9. Этические и эстетические аргументы против креационизма
Аргументация, приведенная в этом разделе, не является научной в строгом смысле слова.
Двое из авторов настоящей публикации (Н.М. Борисов и А.Б. Шипунов) не согласны с этой аргументацией, считая, что здесь делается попытка "доказать отсутствие Бога". По мнению других, здесь нет попытки обосновать атеизм, а есть лишь попытка продемонстрировать нелогичность представлений о том, что существующие на земле виды живых существ были целенаправленно созданы сверхъестественной разумной силой.
Поскольку данный раздел был одобрен только частью авторского коллектива, мы просим рассматривать его в качестве дополнительного и помнить о том, что приведенная в нем аргументация, во-первых, не является строго научной, во-вторых, представляет собой личное мнение не всех, а только части авторов.
Введение
За редкими исключениями, антиэволюционисты являются религиозными людьми, считающими, что эволюция противоречит их вере. Именно это и заставляет их искать аргументы против эволюции (хотя есть немало верующих, признающих эволюцию; см. "Вступительное слово"). Антиэволюционисты-безбожники – довольно редкое явление. Трудно быть одновременно антиэволюционистом и безбожником, потому что в таком случае у вас не остается вообще никаких внятных объяснений наблюдаемого на Земле огромного разнообразия и поразительной приспособленности (адаптированности) живых существ. Если не Бог и не эволюция – кто же тогда создал все это? То, что разнообразие и приспособленность живых существ нельзя объяснить «простой случайностью» – это чуть ли не единственное утверждение, по которому между эволюционистами и антиэволюционистами нет никаких разногласий.
Вопреки распространенному среди антиэволюционистов заблуждению, теория эволюции вовсе не предполагает, что разнообразие и приспособленность живых организмов объясняются «простой случайностью». Более или менее случайными являются только мутации, однако естественный отбор – процесс закономерный, и он придает эволюционным изменениям направленность и видимость осмысленности («разумного дизайна»). Хорошая аналогия: кристаллы образуются из хаотически («случайно») движущихся молекул, но физико-химические законы кристаллизации придают образующимся из этого хаоса кристаллам строго определенную форму и структуру.
Единственной логичной альтернативой эволюции является предположение о том, что живые существа являются результатом целенаправленного творчества некой разумной силы (идея «разумного замысла», или «разумного дизайна»). Но в таком случае у нас в руках огромный и разнообразный материал, позволяющий судить о свойствах, возможностях, личных качествах, морали и вкусах этой разумной силы. Точно так же, как по остаткам материальной культуры исчезнувшей цивилизации (например, древних египтян или майя) мы можем очень многое узнать о людях, создавших эту цивилизацию, так и биология должна давать богатейший материал для изучения личности предполагаемого Творца (или творцов, если это был творческий коллектив, а не мастер-одиночка).
Именно так рассуждали и продолжают рассуждать многие религиозные мыслители-антиэволюционисты (классический труд в этой области: Paley, W. 1809. Natural Theology). Они видят в «совершенстве и гармонии природы» результат благонамеренных и мудрых действий Творца. Однако при ближайшем рассмотрении органический мир вовсе не производит впечатления сплошного «совершенства и гармонии».
В этом разделе мы рассмотрим ряд аргументов против теории «разумного замысла», которые вытекают из принятых среди религиозных антиэволюционистов этических и эстетических оценок явлений природы. Данные аргументы не являются научными в строгом смысле — мы просто попробуем поиграть немного по правилам, предлагаемым религиозными антиэволюционистами, которые верят, что виды живых существ созданы Творцом, небезразличным к вопросам морали. С научной точки зрения, наблюдаемые факты совершенно однозначно свидетельствуют о том, что природа полностью индифферентна к человеческим представлениям о добре и зле или прекрасном и безобразном. Поэтому для науки рассматриваемые здесь примеры не представляют никакого парадокса. По ходу дела мы убедимся, насколько ненаучной и бесперспективной является сама идея применения к живой природе человеческих понятий о морали и красоте.
1. Необычайная любовь к жукам
Некоторые весьма яркие и характерные особенности живой природы выглядят в высшей степени странными, если пытаться увидеть в них результат чьего-то сознательного творчества. Согласно известному историческому анекдоту, выдающегося биолога Джона Холдейна однажды спросили, какие черты личности Создателя наиболее ярко проявились в его Творении. «Необычайная любовь к жукам» — ответил Холдейн.
Действительно, кому могло понадобиться творить столько жуков? На сегодняшний день их известно около 350 тысяч видов (для сравнения, млекопитающих — около 6 тысяч видов). Жуки – самая разнообразная группа насекомых, а насекомые – самая разнообразная группа живых существ, значительно превосходящая по видовому богатству все остальные группы вместе взятые. Заметим, что для биологии немыслимое разнообразие жуков вовсе не представляет неразрешимой загадки (см.: Невероятное разнообразие жуков получило эволюционное объяснение).
Большинство видов жуков – это малочисленные, малоизвестные, не играющие существенной экологической роли, можно сказать, «Богом забытые» виды, рассеянные по тропическим лесам Африки, Азии и Америки. Здравый смысл нам подсказывает, что сотворить их мог только некто, одержимый неизъяснимой страстью к сотворению жуков. Другие группы насекомых ставят перед религиозными антиэволюционистами тот же вопрос. Например, зачем было творить на одних только Гавайских островах 500 эндемичных (нигде больше не встречающихся) видов плодовых мушек?
2. «Как Бог черепаху»
Некоторые «творения» явно свидетельствуют либо о дурном вкусе, либо о некомпетентности предполагаемого "дизайнера". Приписывая авторство подобных "творений" Богу, антиэволюционисты совершают что-то очень похожее на кощунство. Дизайн камбалообразных рыб, особенно анатомия их перекошенной, изуродованной, асимметричной головы, поражает своим безобразием и нерациональностью. Почему было не спроектировать камбал по образцу скатов, которые достигают той же цели (могут распластаться по дну и затаиться), сохраняя при этом симметрию и гармоничное соотношение частей тела? Для теории эволюции камбалы тоже долго представляли довольно сложную проблему, которая, однако, была успешно разрешена благодаря недавним палеонтологическим находкам (см.: Ископаемые рыбы в очередной раз подтвердили правоту Дарвина).
Можно привести очень много примеров причудливого и, по человеческим меркам, нелепого и уродливого «дизайна» в живой природе. Мальки некоторых рыб плавают, загребая глазами на длинных стебельках. Морской конек-тряпичник и скорпена выглядят по-идиотски в своих бесформенных кожных лохмотьях, служащих для маскировки. Глубоководные удильщики, подманивающие глупых рыбешек приманкой, похожей на червячка или просто кусочек какой-то аппетитной гадости, — еще одно яркое проявление дурного вкуса предполагаемого «дизайнера».
Инстинкты многих животных тоже «спроектированы» не лучшим образом: как объяснить с антиэволюционных позиций, например, удивительную слепоту птиц-родителей, продолжающих честно кормить кукушонка даже тогда, когда он уже в несколько раз превосходит их по размеру и давно уже выкинул из гнезда их собственных птенцов? Причем, что самое удивительное, эти же птицы прекрасно умеют отличать чужие яйца от своих собственных, и поэтому кукушки, как правило, откладывают яйца, очень похожие по размеру и окраске на хозяйские — иначе обман сразу будет замечен. Слепота родителей распространяется только на птенцов. Что это за "разумный дизайн" — снабдить птиц способностью разбираться в яйцах, но полностью лишить их умения разбираться в птенцах? С точки зрения эволюционной теории, опять-таки, все это легко объяснимо (см.: Обнаружить птенца-подкидыша — слишком сложная задача для птичьих мозгов?).
А что можно сказать о вкусе «дизайнера», сотворившего цветы, опыляемые навозными мухами и потому источающими аромат тухлого мяса?
Другие примеры несовершенства и явных нелепостей в "дизайне" живых существ рассмотрены в разделе «Несовершенство строения организмов».
3. Утонченный садизм
Дарвин признался в одном из писем, что не представляет, как мог благой и милосердный Создатель сознательно сотворить наездников-ихневмонид, чтобы они развивались в теле своих жертв, пожирая их заживо изнутри. Наездники – большая и разнообразная группа перепончатокрылых насекомых, ведущая исключительно садистский образ жизни. Они откладывают яйца в тело своей жертвы (гусеницы, паука, тли и т.п.), причем во многих случаях жертва предварительно парализуется уколами жала в нервные узлы. Вышедшие из яиц личинки пожирают живую плоть жертвы, начиная с наименее важных органов – чтобы пища как можно дольше оставалась живой и свежей. Сначала съедаются жировые отложения, мускулатура, пищеварительная и половая системы, а те органы, без которых жертва сразу погибнет (например, нервная система), приберегаются напоследок. Могло ли разумное и благожелательное существо сознательно сотворить этот кошмар?
Некоторые религиозные антиэволюционисты пытаются объяснить подобные примеры чудовищной жестокости природы вмешательством дьявола (нечистых духов, активизированных грехопадением людей). Из этой «гипотезы» вытекает множество проверяемых следствий, которые совершенно не выдерживают эмпирической проверки. Попробуйте «разложить», например, льва на два «слоя» дизайна: изначальный благой и поздний злонамеренный. Лев весь, от носа до кончика хвоста, спроектирован как совершенная машина для убийства и пожирания мяса, а вовсе не травы. Природа абсолютно безразлична к нашим представлениям о морали и эстетике, и поэтому мы повсеместно видим в ней причудливую смесь «добра» и «зла», «красоты» и «безобразия».
Например, орхидеи – прекрасные творения, радующие глаз, явно не дело рук дьявола. Но среди них есть виды, цветы которых замаскированы под тех несчастных пауков, на которых охотятся наездники. Наездники нападают на них – и переносят пыльцу. Орхидеи используют садистские наклонности наездников к собственной выгоде.
Эволюционная теория предсказывает, что между хищниками, паразитами и их жертвами должна происходить эволюционная "гонка вооружений", явные признаки которой мы повсеместно наблюдаем в природе:
- Наездники подавляют иммунную защиту своих жертв при помощи прирученных вирусов
- Уникальный случай тройного симбиоза: вирус помогает бактерии защищать тлю от врагов
- Гонококки обманывают иммунную систему, внося контролируемые изменения в свой геном
- Неядовитые змеи вырабатывают устойчивость к смертоносному яду тритонов
- Современные паразиты опаснее прошлых и будущих
- Муравьи стараются не пахнуть как гусеницы, пахнущие как муравьи
В природе преобладают конкурентные, антагонистические взаимоотношения между организмами, что отлично объясняется идеей "эгоистичного гена" (Р. Докинз, «Эгоистичный ген»). При этом та же самая теория убедительно объясняет и происхождение альтруизма и кооперации (см.: А.В. Марков, «Эволюция кооперации и альтруизма»).
Другие примеры безнравственности природного "дизайна" — инфантицид (убийство чужих детенышей самцами львов) и сиблицид (убийство птенцами орлов своих младших братьев и сестер прямо в гнезде: Братоубийственные драки детенышей не зависят от половых гормонов).
