Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 149
Эпигенетическая теория основана на нескольких хорошо известных фактах и обобщениях. Попробую перечислить некоторые из них.
Естественный отбор (разные шансы на выживание и размножение) отбирает или отсеивает не отдельные признаки, а организмы в целом.
Сложные организмы являются результатом индивидуального развития — онтогенеза.
На онтогенез влияют не только наследственные задатки организма, но и в существенной мере — воздействия среды; вследствие этого наследуется не состояние признака, а норма реакции — набор его возможных состояний, реализующийся в разных условиях среды с различной вероятностью.
Подавляющее большинство генов влияет не на один признак организма, а на множество; подавляющее большинство признаков зависят не от одного гена, а от многих (в пределе — от генотипа в целом).
Изменчивость организмов не бесконечно пластична; анализ разнообразия особей в природе позволяет отнести их к конечному количеству вариантов нормы и какому-то конечному количеству уклоняющихся типов (аберраций).
Генотип не чертёж организма; гены содержат «рецепты» белков, выполняющих определённые функции, и набор переключателей, определяющих, какой из возможных путей развития будет с большей вероятностью выбран организмом.
Одни и те же изменения онтогенеза (и возникающие в их результате признаки) могут вызываться как генетическими особенностями, так и воздействиями среды.
В ходе онтогенеза устойчивее всего реализуется то состояние признака, которое соответствует норме; генетический анализ внешне нормальных особей из естественных популяций показывает их неожиданно высокое генетическое разнообразие.
Вот, знаете ли, составил этот список и вижу, что признание этих утверждений толкает к принятию вполне определённого представления об эволюционном процессе — к согласию с эпигенетической теорией эволюции. Увы, это очевидно далеко не всем. Более того, биологи делятся на меньшинство, которое легко принимает эту точку зрения, и большинство, которое её то ли не понимает, то ли не согласно принять. Для её принятия необходимо переосмыслить то, чему всех нас учили: кого в школе, кого — в университете.
Какие же следствия вытекают из перечисленных мною предпосылок?
Любой развивающийся организм имеет определённый набор возможных путей развития. Отбор может поддерживать одну или несколько норм. Такой отбор приводит к тому, что нормальное развитие становится всё более устойчивым; в случае нескольких норм развиваются генетические системы переключения между этими путями (типичные гены, работающие по Менделю). Когда экологическая ситуация меняется, отбор начинает работать против прежних норм. Развитие организмов дестабилизируется, начинают возникать разнообразные аберрации. Если какие-то из этих аберраций поддерживаются отбором в новых условиях, он начинает стабилизировать уже их развитие, делая их новыми нормами. Таким образом, эволюция оказывается чередованием стабилизации и дестабилизации определённых путей развития отбором.
Давайте я попробую сформулировать альтернативную точку зрения. Сразу скажу, что она получится немного карикатурной. Так думают не все сторонники СТЭ, а только самые ортодоксальные из них. Увы, даже те из сторонников СТЭ, которые оспорят приведённые мною утверждения, в своих представлениях о механизме эволюции вынуждены опираться на них неявно. Без опоры на эти, на самом-то деле легко опровергаемые, утверждения СТЭ не работает.
Свойства организма определяют его гены. Каждому состоянию гена (аллелю) отвечает свой признак. Некоторые из аллелей полезные, некоторые — вредные. Новые аллели возникают в результате спонтанных и ненаправленных изменений уже имеющихся — мутаций. Если мутация значимо меняет генетический «текст», возникает новый аллель, у которого будет своё полезное или вредное проявление. Отбор удаляет носителей вредных признаков, оставляя носителей полезных. Хотя особи в естественных популяциях отличаются друг от друга по многим генам и по многим признакам, действие отбора постепенно повышает частоту полезных аллелей в популяции и тем самым обеспечивает эволюционный прогресс.
