обнаружен вблизи бара, но с небольшой
вероятностью — далеко от него. Аналогичное статистическое распределение
возникает, если предположить, что в результате видообразования сложность
организмов может с равной вероятностью уменьшаться или увеличиваться, но
сложность не может стать меньше, чем у самых первых живых организмов. Такое
распределение видов по сложности соответствует наблюдаемому: количественно на
Земле преобладают одноклеточные организмы и вирусы. А необходимым условием
такого механизма возрастания сложности в ходе эволюции оказывается материал, поставляемый
генетическим мусором.
Иван
Кузин
Комментариев нет:
Отправить комментарий