Конрад Лоренц в книге «Кольцо царя Соломона» писал: «Однажды я запустил в аквариум к своим землеройкам большую прудовую лягушку... куторы одновременно стали поедать добычу живьём, причём каждая начала с того места, где ей удалось ухватить несчастную жертву. Душераздирающее кваканье лягушки смешивалось с хором чавкающих челюстей её истязателей... Да, природа может быть очень жестокой... Ёж, полностью защищённый своей колючей броней от змеиных укусов, постоянно поедает пресмыкающихся начиная с хвоста или с середины туловища, и точно так же куторы обходятся со своей безобидной добычей».
4. Конфликт полов
Ярким примером, демонстрирующим неадекватность антиэволюционистских «объяснений», является известный феномен конфликта полов (sexual conflict). Это явление логически вытекает из неравного вклада самцов и самок в потомство: сперматозоиды в избытке, яйцеклетки в дефиците.
К особенно гротескным результатам конфликт полов приводит у гермафродитов: схватки с попытками откусить пенис партнера или «фехтование на пенисах» (penis fencing) у плоских червей. Какой разумный дизайнер все это проектировал? О некоторых следствиях конфликта полов у человека см. в заметке: Причиной психических заболеваний может быть конфликт между отцовскими и материнскими генами.
У уток самцы склонны к насильственному спариванию. В ходе эволюции у селезней развился крупный пенис, закрученный штопором. У самок для сопротивления насилию влагалище стало закручиваться штопором в противоположную сторону (Brennan et al., 2007. Coevolution of Male and Female Genital Morphology in Waterfowl).
Другие примеры: статья П.Н. Петрова «Самцы жуков-плавунцов — насильники и убийцы» и сексуальный каннибализм пауков и богомолов (см. книгу Оливии Джадсон: Olivia Judson, Dr. Tatiana's sex advice to all creation).
Таким образом, живая природа совсем не похожа на результат сознательного творчества каких-либо разумных агентов, неравнодушных к морали и красоте. Силы, создавшие ее, были к ним полностью индифферентны. Именно так и должен был действовать естественный отбор, работающий в интересах "эгоистичного гена", но от разумного и благонамеренного Творца мы ожидали бы совсем другого.
10. Ответы на некоторые типичные "доводы" антиэволюционистов
Чрезвычайно подробный перечень утверждений антиэволюционистов и весьма обстоятельные научные ответы на них опубликованы на сайте TalkOrigins (по-английски). Многие "аргументы" противников эволюции рассмотрены в предыдущих разделах. В данном разделе мы поместили ряд дополнительных материалов, показывающих несостоятельность антиэволюционистской аргументации.
Почему "кембрийский взрыв" не является аргументом против эволюции
Многие крупные таксоны (типы и классы) современных животных впервые появляются в палеонтологической летописи в течение сравнительно короткого интервала времени в начале кембрийского периода (примерно 542–530 млн лет назад), то есть в геологическом масштабе времени — почти мгновенно. Антиэволюционисты иногда пытаются использовать этот факт в качестве аргумента против эволюции: дескать, он противоречит дарвиновским представлениям о постепенности эволюционного процесса, и непонятно, где же предки всех этих животных. Самому Дарвину "кембрийский взрыв" представлялся загадкой, которую его теория не могла объяснить. Усилиями последующих поколений биологов и палеонтологов эта загадка была в общих чертах разгадана. Популярный и подробный рассказ о новейших находках, современных фактах и теориях, объясняющих "кембрийский взрыв", читатель найдет в работах авторов настоящего материала:
- А.Ю. Журавлев. Тени зарытых предков
- К.Ю. Еськов. История Земли и жизни на ней. Глава 7.
В дополнение к этим статьям отметим, что "кембрийский взрыв" является ярким примером быстрой адаптивной радиации, что часто происходит с живыми организмами вскоре после их проникновения в обширную незанятую область экологического (нишевого) пространства. Аналогичные примеры мы наблюдаем и сегодня. Например, в молодом эфиопском озере Тана примерно за 10 тысяч лет из одной случайно попавшей туда формы (усач Barbus intermedius) развилось 14 разных форм, занявших разнообразные пустующие ниши (Sibbing et al., 1998). В том числе появились даже усачи-хищники, что крайне нехарактерно для карповых рыб вообще.
По своему строению многие из этих новых форм вполне заслуживают не только видового, но и родового статуса, однако по генетике они все очень близки, как им и положено, учитывая их молодой возраст. Поэтому сегодня одни ихтиологи считают эти формы разными видами, другие — только разновидностями. Для развития полной генетической несовместимости требуется порядка 4–14 миллионов лет. Дайте им 15 миллионов лет — и они наверняка утратят способность скрещиваться. Но ведь новые типы тоже зарождаются сначала "всего лишь" как новые виды. Это только потом, в ретроспективе, появляется возможность оценить масштаб изменений.
Еще следует добавить, что первые бесспорные следы присутствия настоящих многоклеточных животных (царство Metazoa), а именно губок, недавно обнаружены в отложениях криогенового периода Протерозойской эры — более чем за 93 миллиона лет до начала кембрийского периода (см.: Животные появились свыше 635 миллионов лет назад).
Заметим также, что многие другие эволюционные события разворачивались куда более постепенно по сравнению с "кембрийским взрывом". Быстрые адаптивные радиации характерны для периодов, наступающих сразу после крупных экологических кризисов (например, радиация млекопитающих после вымирания динозавров в кайнозое).
Эволюция, случайность, энтропия, или Как Дарвин и Клаузиус оказались правыми одновременно
• Новая информация может создаваться не только разумом, но и сочетанием случайного изменения состояния системы с последующим необходимым (избирательным) запоминанием результатов этого изменения
Мы все учились понемногу чему-нибудь и как-нибудь... Среди многих научных концепций, которыми система образования пытается «загрузить» молодого человека, по истечении многих лет после завершения образования люди в большинстве своем помнят лишь несколько самых «хлестко» поданных идей. В списке таких концепций есть две, о которых одинаково хорошо помнят и которые одинаково плохо понимают – это второе начало термодинамики и теория биологической эволюции.
Не секрет, что пытливых школьников и студентов гложет один «проклятый» вопрос. От изучения биологической эволюции остается впечатление, что эволюция «естественно направлена» от простого к сложному. От изучения второго начала термодинамики — что все системы, предоставленные сами себе, неизбежно «естественно портятся», накапливая в себе «беспорядок» (энтропию). Так как же Дарвин, первооткрыватель феномена естественного отбора в биологической эволюции, и Клаузиус с Томсоном, обосновавшие второе начало термодинамики, могут быть правы одновременно?
В современной науке в понятие случайности не заложено ничего мистического. Это всего лишь свойство события, не предопределенного однозначно начальным состоянием системы. Противоположностью случайности является не «разумный замысел», а необходимость (детерминированность).
Второе начало термодинамики утверждает направление «стрелы времени» — от прошлого к будущему. Поскольку в неупорядоченной системе число элементарных состояний больше, чем в упорядоченной (выстроить 10 томов Пушкина по порядку можно лишь единственным образом, а в беспорядке их можно тасовать 3 628 800 раз), то при равновероятности изменения элементарных состояний в замкнутой, изолированной системе вероятность самопроизвольного увеличения упорядоченности ничтожно мала.
Тем не менее, не каждая в мире система стремится к «хаосу». Та же классическая термодинамика зародилась как наука о тепловых машинах, которые преобразуют хаотичное движение микрочастиц в упорядоченное движение поршней и колес. Тепловые машины потребляют энергию извне. Подобно тепловым машинам, биологические системы являются устройствами, потребляющими энергию Солнца и земных недр и преобразующими ее в упорядоченную эволюцию живого вещества. Нарушения второго начала термодинамики здесь нет, поскольку Земля и ее биосфера — открытая, неизолированная система.
Как доказал физик Ю. Л. Климонтович (S-теорема, 1983 г.), информация («отрицательная энтропия», или негэнтропия) порождается не «исключительно разумом», как кажется креационистам, а сочетанием случайного изменения состояния системы с последующим необходимым (избирательным) запоминанием результатов этого изменения. Таким образом, на строгом математическом языке неравновесной термодинамики были описаны введенные еще Дарвином понятия изменчивости, наследственности и естественного отбора.
Проставляем даты на геологической летописи, или Как физики геологам помогают
1. Как изучать то, чего уже больше нет? (О методологии наук о прошлом)
Прошлое оставляет следы, сохранившиеся до наших дней. Ученый руководствуется принципом актуализма («настоящее — ключ к прошлому», Ч. Лайель): при изучении древних явлений мы отталкиваемся от фундаментальных законов физики и химии, действующих в настоящем.
2. Поиски геофизических хронометров
Первые оценки возраста Земли Ломоносова (400 тыс. лет), Бюффона (75 тыс. лет) и лорда Кельвина (20–40 млн лет по остыванию земной коры и сжатию Солнца) дали значения, превышающие библейские, но оставались слишком малыми для мощности осадочных толщ. Физика XIX века просто не знала главного источника энергии Солнца и тепла Земли — ядерных реакций.
3. «Ядерные часы» в породах земной коры
Ядерная физика XX века нашла геохронометр, идеально отвечающий принципу актуализма — радиоактивный распад. Период полураспада радионуклидов (уран, торий, калий-40) не зависит от температуры, давления, химических соединений и внешних условий.
К наиболее надежным методам относится метод изохрон. Он основан на измерении трех нуклидов: материнского радиоактивного ($M$), дочернего радиогенного ($D_1$) и нерадиогенного изотопа того же элемента ($D_2$) в разных минеральных фракциях породы:
Сочетая относительные методы биостратиграфии с абсолютными ядерными датировками, наука установила: возраст Солнечной системы — 4,6 млрд лет, древнейшие следы жизни — 3,8 млрд лет (архей), первые эукариоты — 1,8 млрд лет, скелетная фауна кембрия — 540 млн лет, четвероногие — 365 млн лет, вымирание динозавров — 65 млн лет назад.
Почему остатки белковых молекул в костях динозавров не являются доказательством молодости Земли
Антиэволюционисты заявляют: «Органические молекулы всегда распадаются очень быстро. Обнаружение фрагментов коллагена в костях динозавров доказывает, что костям всего несколько тысяч лет, а радиометрические методы неверны».
Принципиальная ошибка этого рассуждения в том, что процессом-хронометром может служить только процесс с постоянной скоростью (как радиоактивный распад). Скорость же распада органики чрезвычайно изменчива: в тепле и влаге бактерии съедают ее за дни, а в сухих, бескислородных или мерзлых условиях, при связывании с минералами кости, стабильные фрагменты молекул (коллаген) консервируются на десятки миллионов лет (см. статью А.Ю. Журавлева «Вечно неживые»).