Вам знакомы такие представления? Что, неужели даже привычны? Как их назвать? Один из удачных вариантов — «генетика горохового мешка» (тут обыгрывается то, что СТЭ рассматривает каждый признак по отдельности, как отдельные горошины, пересыпающиеся в мешок). Даже жалко: такая стройная картина — и неправильная. Особенно губительны для неё два обстоятельства. Эффект каждого аллеля зависит от того, в каком генетическом окружении он оказался и в каких условиях происходит развитие организма. Прямого соответствия, позволяющего по признакам организма определить его гены, нет — одни и те же удачные варианты, которым благоприятствует отбор, могут развиваться на самой разной генетической основе или просто в результате специфического действия среды. Чем сложнее организм, тем сложнее связи, влияющие на развитие его признаков. Почитайте: я достаточно подробно описывал усложнение связи между генами и признаками в одной из прежних колонок.
Думаете, это всё? Есть ещё одна проблема. Даже при однозначном соответствии между генами и отражающими их признаками, отбор одновременно по нескольким генам оказывается крайне неэффективным (и это мы затрагивали ещё в одной старой колонке).
Последнее утверждение часто называют «дилеммой Холдейна». Это обстоятельство было впервые осознано в статье «Цена естественного отбора», опубликованной в 1957 г. Джоном Холдейном (1892-1964), одним из творцов СТЭ. Я не согласен с формулировкой дилеммы Холдейна, которую предлагает Википедия; её суть — именно в неэффективности отбора, идущего одновременно по многим генам, а не в той или иной оценке скорости эволюции. В отличие от автора упомянутой статьи Википедии, я (вслед за Расницыным) удивляюсь не тому, как быстро идёт эволюция, а тому, насколько она обычно идет медленно (по сравнению с примерами, которые показывают доступные для неё скорости изменений).
Сравнивать СТЭ и ЭТЭ можно ещё долго. Приведу лишь ещё одну деталь. Для СТЭ наследственность — непонятно откуда взявшееся свойство живого. Вначале возникли гены, которые «умели» определять признаки, потом отбор признаков привёл к эволюции генов. Для ЭТЭ наследственность — результат отбора. Способные к копированию (размножению) системы оказывались успешны, если на смену единицам отбора, соответствовавшим запросам среды, приходили похожие на них. Наследственность — следствие отбора на воспроизведение сохраняемой отбором нормы.
Почему же до сих пор ЭТЭ остается уделом интеллектуального меньшинства биологов, а подавляющее их большинство продолжает «по умолчанию» опираться на СТЭ? Тут много причин. СТЭ построена на линейных цепочках «причина — следствие», к анализу которых хорошо приспособлена наша структура мышления. Задача анализа свойств системы управления развитием сложного организма намного сложнее задачи трёх тел, о которых я рассказывал в упомянутой колонке.
На круглом столе речь шла о некоторых из этих вещей. Естественно, Александр Павлович сделал акцент на проблеме, с которой связан его вклад в развитие ЭТЭ, — проблеме адаптивного компромисса как эволюционной ловушки (я писал об этом в прошлый раз). В экологически стабильной ситуации аберрантные особи практически не имеют шансов выжить: они практически неизбежно будут проигрывать компромиссной норме в каком-то важном отношении. Именно в этом коренится причина устойчивости многих видов (иначе, особенно у видов без полового размножения, совершенно загадочной). Шансы выжить у аберрантных особей появятся только в том случае, если характер естественного отбора существенно изменится, а прежние требования к их организации окажутся сняты.
Итак, специфика ЭТЭ — внимание к организму как к целостной системе, которая рассматривается феноменологически, а не аналитически. Такой подход диаметрально противоположен типичной редукционистской логике молекулярной биологии. Знаете, как тяжело молекулярщикам воспринимать ЭТЭ? Это было видно даже на круглом столе. Я имел удовольствие наблюдать, как слушали Расницына спецы по эпигенетическому наследованию. В данном случае слово «эпигенетический» не имеет отношения к ЭТЭ: речь идёт о способе регуляции генной активности с помощью «разметки» цепочки ДНК, которая обеспечивается химической модификацией отдельных нуклеотидов. Так вот, редукционисты-молекулярщики искренне страдали! Рассуждения Расницына должны были казаться им ужасной метафизикой, не то что трёхмерные реконструкции макромолекул. Впрочем, это не помешало особо выразительным страдальцам отправиться фотографироваться вместе с Александром Павловичем после окончания мероприятия.