"Слепой часовщик": почему отбор создает сложнейшие структуры
Ролик наглядно показывает, почему креационисты ошибаются, пытаясь представить эволюцию как "случайный перебор вариантов":
"Несократимая сложность" и бактериальный жгутик
Новая сложность в эволюции рождается в результате взаимного приспособления («притирки») изначально независимых элементов. Большинство белков жгутика изначально выполняли самостоятельные клеточные функции (в частности, аппарат секреции III типа).
"Эволюция — ложь, потому что многие великие ученые были верующими"
Многие великие ученые были верующими, но из этого никоим образом не следует, что эволюция — ложь. Религиозная вера не мешала и не мешает множеству биологов признавать эволюцию (Ф. Добржанский, А. Б. Шипунов, Н. М. Борисов). Карл Линней писал в 1788 году: «Я настаиваю, чтобы вы или кто-нибудь иной указал мне такую черту… с помощью которой можно было бы отличить человека от обезьяны. Сам я совершенно определенно такой черты не знаю… Однако как натуралист, я, быть может, обязан поступить именно так».
Очень краткие ответы на 22 наиболее часто встречающихся вопроса
1. Говорят, что эволюция – это теория. С каких пор она стала фактом?
Биологическая эволюция — это установленный научный факт. Теория эволюции — это научная дисциплина, объясняющая механизмы этого факта (точно так же, как факт существования атомов описывается атомной теорией).
2. Правда ли, что «Дарвин устарел»?
Устарели отдельные частные догадки Чарльза Дарвина (пангенезис), но главные положения — постепенная эволюция, естественный отбор и происхождение человека от древних приматов — блестяще подтверждены генетикой и палеонтологией.
3. Опровергает ли эволюционную теорию «кошмар Дженкина»?
Нет. Аргумент Флеминга Дженкина о «растворении» признака был снят законами Менделя: гены дискретны, они не смешиваются и не разбавляются в поколениях, передаваясь потомкам в неизменном виде.
4. Существуют ли внутренние противоречия в теории эволюции?
Принципиальных внутренних противоречий нет. Споры идут о деталях (например, соотношении постепенных и скачкообразных темпов видообразования), но не о самом факте эволюции.
5. Есть ли факты, опровергающие эволюционную теорию?
Ни одного такого факта за 160 лет исследований не найдено. Находка ископаемого кролика в докембрии опровергла бы эволюцию, но такие находки отсутствуют.
6. Правда ли, что теория эволюции не получила достаточных подтверждений?
Неправда. Доказательства эволюции избыточны: палеонтологическая летопись, сравнительная анатомия, биогеография и сравнительная геномика дают одинаковую непротиворечивую картину.
7. Почему наследственная информация возрастает, а не портится от мутаций?
Вредные мутации непрерывно отсеиваются отбором, а полезные закрепляются. Рост объема информации происходит через удвоение (дупликацию) генов с последующим разделением функций между копиями.
8. Как могли возникнуть сложные органы, например глаз? Совершенны ли они?
Они развились поэтапно: светочувствительное пятно → ямка → камера-обскура → хрусталик. Глаз человека далеко не совершенен: сетчатка вывернута наизнанку, нервы и сосуды идут поверх рецепторов, образуя слепое пятно.
9. Можно ли наблюдать эволюцию?
Да. Устойчивость бактерий к антибиотикам, насекомых к ДДТ, эксперимент Р. Ленски длиной в 44 000 поколений E. coli, появление яблонной расы мух Rhagoletis — все это зафиксировано непосредственно.
10. Правда ли, что люди не вывели ни одного нового вида?
Неправда. Пример — черноплодная рябина И. В. Мичурина, а также многочисленные полиплоидные виды культурных растений и домашняя собака (генетически и морфологически отличная от волка).
11. Хватает ли времени для эволюции естественным путем?
Времени более чем достаточно. Измеренная скорость мутаций у человека (100–200 новых мутаций на новорожденного) идеально совпадает с 50–80 млн генетических различий с шимпанзе за 6 млн лет независимой эволюции.
12. Хватило бы времени Вселенной для случайной сборки молекулы гемоглобина?
Случайным перебором — не хватило бы. Но естественный отбор работает не слепым перебором, а кумулятивным накоплением и отбором удачных промежуточных вариантов шаг за шагом.
13. Нельзя ли объяснить отбором половое размножение?
Можно и объяснено. Половое размножение ускоряет комбинацию полезных мутаций, очищает геном от вредного мутационного груза (храповик Мёллера) и необходимо в борьбе с паразитами (гипотеза Черной Королевы).
14. Почему современные обезьяны не превращаются в людей?
Потому что современные обезьяны — это не наши предки, а наши двоюродные братья, прекрасно адаптированные к своей среде обитания. Человек произошел от вымерших ископаемых приматов, а не от современных шимпанзе.
15. Действует ли запрет на критику эволюции в науке?
Нет. В научных журналах постоянно критикуются конкретные модели и механизмы. Запрещены лишь безграмотные антинаучные спекуляции — точно так же, как в физике не публикуют статьи о плоской Земле.
16. Являются ли креационизм и «разумный замысел» наукой?
Нет. Научный метод требует поиска естественных, эмпирически проверяемых и фальсифицируемых причин. Ссылка на непознаваемую волю Творца делает концепцию принципиально непроверяемой.
17. Думают ли животные?
Да. Обезьяны способны освоить язык жестов и оперируют понятиями на уровне 2–3-летнего ребенка. Элементарное мышление доказано у врановых птиц, дельфинов и слонов.
18. Совместимы ли эволюция и христианство?
Для многих верующих — да (теистический эволюционизм). Среди авторов этой книги есть православные христиане; верующим ученым был и один из создателей СТЭ Феодосий Добржанский.
19. Правда ли, что Дарвин перед смертью отрёкся от теории?
Это исторический миф, пущенный леди Хоуп. Дочь Дарвина Генриетта, дежурившая у его постели, категорически опровергла этот вымысел. К тому же истинность теории опирается на факты, а не на авторитеты.
20. Почему ученые пренебрежительно относятся к креационистам?
Потому что креационисты не ведут научных исследований, а используют подтасовки, вырванные цитаты и опровергнутые 100 лет назад мифы, пытаясь насаждать невежество.
21. Зачем ссылаться на Р. Докинза — ведь он «попсовый атеист»?
Ричард Докинз — крупный оксфордский биолог-теоретик, автор концепций «эгоистичного гена» и «расширенного фенотипа». В данной книге цитируются исключительно его признанные научные труды, а не философская полемика.
22. Что такое "полистраты"?
Стволы ископаемых деревьев, проходящие через несколько слоев пород. Они образуются при быстром локальном осадконакоплении (паводки, сели, обвалы берегов) и давно и детально изучены геологами.
11. Некоторые более сложные доказательства
Эволюционная теория изо дня в день подтверждается научно-исследовательской практикой
Практикующих биологов убеждают в реальности эволюции не только (и даже не столько) факты, изложенные в предыдущих разделах (не каждый биолог держит их постоянно в голове), сколько повседневная научно-исследовательская практика, которая, как известно, критерий истины. Эволюционная теория — весьма эффективное практическое средство, позволяющее предсказывать новые, еще не открытые факты, целенаправленно искать их и находить. В предыдущих разделах мы уже упоминали о нескольких предсказаниях такого рода, которые направили работу исследователей в определенную сторону (т.е. стали исследовательской программой) и привели к успеху, то есть к открытию новых фактов, прежде неизвестных, но предсказанных теорией.
К числу самых известных примеров относится предсказанная Дарвином длительная история жизни на Земле в период, предшествовавший «кембрийскому взрыву» — и триумфальный успех палеонтологии докембрия в XX веке; предсказанное и подтвержденное основателями молекулярной генетики единство генетического кода всех живых организмов (см. раздел «Молекулярно-генетические и биохимические доказательства»), многочисленные предсказанные и найденные ископаемые переходные формы (например, тиктаалика искали совершенно целенаправленно в отложениях строго определенного возраста, там, где была "дырка" между уже известными переходными формами от рыб к четвероногим), см. раздел «Палеонтологические доказательства».
Но убежденность биологов основана не столько на этих хрестоматийных и широко разрекламированных триумфах эволюционной теории, сколько на бесчисленном множестве открытий меньшего масштаба, но зато повседневных и повсеместных, которые были выполнены по алгоритму "предсказал — проверил — подтвердил". Рассмотрим пару примеров, взятых наугад из статей, опубликованных в течение последнего месяца (эти строки написаны в феврале 2010 г.).
1. Как коловратки спасаются от паразитов
Эволюционная теория позволила дать убедительный ответ на очень непростой вопрос о том, почему в природе так широко распространено половое размножение (ведь гораздо проще почковаться или размножаться партеногенетически, как некоторые организмы и делают). Суть этого ответа в том, что половое размножение резко повышает эффективность естественного отбора, ускоряя отбраковку вредных и накопление полезных мутаций. Этот эффект полового размножения был предсказан теоретически, а затем подтвержден экспериментально. История о том, как эволюционная теория позволила понять, зачем нужно половое размножение, тоже очень подходит нам для иллюстрации основной идеи данного раздела (подробности см. в заметке «Опыты на червях доказали, что самцы — вещь полезная»), но мы сейчас хотим рассказать о другом, более частном исследовании.
Способность полового размножения ускорять адаптивную (приспособительную) эволюцию особенно важна для борьбы с паразитами, которые ведут со своими жертвами нескончаемую «эволюционную гонку вооружений» (см.: Современные паразиты опаснее прошлых и будущих).
Бделлоидные коловратки — единственная большая группа животных, в которой утрата полового размножения не привела к быстрому вымиранию. Все остальные группы, отказавшиеся от полового размножения, представляют собой маленькие концевые веточки (или небольшие пучки веточек) на эволюционном дереве. Это означает, что такие группы обычно вымирают, не успев дать начало большим таксонам (семействам, отрядам или классам). Теория предсказывает, что важной причиной вымирания бесполых популяций являются паразиты, обгоняющие их в эволюционной гонке и доводящие до полного истребления.
Заметьте, вот еще одна маленькая деталь, показывающая силу эволюционной теории. Мы берем одну эволюционную модель (объяснение, зачем нужно половое размножение), выводим из нее проверяемое следствие (группы животных, отказавшиеся от полового размножения, должны в большинстве случаев быстро вымирать), и затем проверяем это предположение при помощи другой эволюционной модели (в данном случае это многочисленные независимые методы построения эволюционных деревьев). Если обе наши модели правильные, мы должны увидеть, что большинство бесполых групп животных представляют собой отдельные концевые веточки на эволюционном дереве или маленькие концевые пучки веточек. Именно это мы и видим. Тем самым добавляется еще одна капелька в давно уже переполненную чашу нашей уверенности в реальности эволюции.
Бделлоидные коловратки, однако, обходятся без полового размножения уже как минимум 40 миллионов лет. За это время они успели стать довольно разнообразной группой, которой биологи придают ранг класса и которая включает более 450 современных видов. Следовательно, если теория верна, у коловраток должно быть какое-то «тайное оружие» против паразитов, позволяющее им процветать невзирая на отсутствие полового размножения.
Биологи Кристофер Уилсон и Пол Шерман из Корнеллского университета (США) предположили, что бделлоидные коловратки спасаются от паразитов благодаря трем своим уникальным свойствам. Во-первых, бделлоидные коловратки умеют переносить полное высыхание, причем жизнеспособность в высушенном состоянии у них сохраняется до 9 лет. Во-вторых, в сухом виде они очень легко переносятся ветром (именно поэтому многие виды бделлоидных коловраток имеют глобальное распространение). В-третьих, они моментально «отмокают» и начинают расти и размножаться, стоит им попасть в любое влажное место, будь то эфемерная маленькая лужа или пучок сырого мха.
Главными врагами бделлоидных коловраток являются паразитические грибы рода Rotiferophthora. Это специализированные паразиты, вызывающие смертельное заболевание у бделлоидных коловраток и ни у кого больше. Гриб убивает коловратку, прорастает наружу через ее покровы и рассеивает споры, которые поедаются другими коловратками и заражают их. Заболевание характеризуется 100-процентной смертностью — это как раз то, чего и следует ожидать в случае проигранной эволюционной гонки.
Исследователи решили проверить, могут ли коловратки избавиться от паразитов при помощи высыхания и последующего перенесения ветром. Коловраток рассаживали по одной в чашки Петри и давали им спокойно жить и размножаться в течение 9 дней. За это время каждая коловратка успевала дать начало маленькой популяции из нескольких десятков особей. После этого во все чашки, кроме контрольных, добавляли споры смертоносного гриба Rotiferophthora angustispora. Гриб начинал бурно размножаться и истреблял всех коловраток в чашке за 12–15 дней. Затем ученые попробовали высушивать зараженную популяцию коловраток через три дня после заражения и оставлять в сухом виде на неделю. После этого в чашку снова наливали воды. Поначалу казалось, что всё идет нормально: коловратки оживали и выглядели здоровыми, а вода была незаразной для других коловраток, что свидетельствует об отсутствии живых грибных спор. Но уже через 48 часов из тел мертвых коловраток начинали показываться гифы уцелевших грибов, они рассеивали споры, и через 2–3 недели популяция коловраток погибала. Оставив зараженных коловраток в высушенном виде не на одну, а на две недели, ученые получили точно такой же результат: после добавления воды оживали не только коловратки, но и грибы, и всё кончалось плачевно.
Однако результаты получились совсем другими, когда популяции высушивали на более долгий срок — 3, 4 или 5 недель. В этом случае большинство «размоченных» популяций оставались свободными от грибной инфекции вплоть до конца эксперимента (в течение 20 недель). После трехнедельного высушивания грибы «ожили» только в 40% подопытных популяций, после четырехнедельного — в 15%, пятинедельного — в 9,5%. Таким образом, коловратки выдерживают высыхание лучше, чем их паразиты. Ясно, что эта способность должна помогать им бороться с грибной инфекцией в природе.
Помогает ли им в этом также и распространение при помощи ветра? Ученые соорудили камеру, в которой дул легкий ветерок, и поставили туда чашку с зараженной и только что высушенной популяцией коловраток. В чашке были также естественные субстраты: мох и ил. На расстоянии 30–40 см были установлены 24 пустые чашки. За неделю в эти чашки нанесло ветром в общей сложности 5 мг сухого материала. Чашки залили водой, и в 17 из них вскоре обнаружились ожившие коловратки. В семи из этих семнадцати популяций вскоре появился гриб-паразит, который расправился с коловратками, как обычно, в течение 2–3 недель. Однако остальные 10 популяций оказались свободными от гриба и чувствовали себя нормально до окончания эксперимента.
Таким образом, без ветра коловраткам требовалось пролежать в сухом виде не менее трех недель, чтобы избавиться от инфекции. Переносимые ветром, коловратки освобождались от гриба гораздо быстрее. Следовательно, ветер действительно может помогать коловраткам спасаться от паразита. Видимо, это связано с тем, что коловратки лучше приспособлены к распространению при помощи ветра, чем гриб. Здоровые коловратки, высыхая, превращаются в компактные (менее 300 мкм) и очень легкие овальные тельца, которые называют «бочонками» (tuns). «Бочонки» исключительно хорошо переносятся ветром. Гриб же приспособлен в основном к распространению через воду. В контрольном эксперименте, когда зараженную популяцию не высушивали и расселяли капельками воды, все дочерние популяции оказались зараженными и вскоре погибли.
Очевидно, что в природе коловраткам и их паразитам часто приходится сталкиваться и с более долгими засухами, и с переносом на гораздо большие расстояния, чем в проведенных экспериментах. Полученные результаты показали, что коловратки ухитряются выжить без полового размножения благодаря тому, что хорошо научились играть с паразитами в прятки. Таким образом, предсказанное эволюционной теорией "тайное оружие" коловраток было успешно найдено благодаря целенаправленному поиску.
2. Взаимопомощь среди сперматозоидов
Полиандрия — спаривание самки со многими самцами — приводит к острой конкуренции между сперматозоидами за право оплодотворить яйцеклетку. Эту конкуренцию можно рассматривать с двух точек зрения: отдельных сперматозоидов (с одинарным набором хромосом) и целых самцов (с двойным набором). Эволюционная гонка вооружений, порождаемая "спермовыми войнами", ведет к выработке специфических адаптаций на обоих уровнях. Как правило, самцов тех видов, для которых характерны спермовые войны, легко опознать по крупным семенникам. Чем больше они производят спермы, тем выше их шансы оставить потомство (типичный пример — шимпанзе; у человека, напротив, маленькие семенники — это свидетельствует о том, что в эволюции гоминид спермовые войны не имели большого значения).
Сперматозоиды, со своей стороны, тоже вырабатывают специфические приспособления для победы в отчаянной гонке, в которой генам-победителям достается шанс на бессмертие. Одним из таких приспособлений является способность сперматозоидов объединяться в группы, склеиваясь «головка к головке» или «головка к хвосту». Смысл в том, что такие группы быстрее движутся в половых путях самки и обгоняют конкурентов-одиночек.
В кооперации сперматозоидов присутствует элемент альтруизма, ведь из всей группы только один сперматозоид может передать свои гены следующим поколениям, а все остальные жертвуют собой, чтобы ему помочь. Но они, скорее всего, не знают заранее, кто именно окажется счастливчиком, а у сперматозоидов-одиночек шансы на успех всё равно ниже, чем у любого члена группы.
Однако при полиандрии выгодно помогать не всякому сперматозоиду, а только родственнику, то есть сперматозоиду того же самца. Сперматозоиды одного самца имеют в среднем по 50% одинаковых генов, поэтому, согласно правилу Гамильтона (см.: Эволюция кооперации и альтруизма), каждому сперматозоиду выгодно пожертвовать частью собственных шансов на успех ради родственников, если их суммарный выигрыш от этого более чем вдвое превысит его проигрыш. Совсем другое дело, если речь идет о чужих сперматозоидах: помогать им во вред себе совершенно невыгодно.
Таким образом, эволюционная теория предсказывает, что у видов, для которых характерна полиандрия, отбор может поддержать способность сперматозоидов отличать родню от чужаков и кооперироваться только со «своими».
Для проверки этого предсказания ученые из Гарвардского университета (США) изучили поведение сперматозоидов у двух близкородственных видов американских хомячков рода Peromyscus, которых в Америке называют «оленьими мышами» (deer mice) (см. о них в заметке: Эволюция защитной окраски у мышей изучена на молекулярном уровне). Для одного из видов (P. maniculatus) характерна полиандрия, причем между спариваниями одной самки с двумя разными самцами проходит порой меньше минуты. Самки второго вида (P. polionotus) более целомудренны и предпочитают устойчивые семейные связи. В соответствии с этим и семенники у самцов P. maniculatus втрое крупнее, чем у P. polionotus.
Для начала исследователи убедились, что у обоих видов сперматозоиды склонны объединяться в группы. Эти группы, как показали эксперименты in vitro (в пробирке), плавают в среднем со скоростью 127 микрометров в секунду и уверенно обгоняют одиночек, средняя скорость которых составляет лишь 110 мкм/с.
После этого были проведены эксперименты на избирательность объединений. Сперматозоиды разных особей красили двумя разными флюоресцентными красителями (красным и зеленым), а затем следили за их поведением в искусственной среде. В качестве контроля в этих опытах использовались сперматозоиды одного самца, половина из которых была выкрашена в красный, половина — в зеленый цвет. Подсчитывался процент одноцветных сперматозоидов в каждой группировке.
Оказалось, что если смешать сперматозоиды двух видов, то они образуют преимущественно конспецифичные группировки, то есть объединяются в соответствии с видовой принадлежностью. Значит, способность к различению «своих» и «чужих» у сперматозоидов имеется. Во втором эксперименте смешали сперматозоиды двух разных самцов P. maniculatus. Они тоже образовали одноцветные группы по родственному принципу. Но когда экспериментаторы смешали сперматозоиды двух самцов моногамного вида P. polionotus, для которых спермовые войны не актуальны, сперматозоиды стали образовывать смешанные красно-зеленые группировки.
Таким образом, эксперименты полностью подтвердили теоретические ожидания: у вида с полиандрией сперматозоиды разных самцов различают друг друга и объединяются только со «своими», а у моногамного вида сперматозоиды не имеют такой избирательности. Как и в предыдущем примере, неизвестный ранее факт — умение сперматозоидов группироваться по родственному принципу — был обнаружен в результате целенаправленного поиска. Эволюционная теория подсказала исследователям, что искать и где, и привела их к успеху.
Постоянно сталкиваясь с подобными ситуациями, биологи раз за разом убеждаются в действенности эволюционных моделей. Стоит ли удивляться, что среди биологов сегодня практически не осталось антиэволюционистов?
Cui prodest?
"Кому выгодно?" — один из полезнейших принципов сыскного дела. Он приложим и к биологии. Эволюционная теория предсказывает, что адаптации (приспособления) организмов должны быть выгодны в первую очередь генам (аллелям), отвечающим за эти признаки. "Выгода" в эволюции означает "репродуктивный успех", то есть успешное размножение. Если признак, определяемый данным аллелем, способствует более успешному распространению данного аллеля в популяции (по сравнению с другими, конкурирующими аллелями, определяющими альтернативные варианты данного признака), то аллель будет распространяться (будет "поддержан отбором") и в конце концов может вытеснить конкурирующие аллели из генофонда популяции.
Таким образом, в самом простом "базовом" случае эволюция работает строго в интересах "эгоистичного гена". Однако гены почти всегда действуют не поодиночке, а слаженными "коллективами". Каждый такой коллектив — геном отдельного организма — имеет общие интересы, которые состоят в том, чтобы несущий их организм оставил как можно больше жизнеспособного и плодовитого потомства. Поэтому эволюция обычно (почти всегда) работает также и в интересах "эгоистичной особи". Иногда складываются более сложные ситуации, когда "эгоистичному гену" выгодно пожертвовать одной или двумя своими копиями ради того, чтобы повысить репродуктивный успех других своих копий. В этом случае эволюция начинает работать в интересах другой особи или группы особей (подробнее см.: Эволюция кооперации и альтруизма).
Таким образом, предсказания эволюционной теории относительно того, кому должны быть выгодны адаптации, напоминают три закона робототехники Айзека Азимова:
- Адаптация должна быть выгодна генам, которые ее определяют (кодируют).
- Адаптация должна быть выгодна особи, несущей эти гены в своем геноме, если это не противоречит первому закону.
- Адаптация должна быть выгодна родным и близким данной особи, если это не противоречит первому закону (противоречие второму закону допускается).
Это, конечно, крайне упрощенные и не совсем корректные формулировки, но в рамках популярного текста их можно рассматривать как допустимые. Из всего этого следуют довольно интересные проверяемые следствия, подтверждаемые многочисленными фактами.
Например, теория предсказывает, что могут существовать "обнаглевшие" эгоистичные гены (или небольшие компании генов), действующие исключительно в своих корыстных интересах и в ущерб интересам того организма, в котором они находятся. Это может наблюдаться только в том случае, если ген имеет возможность размножаться независимо от размножения целого организма (иначе их эволюционные интересы будут полностью совпадать — как оно обычно и бывает — и тогда "эгоизм" гена не сможет проявиться). За примерами далеко ходить не надо — это, прежде всего, вирусы. Есть веские основания полагать, что по крайней мере некоторые группы вирусов — это "одичавшие" фрагменты геномов сложных организмов (см.: Данные сравнительной геномики проливают свет на происхождение ретровирусов). К этой же группе явлений относятся и плазмиды (см.: Plasmid). Как вирусы, так и плазмиды часто вступают в симбиоз со своими хозяевами, становятся безвредными или начинают приносить пользу, но только если это выгодно им самим, улучшает их шансы на успешное размножение. В принципе вирусу — при прочих равных — только лучше, если зараженный им организм будет жить долго и счастливо. Вся проблема в оговорке "при прочих равных". Если долгую жизнь хозяина можно купить только ценой снижения эффективности распространения вируса, то вирус на это не пойдет (то есть отбор такую мутацию не поддержит).
Теория также предсказывает, что взаимопомощь и альтруизм должны гораздо чаще встречаться между близкими родственниками, чем между неродственными представителями одного и того же вида. Природа буквально переполнена живыми подтверждениями этого предсказания (многочисленные примеры подробно разобраны в уже неоднократно цитировавшемся обзоре «Эволюция кооперации и альтруизма»).
Почему среди перепончатокрылых так распространен альтруизм?
Один из ярких примеров действенности эволюционных моделей — это объяснение, данное Уильямом Гамильтоном тому удивительному факту, что из всех животных почему-то только у перепончатокрылых насекомых (муравьев, пчел, ос, шмелей) много раз независимо возникала эусоциальность (eusociality) — общественный образ жизни, основанный на полном отказе большинства членов группы от размножения.
Почему именно перепончатокрылые обладают повышенной склонностью к отказу от собственного размножения ради воспитания сестер? Разгадка кроется в особенностях наследования пола в этом отряде насекомых. У перепончатокрылых самки имеют двойной набор хромосом и развиваются из оплодотворенных яиц. Самцы гаплоидны (имеют одинарный набор хромосом) и развиваются из неоплодотворенных яиц. Из-за этого складывается парадоксальная ситуация: сестры оказываются более близкими родственницами, чем мать и дочь.
Многие факты убедительно свидетельствуют о том, что альтруизм перепончатокрылых целиком и полностью основан на "генетическом эгоизме" (см.: Склонность к альтруизму сильнее у тех, кому нечего терять; Альтруизм общественных насекомых поддерживается полицейскими методами).
Эволюционная теория утверждает, что "генетический альтруизм" невозможен в принципе, по определению. Иными словами, естественный отбор не может закрепить мутацию, снижающую эффективность распространения мутировавшего аллеля по сравнению с его конкурентами — аллелями того же гена, не имеющими этой мутации. Это невозможно даже в том случае, если мутация выгодна для популяции или вида в целом. Аллель, который попытается вести себя "альтруистично" по отношению к другим аллелям того же гена, будет автоматически "отбракован" естественным отбором. С другой стороны, те виды, в которых эгоистическая эволюция аллелей зайдет слишком далеко, с большой вероятностью просто вымрут. Поэтому в биоте постепенно накапливаются такие виды, у которых по тем или иным причинам интересы эгоистичных генов не слишком сильно расходятся с интересами вида как целого. Но отбор внутри популяции, отбор на уровне особей, работает гораздо быстрее и эффективнее, чем отбор на уровне видов.
Поэтому теория эволюции предсказывает, что:
- в большинстве случаев адаптации должны быть полезны одновременно и для генов, которые их кодируют, и для особей, и для вида в целом, и даже, как правило, для всей экосистемы;
- довольно часто могут встречаться ситуации, когда адаптации выгодны для генов, которые их кодируют, но вредны для вида и (или) для экосистемы;
- обратные ситуации, когда адаптация полезна для вида, но вредна для распространения аллелей, "кодирующих" данную адаптацию, должны встречаться очень редко или не встречаться вовсе.
А что "предсказывает" антиэволюционизм? Он, как обычно, не предсказывает вообще ничего до тех пор, пока не будут хоть как-то конкретизированы представления о намерениях "разумного дизайнера". Если исходить из предположения, что "дизайнер" имел в виду создание хорошей, устойчиво функционирующей биосферы, то он должен был бы проектировать в первую очередь адаптации, выгодные биосфере как целому, затем отдельным экосистемам, затем, возможно видам и популяциям. Совершенно непонятно, зачем бы ему создавать адаптации, выгодные "эгоистичному гену" или "эгоистичной особи" и вредные для популяции, вида или экосистемы.
Почему соотношение полов почти всегда 1:1?
У подавляющего большинства раздельнополых животных поддерживается соотношение полов, очень близкое к 1:1. Это вполне рационально для моногамных видов, у которых образуются устойчивые брачные пары и самцы участвуют в заботе о потомстве вместе с самками. Однако моногамия — весьма редкое явление в животном мире. Гораздо больше существует видов, у которых о потомстве заботятся только самки, а роль самца ограничивается спариванием. Например, самцы павлинов тратят кучу энергии на отращивание своих прекрасных хвостов, едят пищу, которая пригодилась бы самкам и птенцам, короче говоря, только зря топчут землю и занимают жизненное пространство. Животноводам прекрасно известно, что на большое стадо коров вполне достаточно одного быка, всех остальных самцов можно смело пускать на мясо. Никакого вырождения породы от этого не происходит — скорее наоборот.
В природе у стадных копытных самцы могут быть полезны для коллективной обороны стада от хищников, но гораздо чаще самцы не делают и этого. Даже если рассмотреть виды, у которых от самцов есть какая-то польза, кроме производства спермы, все равно нет абсолютно никаких оснований полагать, что при любом образе жизни, способе питания, экологической обстановке и т.п. соотношение полов 1:1 является оптимальным для любого вида животных. Если бы соотношение полов определялось интересами вида, мы бы наверняка наблюдали разное соотношение полов у разных видов. Однако мы за редчайшими исключениями везде наблюдаем одно и то же соотношение 1:1.
Это совершенно непохоже на разумный дизайн и необъяснимо с позиций пользы для вида или биосферы. Эволюционная теория, напротив, дает четкое и красивое объяснение этому феномену. Дело в том, что равное соотношение полов является в подавляющем большинстве случаев единственной эволюционно стабильной стратегией (Evolutionarily stable strategy). Это значит, что только при таком соотношении полов никакая мутация, меняющая это соотношение, не окажется выгодной для ее носителя.
Рассмотрим воображаемую ситуацию, когда у некого вида самки рожают не 50% детенышей мужского пола, а, скажем, только 20%. Соответственно, в популяции на каждого самца будет приходиться 4 самки. Допустим, что это соотношение является оптимальным с точки зрения "интересов вида". Но такая ситуация эволюционно нестабильна, и вот почему. В нашей воображаемой популяции хоть самцов и меньше, чем самок, каждый детеныш все равно имеет только одну мать и только одного отца.
Допустим, популяция состоит из 1000 особей, из них 200 самцов и 800 самок, и каждый год в популяции рождается 1000 детенышей. Тогда получается, что каждая самка оставит в среднем 1000 / 800 = 1.25 детенышей, а каждый самец — 1000 / 200 = 5 детенышей. Самцы размножаются в 4 раза эффективнее! Иными словами, в такой популяции быть самцом в 4 раза выгоднее, чем самкой.
Теперь посмотрим, что произойдет, если в популяции появится мутантный аллель, носительницы которого рожают больше детенышей мужского пола, чем остальные самки — например, не по одному сыну на каждые четыре дочери, а по одному сыну на две дочери. Очевидно, что самка, несущая этот аллель, оставит больше внуков, чем прочие самки, и, следовательно, мутантный аллель начнет распространяться в популяции. Вскоре он неизбежно вытеснит старый аллель. Нетрудно увидеть, что подобные мутации будут до тех пор менять соотношение полов, пока оно не станет равным 1:1. Только при таком соотношении никакая новая мутация уже не станет полезной для самки и не будет поддержана отбором.
Итак, в популяции установится соотношение полов 1:1, и никого не волнует, что вид в целом от этого только проиграет. Вид может в конце концов даже вымереть — что ж, тем хуже для него. "Межвидовой отбор" слишком медлителен и слаб, чтобы воспрепятствовать действию отбора на уровне аллелей в популяции. На самом деле виды не вымирают из-за неоптимального соотношения полов прежде всего потому, что это их общая проблема — они все в таком положении. Соотношение полов 1:1 — это почти неизбежный побочный эффект раздельнополости, следствие конкуренции между эгоистичными генами (особями), не имеющий отношения к благу вида или биосферы.
Упомянутые выше "редкие исключения" из общего правила только подтверждают его. Например, у некоторых насекомых (бабочек, мух, жуков) доля самцов в популяции может быть резко снижена из-за деятельности весьма любопытной паразитической бактерии вольбахии. Вольбахия живет внутри клеток насекомого-хозяина и передается вертикально, то есть наследуется, причем только по материнской линии через яйцеклетки. С точки зрения бактерии, хозяева-самцы — это тупик, западня. Поэтому "эгоистичные интересы" вольбахии состоят в том, чтобы в популяции хозяев стало побольше самок и поменьше самцов. Вольбахия "научилась" достигать этой цели, избирательно убивая эмбрионы мужского пола. В результате в некоторых зараженных популяциях на сотню самок может приходиться всего 1–2 самца (см. наш обзор: Бактерия вольбахия — повелитель мух).
Другие примеры адаптаций, бесполезных либо вредных для вида, но полезных для эгоистичного гена (или эгоистичной особи)
Почему деревья такие высокие? Они тянутся к свету, и высокий рост позволяет им не оказаться затененными другими деревьями. Если бы деревья могли договориться между собой, они бы, возможно, ввели закон: не расти выше стольких-то метров. И им не пришлось бы тратить непомерное количество ресурсов на производство древесины. Но деревья не могут договориться, и поэтому любая мутация, позволяющая дереву вырасти чуть выше других, поддерживается отбором (потому что дерево, приподнявшееся над лесным пологом, получит больше света, произведет больше семян и оставит больше потомства). В итоге новая мутация распространится, и все деревья станут чуть выше. Эта бессмысленная (с точки зрения "блага вида") гонка продолжается до тех пор, пока увеличение роста не наткнется на какую-либо эволюционную преграду, так что дальнейший рост будет уже не улучшать, а ухудшать шансы дерева на успешное размножение (например, возрастет вероятность быть поваленным ураганом).
Почему самцы так редко помогают самкам заботиться о потомстве? Если уж соотношение полов должно быть равным, и в популяции поэтому много "лишних" самцов, почему бы их не привлечь к делу? Зачем им без толку слоняться и только тратить на свое бесполезное для вида существование ценные пищевые ресурсы? Для эволюционной теории тут нет никакого парадокса: самцам часто бывает выгоднее не тратить силы и время на уход за детенышами, а заниматься поиском и соблазнением новых самок. В первом случае самец только повышает шансы на выживание небольшого числа детенышей, во втором — у него появляется возможность произвести этих детенышей в десятки раз больше. Конечно, в каждой конкретной ситуации выгодность той или иной стратегии будет зависеть от конкретных обстоятельств. Характерно, что у некоторых животных "эволюционно стабильным состоянием" оказывается одновременное существование двух типов самцов: заботливых отцов и бродячих бездельников-совратителей. Вторые, по сути, паразитируют на альтруизме первых (см.: Бойцы и проныры имеют равные шансы на успех в личной жизни; Владение земельной собственностью снижает плодовитость).
К адаптациям, выгодным "эгоистичному гену" или "эгоистичной особи", но бесполезным или вредным для вида в целом, относится большинство адаптаций, связанных с "эволюционным конфликтом полов", и значительная часть адаптаций, связанных с "эволюционными гонками вооружений" (см. раздел «Этические и эстетические аргументы»). Несомненно вреден для вида (но, к сожалению, полезен для эгоистичных самцов) инфантицид — убийство самцами чужих детенышей. Ведь при этом убиваются не наименее приспособленные, не больные и не ущербные, а нормальные детеныши, вся "вина" которых заключается только в том, что они не родные дети своему "отчиму".
Выше мы рассмотрели пример, связанный со взаимопомощью сперматозоидов. При этом мы оставили в стороне один интересный вопрос: зачем у моногамного вида, у которого нет полиандрии и, соответственно, нет конкуренции между сперматозоидами разных самцов, сперматозоиды все равно объединяются в группы? По-видимому, потому, что сперматозоид-мутант, который не захочет ни с кем объединяться, просто-напросто проиграет гонку другим сперматозоидам того же самого самца. В данном случае налицо адаптация, не нужная ни виду в целом, ни даже отдельным самцам. Она выгодна только "эгоистичному сперматозоиду". Опять-таки, это совсем непохоже на "разумный дизайн", зато очень похоже на результат действия естественного отбора.
✻ ✻ ✻
Существуют и другие группы фактов, демонстрирующих явное превосходство эволюционной теории над идеей "разумного дизайна" как по предсказательной, так и по объяснительной силе. Возможно, в будущем мы добавим в эту публикацию разделы, посвященные побочным эффектам эволюции, компромиссам (trade-offs) и другим явлениям, явно выдающим почерк естественного отбора, а вовсе не "разумного дизайна".
Ф. Коллинз. «Расшифровка божественных чертежей»
Фрэнсис Коллинз — крупный американский генетик, многолетний руководитель международного проекта «Геном человека». В своей книге он приводит фундаментальные генетические аргументы в пользу эволюции и обосновывает точку зрения о том, что современная эволюционная биология, как и наука в целом, не противоречит христианству.
Уроки генома человека
Когда я в начале 1980-х работал научным сотрудником в Йельском университете, секвенирование, т.е. определение фактической последовательности букв генетического кода, было грандиозным предприятием даже для сравнительно короткого (в несколько сотен букв) участка ДНК. Методы отличались сложностью, для экспериментов требовалось множество подготовительных шагов, в них использовались дорогостоящие и опасные (в том числе радиоактивные) реагенты, а сверхтонкие гели приходилось переливать вручную, и чуть ли не всегда их портили пузырьки или какие-то еще дефекты. Детали не имеют значения; суть в том, что мы продвигались очень медленно, методом проб и ошибок.
Тем не менее моя первая опубликованная работа по генетике человека касалась именно секвенирования ДНК. Я исследовал выработку в организме одного особого белка — фетального (плодного) гемоглобина, который в норме присутствует в красных кровяных тельцах человеческих эмбрионов, но постепенно исчезает после рождения, когда младенец начинает дышать своими легкими. Гемоглобин отвечает за перенос кислорода из легких во все органы нашего тела, причем у людей и некоторых обезьян существует его специальная плодная форма, помогающая извлечению кислорода из крови матери для питания растущего плода. В течение первого года жизни ребенка гемоглобин этого типа обычно полностью заменяется на взрослую форму. Однако у представителей одного семейства с Ямайки, которое я обследовал, фетальный гемоглобин продолжал вырабатываться и в зрелом возрасте. Эта особенность представляла большой интерес: научившись запускать выработку плодной формы у взрослых, мы могли бы значительно облегчить страдания людей, больных серповидно-клеточной анемией. Присутствие у них в крови хотя бы 20% фетального гемоглобина практически избавило бы их от мучительных приступов и остановило бы прогрессирующее разрушение органов.
Никогда не забуду тот день, когда очередной эксперимент показал G вместо C в определенной позиции «вверх» по одному из генов, отвечавших за отключение выработки фетального гемоглобина, — как оказалось, именно из-за этого отклонения программа, запускаемая в период эмбрионального развития, продолжала работать во взрослом состоянии. Я был счастлив, но устал до изнеможения — на поиски одной единственной нужной мне «буквы» кода ДНК у меня ушло полтора года.
Три года спустя я был очень удивлен, узнав, что несколько ученых, оценивая перспективы науки, начали обсуждать возможность определения последовательности ДНК для всего генома человека, насчитывающего, по оценке, около 3 млрд комплементарных пар. Казалось немыслимым, чтобы это могло произойти при моей жизни.
Мы сравнительно мало знали о возможном содержании генома. Увидеть под микроскопом нуклеиновые основания какого-либо конкретного гена не представлялось возможным (для этого они слишком малы), охарактеризованы на тот момент были лишь несколько сотен генов, и разные оценки количества генов в геноме очень сильно друг от друга отличались. Даже точного определения гена не было (и сейчас нет), поскольку оказалось, что ген не всегда можно определять как цепочку, кодирующую определенный белок. Исследования ДНК позволили выявить так называемые интроны — сегменты генов, не содержащие информации о последовательности аминокислот белка. Из РНК интрон удаляется до начала считывания кода, и в зависимости от того, как соединятся друг с другом кодирующие участки, с одного и того же гена в определенных случаях может быть считано несколько разных (но родственных друг другу) белков. Далее, между генами обнаруживались длинные цепочки ДНК, которые, судя по всему, ничего не кодировали; некоторые исследователи даже называли их «мусорными», хотя, учитывая скудость наших знаний, требовалась немалая самоуверенность, чтобы объявить какую бы то ни было часть генома мусором.
Несмотря на все сомнения, гипотетическая ценность полного генома представлялась мне бесспорной. Ведь в этой огромной инструкции удалось бы найти полную «спецификацию» человеческого организма, а заодно и ключ к множеству заболеваний, природу которых мы плохо понимаем и которые не умеем эффективно лечить. Для меня как врача возможность раскрыть эту самую могущественную на свете книгу по медицине была особенно притягательна. Поэтому я, со своим скромным на тот момент академическим статусом и без уверенности, что столь смелый план удастся осуществить на практике, принял участие в дискуссии, выступив за организацию программы по секвенированию генома — вскоре она получила известность как проект «Геном человека».
Через несколько лет мое желание видеть геном человека полностью расшифрованным еще усилилось. Я возглавил новую лабораторию, где под моим началом работали серьезные и трудолюбивые аспиранты и молодые научные сотрудники, и мы предприняли попытку раскрыть генетическую основу некоторых заболеваний, до тех пор не поддававшуюся определению. Первым из них был муковисцидоз, или кистозный фиброз — самое распространенное тяжелое наследственное расстройство в странах Северной Европы. Болезнь обычно проявляется в младенчестве или в раннем детстве — ребенок мало прибавляет в весе и постоянно страдает от респираторных инфекций. Муковисцидоз можно опознать по повышенной концентрации ионов хлора в детском поте — наблюдательные матери замечают соленый привкус, целуя ребенка. Для болезни также характерны густые вязкие выделения в легких и поджелудочной железе. Но ни один из известных признаков болезни не давал даже косвенных указаний на назначение вызывавшего ее гена.
Впервые я столкнулся с муковисцидозом в конце 1970-х, когда проходил медицинскую практику в больнице. Еще в 1950-х гг. страдающие им дети редко доживали до десяти лет, однако к 70-м ситуация значительно изменилась к лучшему, так что многие больные вырастали, заканчивали колледж, шли на работу, вступали в брак. Но все это было достигнуто благодаря совершенствованию симптоматического лечения — созданию препаратов, заменяющих гормоны поджелудочной железы, новых антибиотиков, эффективных против легочных инфекций, специальных диет и методов физиотерапии. В том же, что касается борьбы с самим заболеванием, долгосрочная перспектива по-прежнему оставалась мрачной. Не понимая природы наследственного дефекта, медики блуждали на ощупь. Мы лишь знали, что где-то среди 3 млрд букв кода ДНК есть как минимум одна ошибочная, расположенная в уязвимом месте.
Трудности, связанные с нахождением такого тонкого отличия, представлялись почти непреодолимыми. Однако мы знали, что муковисцидоз наследуется по рецессивному типу. Поясню, что означает этот термин. Каждый наш ген существует в двух экземплярах: один получен от матери, другой от отца. (Исключение составляют гены, содержащиеся в хромосомах X и Y, которые у мужчин представлены только в одном экземпляре.) Рецессивная патология проявляется, только если она присутствует и в материнском, и в отцовском экземпляре гена, т. е. оба родителя являются ее носителями. Когда же в одном экземпляре гена патология есть, а в другом нет, болезнь никак не проявляется, так что ее носители, как правило, не подозревают о своем статусе. (Примерно каждый тридцатый житель Северной Европы — носитель муковисцидоза, и в семейной истории большинства из них болезнь не зафиксирована.)
Таким образом, вырисовывалась интересная задача по «выслеживанию» ДНК: не зная ничего о функции гена, ответственного за муковисцидоз, проанализировать другие наследственные признаки и поискать среди них сцепленные с заболеванием. Если в многодетных семьях, где некоторые дети больны, а некоторые нет, какой-то признак встречается только у больных детей, это означает, что участок, ответственный за данный признак, локализован неподалеку от интересующего нас гена. Мы не могли прочитать все 3 млрд букв генетического кода, но в наших силах было выхватить из темноты пару миллионов в одном определенном месте, пару в другом и проверить, нет ли здесь корреляции с муковисцидозом. Это требовалось проделывать сотни и сотни раз, но, так как геном представляет собой связанный набор информации, рано или поздно мы обязательно должны были выявить связь.
В 1985 г., к большой радости как ученых, так и обследовавшихся семейств, удалось установить, что ген муковисцидоза находится в 7-й хромосоме, в сегменте, содержащем примерно 2 млн комплементарных пар. Теперь можно было переходить к основной, по-настоящему сложной части работы. Чтобы объяснить, в чем заключалась основная сложность, я сравнивал нашу задачу с поиском одной единственной перегоревшей лампочки в подвале дома где-то в Соединенных Штатах: предварительный анализ помог нам установить нужный штат и даже округ, но он обеспечивает обзор с шестикилометровой высоты и не позволяет спуститься ниже. Теперь нужно обходить дом за домом, проверяя одну лампочку за другой.
Интересовавшая нас часть 7-й хромосомы до 1985 г. никем не изучалась, так что, продолжая сравнение, у нас не было даже приблизительной карты местности, не говоря уже о такой роскоши, как схемы расположения улиц, поэтажные планы домов или, тем более, инвентарные списки электроприборов. Нас ожидала гора тяжелой однообразной работы.
Изобретенный в нашей лаборатории метод «прыжков по хромосоме» позволял проводить поиск параллельно в нескольких местах, что значительно ускоряло работу по сравнению с традиционным методом. Но даже при этом задача оставалась огромной, и в научном сообществе многие считали наш подход непрактичным и непригодным для исследования болезней человека. В 1987 г., когда подошли к концу и финансовые ресурсы, и запасы энтузиазма, мы решили объединить усилия с исследовательской группой Госпиталя для больных детей в Торонто, которую возглавлял выдающийся генетик доктор философии Сюй Личжи (Lap-Chee Tsui). Вместе наши лаборатории заработали с удвоенной энергией. История поиска несколько походила на сюжет детектива: мы знали, что на последней странице тайна обязательно раскроется, правда, не имели представления о том, сколько времени нам потребуется, чтобы до нее добраться. На нашем пути в изобилии встречались и ключи к разгадке, и тупики. После того, как три или четыре раза нам казалось, что цель близка, а на следующий день новые данные это опровергали, мы запретили себе чрезмерный оптимизм по поводу чего бы то ни было. Нам тяжело было снова и снова объяснять коллегам, почему мы еще не нашли ген — или не отказались от проекта. В какой-то момент я, чтобы наглядно представить другую метафору, объясняющую наши трудности, даже съездил за город и сфотографировался, сидя с иголкой в руке на большом стоге сена.
Ответ был наконец найден в мае 1989 г. Дождливой ночью факс, стоявший в общежитии Йельского университета, куда мы с Личжи приехали на конференцию, выбросил нам результаты очередного дня работы лаборатории; из них однозначно следовало, что муковисцидоз у большинства пациентов связан с отсутствием трех букв (а именно CTT) в кодирующей последовательности не известного ранее гена. Вскоре исследования нашей и других групп показали, что практически все случаи заболевания вызваны мутациями — этой и другими, менее распространенными — того же гена, получившего название MBTP (трансмембранный регулятор муковисцидоза).
Вот оно — доказательство: мы все-таки сумели, последовательно сужая область поиска, определить «перегоревшую лампочку» — ген, ответственный за патологию. Это был момент торжества: мы одолели долгий тяжелый путь, и наши результаты позволяли начать работы, способные привести к полной победе над муковисцидозом.
Отметить открытие гена собрались и генетики, и члены обследовавшихся семей, и врачи, а я написал в честь этого события песню. Музыка всегда помогала мне выразить переживания, которые трудно передать обычными словами, хотя я играю на гитаре только как любитель. Когда голоса людей сливаются в едином хоре, меня переполняет радость, которая никак не связана с наукой, зато имеет самое прямое отношение к моей духовной жизни. Я не мог удержаться от слез, когда присутствующие поднялись со своих мест и подхватили припев:
Последующие шаги оказались труднее, чем мы рассчитывали, и муковисцидоз, увы, пока еще далеко не исчез. Но выявление гена было важнейшей вехой — именно оно открыло путь исследованиям по борьбе с самим заболеванием, на успех которых все мы очень надеемся.
В сумме работа двадцати с лишним исследовательских групп, участвовавших в поисках гена MBTP, заняла десять лет и обошлась человечеству более чем в $50 млн. А ведь эта задача считалась одной из самых простых, так как муковисцидоз — сравнительно распространенная патология, передающаяся от родителей к детям строго по законам Менделя. Как же можно было вообразить себе аналогичное изучение сотен более редких наследственных расстройств, источник которых тоже срочно необходимо раскрыть? Тем более, мыслимо ли было изучать с помощью той же стратегии такие болезни, как диабет, шизофрения, различные виды сердечно-сосудистых заболеваний и рака, где наследственные факторы заведомо играют огромную роль, но этих факторов много, и ни один ген, взятый в отдельности, не оказывает особенно сильного влияния? Здесь понадобилось бы найти с дюжину лампочек, причем даже не перегоревших, а просто горящих чуть слабее, чем нужно. Если для этих более сложных случаев и была какая-то надежда на успех, то только при наличии подробных и точных данных обо всех щелях и закоулках генома. Нам требовалась карта страны с планом каждого дома.
Конец 1980-х стал временем яростных споров о разумности такого проекта (Cook-Deegan R. The Gene Wars. New York: Norton, 1994). Большинство ученых соглашались, что проект позволил бы получить потенциально весьма полезную информацию, но считали его неосуществимым из-за огромного масштаба. Далее, было уже понятно, что лишь небольшая часть генома кодирует белок, а вопрос о целесообразности секвенирования всего остального («мусорных» ДНК) представлялся довольно спорным. Один известный генетик писал: «Секвенирование генома было бы почти таким же полезным делом, как перевод полного собрания сочинений Шекспира в клинопись, но далеко не таким простым с точки зрения осуществления и последующей интерпретации результатов».
Другой заявлял: «Это бессмысленно... генетики будут бороздить море бессмыслицы ради нескольких крохотных островков информации». Но очень многие опасения были в действительности связаны со стоимостью проекта и с тем, что из-за него лишатся ресурсов другие исследования в области биомедицины. А против этой проблемы есть хорошее средство — нужно найти для проекта отдельное финансирование, что и осуществил в США новый директор проекта — не кто иной как сам Джим Уотсон, один из открывателей двойной спирали ДНК. Уотсон, бывший в то время самой популярной «рок-звездой» от биологии, убедил Конгресс рискнуть и выделить деньги на расшифровку генома.
Джим Уотсон умело руководил американским проектом «Геном человека» в течение первых двух лет. В этот период были созданы центры по расшифровке генома и к работе подключился ряд лучших и талантливейших ученых нашего поколения. Однако многие по-прежнему относились к проекту скептически, сомневаясь, что его удастся осуществить за отпущенные пятнадцать лет, — тем более что тогда еще не были созданы некоторые технологии, позволившие позднее ускорить процесс и осуществить проект в намеченные сроки. В 1992 г. наступил кризис: Уотсон неожиданно оставил проект после публичного спора с директором системы Национальных институтов здравоохранения о возможности патентования фрагментов генетического кода (против чего Уотсон категорически возражал).
Начались поиски нового директора проекта, и выбор, к моему огромному удивлению, остановился на мне. Я руководил тогда центром по расшифровке генома в Мичиганском университете, был вполне удовлетворен своим положением и не мыслил себя в роли государственного служащего. Поэтому поначалу я не проявил интереса к этой идее. Но отделаться от нее оказалось непросто. Был только один проект «Геном человека», его предполагалось осуществить лишь раз за всю историю человечества, и его успех имел бы огромное значение для медицины. Как верующий, я спрашивал себя, не предначертано ли мне сыграть более важную роль в проекте, способном привести к фундаментальным сдвигам в нашем понимании себя самих. Мог ли я отказаться от шанса прочесть написанное на языке Бога, узнать сокровенные подробности того, как появились люди? Я всегда с подозрением отношусь к людям, которые утверждают, применительно к подобным моментам, будто поняли волю Бога; и все же невозможно было игнорировать невероятную значимость проекта с точки зрения потенциальных последствий для взаимоотношений между человечеством и Богом.
В ноябре 1992 г. я отправился в гости к дочери, жившей в Северной Каролине, и там долго молился под вечер в маленькой часовне, прося Бога направить меня. Я не «услышал» ответа — в действительности со мной никогда такого не случалось, — но за эти часы (а я неожиданно для себя пробыл в часовне до вечерней службы) мое душевное смятение совершенно улеглось. Спустя несколько дней я принял предложение.
Следующие десять лет были бешеной гонкой с множеством взлетов и падений. Уже исходные задачи проекта «Геном человека» требовали невероятного напряжения сил, но мы ставили себе еще более жесткие сроки и неукоснительно их соблюдали. Иногда, казалось бы, многообещающие методы с треском проваливались при применении в крупном масштабе, и мы испытывали тяжелое разочарование. Случались трения между членами нашей научной команды, и я, как глава, выступал в роли примирителя. Некоторые центры не выдержали заданного темпа, и их, к большому разочарованию руководителей, пришлось вывести из проекта. Но бывали и моменты торжества, когда мы завершали очередной напряженный этап; и у нас стала накапливаться информация, ценная с точки зрения медицины. К 1996 г. мы были готовы запустить полномасштабное секвенирование генома с применением значительно более совершенной и рентабельной технологии, чем та, которую мы использовали в 1980-х при поиске гена муковисцидоза. В определенный момент руководители международной части проекта приняли важнейшее решение, сделав обязательным условием участия немедленный доступ к полученным данным и договорившись не подавать заявок на патентование каких бы то ни было фрагментов кода. Ученым, работающим над важнейшими медицинскими проблемами, требовался немедленный свободный и открытый доступ к информации, нельзя было позволить здесь задержку даже на один день.
Следующие три года прошли очень плодотворно, так что к 1999-му мы смогли значительно ускорить процесс расшифровки. И в этот момент на горизонте возникла новая проблема: у нашего проекта «Геном человека» появился конкурент — частная компания. Когда проект начинался, полное секвенирование всего генома не представляло коммерческого интереса, однако положение менялось по мере того, как ценность получаемой информации становилась все очевиднее, а себестоимость секвенирования снижалась. Крейг Вентер, глава фирмы, вскоре получившей название Celera, заявил, что планирует выполнить полномасштабное секвенирование генома, причем, в отличие от нас, намерен запатентовать многие гены и хранить информацию о них в закрытой базе данных, предоставляя доступ по подписке за значительную плату.
Идея обратить информацию генома в частную собственность вызывала глубокую тревогу. Еще сильнее обеспокоила нас реакция Конгресса. Хотя никаких своих данных команда Celera не представила, а научная стратегия, которой собирался следовать Вентер, вызывала большие сомнения относительно полноты и точности будущих результатов, в Конгрессе был поднят вопрос о том, целесообразно ли и дальше финансировать за счет налогоплательщиков проект, с которым, возможно, лучше справился бы частный сектор. В своих публичных выступлениях представители Celera упирали на более высокую эффективность собственного подхода, стараясь заклеймить государственный проект как медлительный и бюрократизированный. Эти заявления были, мягко говоря, весьма спорными, учитывая участие в проекте «Геном человека» лучших университетов мира, талантливейших и известнейших ученых. Но пресса любит скандалы, и журналисты много писали о «состязании» в секвенировании генома, привлекая к сравнению яхту Вентера и мой мотоцикл. Основная масса этих текстов — полнейшая бессмыслица. Авторы большинства статей, похоже, не поняли главного: спор шел вовсе не о том, кто выполнит работу быстрее или с меньшими затратами (и Celera, и государственный проект были уже очень хорошо подготовлены), а об идеалах. Чем должна стать последовательность генома, наше общее наследие — коммерческой услугой или общественным благом?
Мы не жалели сил. Наши двадцать центров по расшифровке генома работали безостановочно. За полтора года, определяя тысячу комплементарных пар в секунду двадцать четыре часа в сутки семь дней в неделю, мы получили первый вариант расшифровки, покрывающий 90% генома человека. Celera, со своей стороны, также сгенерировала большой объем данных, но они хранились в закрытой базе, и доступ к ним отсутствовал. В определенный момент сотрудники Celera осознали, что могут на общих основаниях пользоваться открытой информацией, и остановили свою работу на середине. В итоге Celera представила расшифровку, которая, как выяснилось впоследствии, более чем наполовину состояла из данных, опубликованных в рамках нашего проекта.
Интерес к нашему «состязанию» становился неуместным и грозил отвлечь внимание от цели обоих проектов и ее значения. В конце апреля 2000 г., когда и Celera, и мы были готовы объявить о завершении первого варианта расшифровки, я обратился к Ари Патриносу (руководителю программы по расшифровке генома в Департаменте энергетики), который был дружен и со мной, и с Вентером, и попросил его устроить нам неофициальную встречу. За пивом и пиццей в гостиной у Ари мы с Вентером договорились об одновременном объявлении и проработали необходимые детали.
Так я и оказался одним из главных действующих лиц торжества, описанного на первых страницах этой книги. Стоя рядом с президентом Клинтоном в Восточном зале Белого дома, я объявил, что прочитана (в первом приближении) инструкция, по которой сделан человек, раскрыт язык Бога.
В течение следующих трех лет я продолжал работу в качестве директора проекта «Геном человека». Мы уточняли первоначальные данные, заполняли остававшиеся пробелы, повышали общий уровень корректности информации; все результаты, как и раньше, ежедневно выкладывались в общедоступные базы данных. В апреле 2003 г., когда отмечалось пятидесятилетие открытия Уотсоном и Криком двойной спирали ДНК, мы объявили о достижении всех целей, ставившихся перед проектом. Я как руководитель испытывал огромную гордость за две с лишним тысячи ученых, совершивших этот выдающийся подвиг, — думаю, расшифровка генома и через тысячу лет будет считаться одним из главных достижений человечества.
Торжества в честь завершения нашего проекта спонсировались Генетическим альянсом — организацией, поддерживающей семьи, в которых проявляются редкие наследственные заболевания. По этому случаю я переделал слова известной народной песни «Все добрые люди», и присутствующие хором спели:
Для меня, верующего человека, раскрытие последовательности генома было важно еще и тем, что геном написан на языке Бога — том самом, с помощью которого Бог вызвал из небытия жизнь. Изучая этот главнейший из всех биологических текстов, я чувствовал великое благоговение. Да, конечно, он написан на языке, который мы понимаем очень слабо, и нам понадобятся десятилетия, а может быть, и века, чтобы в нем разобраться, и все же мы перешли через мост, вступив в совершенно новую область.
Сюрпризы генома
О проекте «Геном человека» написано много книг (Bishop & Waldholz, 1990; Davies, 2001; Sulston & Ferry, 2002; Wickelgren, 2002; Shreeve, 2004). Но здесь у меня другая задача — я рассуждаю о проблеме достижения гармонии между современной наукой и верой в Бога.
С этой точки зрения будет интересно более внимательно взглянуть на геном человека и сравнить его с геномами других организмов, которые к настоящему времени также полностью расшифрованы. При взгляде на 3,1 млрд букв кода ДНК, распределенных по 24 хромосомам, сразу же бросаются в глаза несколько удивительных вещей.
Первая из них — то, какая малая часть генома реально используется для кодирования белков. Общее количество генов, кодирующих белки, — приблизительно 20–25 тысяч, и на них приходится около 1,5% кода. Это значительно меньше, чем предполагалось, — мы надеялись найти как минимум 100 000 генов, и многих ошеломила та краткость, с какой Бог высказался о человеке. В особенности же шокировало то, что у более простых организмов, таких как черви, мухи или водоросли, насчитывается примерно столько же генов — около 20 000.
Некоторые наблюдатели восприняли этот факт как оскорбительный для человечества. В действительности числом генов определяется далеко не все: мы превосходим по сложности круглых червей, состоящих всего из 959 клеток. Очевидно, наша сложность определяется не числом отдельных пакетов инструкций, а тем, как они используются в многозадачном режиме. Это похоже на словарь: у образованного носителя языка словарь составляет около 20 000 слов, из которых можно составить простую инструкцию к прибору, а можно написать шедевр вроде «Улисса» Джеймса Джойса.
Вторая удивительная черта генома человека обнаруживается при сравнении разных представителей нашего вида. На уровне ДНК мы идентичны на 99,9%, независимо от расы и географии. Все люди — действительно одна семья. Этот уровень сходства отличает нас от других видов, где различий в 10–50 раз больше. Математическая реконструкция показывает, что все современное человечество произошло от группы прародителей численностью около 10 000 человек, жившей 100–150 тысяч лет назад в Восточной Африке.
Сравнение кодирующих областей человеческих генов почти всегда выявляет колоссальное сходство с геномами других млекопитающих, а нередко и рыб, дрозофил, нематод и дрожжей.
| Организм | Ген (кодирующий белок) | Произвольный некодирующий сегмент ДНК |
|---|---|---|
| Шимпанзе | 100% | 98% |
| Собака | 99% | 52% |
| Мышь | 99% | 40% |
| Курица | 75% | 4% |
| Дрозофила | 60% | ~0% |
| Нематода | 35% | ~0% |
Рис. 5.1. Сравнение дерева по ДНК и исторического наброска Дарвина. Результаты молекулярного анализа ДНК без привлечения палеонтологии дают картину, полностью совпадающую с классической анатомией.
Сравнение генов родственных видов выявляет больше «молчащих» синонимичных различий, чем влияющих на аминокислоту, — что в точности соответствует теории естественного отбора. Если предполагать, что каждый геном был сотворен отдельно, объяснить эту особенность не удастся.
Дарвин и ДНК
Чарльз Дарвин испытывал очень серьезные сомнения по поводу своей теории эволюции — может быть, именно поэтому он двадцать пять лет медлил с публикацией «Происхождения видов». Вряд ли сам Дарвин мог бы вообразить более убедительное подтверждение своей теории, чем то, которое дает сравнительное изучение ДНК родственных видов.
Изменчивость вызывается мутациями. Частота мутаций оценивается в одну ошибку на 100 млн пар нуклеотидов за поколение (на геном каждого человека приходится около 60 новых мутаций). Случайно возникающие мутации, дающие небольшое преимущество, подхватываются естественным отбором.
Современная наука рассматривает разделение на «микро-» и «макроэволюцию» как искусственное. Например, потеря костной чешуи у пресноводных колюшек произошла всего за 10–20 тысяч лет в результате мутаций гена EDA (этот же ген есть у человека, и его поломки нарушают развитие зубов и волос). Значительные изменения, приводящие к появлению новых видов, состоят из ряда крохотных шагов, почти незаметных по отдельности.
Эволюцию в действии мы наблюдаем при появлении устойчивых к хлорохину штаммов малярийного плазмодия, мутациях вируса ВИЧ и штаммов птичьего гриппа H5N1. Теория эволюции критически важна для современной медицины.
Что нового мы узнаем об эволюции человека?
В хромосомах человека и мыши есть длинные участки с одинаковым порядком расположения генов (синтения). Например, практически все гены 17-й хромосомы человека имеют аналоги в 11-й хромосоме мыши.
Геном человека состоит примерно на 45% из древних повторяющихся элементов (ARE) — остатков мобильных генов. Одинаково «обезглавленные» и нефункциональные элементы ARE сидят в одних и тех же позициях у человека и мыши. Если не предполагать, что Бог специально разместил их так, чтобы сбить нас с толку, мы неизбежно приходим к выводу об общем предке.
На уровне ДНК геном шимпанзе совпадает с человеческим на 96%. Дополнительное свидетельство — псевдогены (неработающие гены). Человеческий ген фермента каспазы-12 выведен из строя мутациями, тогда как у шимпанзе и мышей он исправно работает. Ген MYH16 (сила жевательных мышц) у человека стал псевдогеном, что ослабило челюсти, но позволило костям черепа расти вверх, освободив место для крупного мозга. Ген FOXP2, определяющий речевые способности, приобрел у человека две уникальные мутации около 100 000 лет назад.
В этом месте материалисты скажут: если всё возникло естественным путем, зачем привлекать Бога? На это я отвечу: мне как верующему человеку сравнение геномов не заменяет ответа на вопрос, что значит быть человеком. Я говорю о Нравственном законе и поиске Бога. Учение об эволюции лишь проливает свет на методы, которыми действует Создатель.
Эволюция: теория или факт?
Открытия геномики обеспечили теории эволюции несокрушимую поддержку на молекулярном уровне. Повторяя слова Феодосия Добржанского: «Ничто в биологии не имеет смысла иначе как в свете эволюции».
Проблема непонимания часто кроется в бытовом употреблении слова «теория». В обыденной речи «теория» — это догадка («у меня теория, что это дворецкий»). В науке же «теория» — это фундаментальный каркас доказанных принципов, объясняющий законы природы (как теория гравитации или теория микробного происхождения болезней).
Английский молекулярный биолог и англиканский священник Артур Пикок озаглавил свою книгу: «Эволюция: замаскировавшийся друг веры?». Последовательно изложив научные факты об устройстве генома и происхождении Вселенной, мы открываем путь к их гармоничному синтезу.
Вы завершили чтение книги «Доказательства эволюции»
Электронное издание кафедры биологической эволюции Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова (под редакцией А. В. Маркова).