Борис Медников - Дарвинизм в XX веке
Вторая группа переносов, специальная, нам тоже известна:
1. РНК → РНК: это синтез РНК-содержащих вирусов, например, вируса табачной мозаики. Ясно, что этот процесс может осуществляться не в каждой клетке, а лишь в клетке, зараженной вирусом.
2. РНК → ДНК; синтез ДНК на матрице вирусной РНК с последующим включением в геном хозяина. Из-за этого-то процесса и разыгрался весь спор о центральной догме. В последнее время уже упоминавшийся нами Темин выступил со смелой гипотезой: он предположил, что такой синтез идет в обычных клетках; информационная РНК может снова перейти в стадию ДНК и вернуться в геном. Она же может переходить от клетки к клетке, «заражая» последнюю информацией. Такие молекулы Темин называет протовирусами и полагает, что, «взбесившись» в результате мутации, протовирус может стать онкогенным (опухолеродным) вирусом. Гипотеза очень заманчивая, объясняющая многие проблемы становления организма из яйцеклетки. Хорошо бы найти эти протовирусы, но пока прямых доказательств их существования не имеется.
3. ДНК → белок; этот процесс использования однонитчатой ДНК как матрицы для работы рибосомы удалось воспроизвести в лаборатории. В природе он не наблюдался, но, как указывает Крик, вполне вероятен для каких-либо вирусов, особенно с однонитчатой ДНК.
И наконец, третья группа — неизвестных переносов:
1. Белок → белок; синтез белка на белковой же матрице. Он никогда не наблюдался и все меньше шансов, что будет когда-нибудь обнаружен. Некоторое оживление вызвало открытие антибиотиков группы грамицидина. Эти цикличные десятизвеньевые цепочки, содержащие необычные и непригодные для обычного матричного синтеза аминокислоты, создаются всего двумя ферментами. Но информация о постройке этих ферментов также идет из генома.
2. Белок → РНК, то есть синтез РНК на белковой матрице. Этот процесс тоже не наблюдался и термодинамически вряд ли возможен. Фактически это обращение цикла работы рибосомы, считывающей матрицу иРНК. Представьте автомобиль, который едет задом наперед и засасывает через глушитель смог; выхлопные газы в цилиндрах превращаются в пары бензина, которые затем через карбюратор тонкой струйкой бензина текут в бак. Не менее дикая картина — рибосома, считывающая информацию с белковой молекулы и синтезирующая иРНК, а других специально приспособленных для этого механизмов в клетках не обнаружено.
3. Белок → ДНК; гипотетический синтез ДНК на белковой матрице. Этот процесс, мягко выражаясь, столь же маловероятен, как и описанный выше. Напомним еще о так называемых стерических несоответствиях — нет никакого сходства между кодоном и аминокислотой, им определяемой. Для того, чтобы информация могла перейти из «кодона в аминокислоту», нужен адаптор, посредник — транспортная РНК, один из концов которой узнает кодон (так называемый антикодон), а другой присоединяет аминокислоту.
Притязания ламаркистов на низвержение «центральной догмы» имели бы смысл, если бы был открыт один из этих трех переносов, но при дополнительном условии: если некий внешний фактор вызовет приспособительное, то есть повышающее шансы на выживание у будущих потомков (!) изменение аминокислотной последовательности белка, а та в свою очередь обусловит соответствующее изменение генома. Ничего подобного не наблюдалось; более того, чем больше мы узнаем о путях генетической информации в клетках, тем менее вероятна возможность подобного открытия. Мнимое поражение «центральной догмы» на деле оборачивается ее подкреплением.
Так что антидогматикам, а точнее — антидарвинистам, уместно вспомнить старую китайскую пословицу: «Если ты очень ждешь друга, не принимай биение своего сердца за стук копыт его коня».
Кто умнее: бактерия или человек?Учение о направленном, создающем целесообразность влиянии внешней среды дольше всего продержалось в микробиологии, для чего имелись причины.
Микроорганизмы, в частности патогенные бактерии, оказались удивительно изменчивыми и легко приспособлялись к новым факторам. В 1910–1917 годах французский бактериолог Ф. д'Эррель открыл, сначала у коккобацилл саранчи, а затем у дизентерийных бацилл вирусы, которые получили название бактериофагов (теперь их называют для краткости просто фагами). В конце концов фаги были открыты у многих бактерий, и немедленно возникла новая отрасль медицины — фаговая терапия — лечение болезней фагами.
Увы, медиков постигло горькое разочарование. Фаги, сначала активно работавшие, переставали убивать бактерий. Процесс этот понят только сейчас. В основе его лежит давно известный принцип эволюции паразитизма — отбор на нанесение наименьшего вреда хозяину. В самом деле, какая польза паразиту, если он убьет всю популяцию хозяина, — ведь за этим последует его же гибель. Поэтому в самом ходе фаговой терапии автоматически отбираются умеренные, не вызывающие гибель бактерий фаги, от которых в конце концов остается лишь ДНК, встроенная в геном хозяина. Этого мало: бактерии, имеющие в своем геноме такой фаг (профаг, как называл его французский исследователь Андре Львов), становятся лизогенными, то есть они в небольшом количестве выделяют фаги активные, вызывающие растворение, лизис клеток бактерий других штаммов, а сами не заражаются повторно фагами того же штамма. Обоюдная выгода хозяина и паразита! Правда, у этой идиллии было темное пятно: в результате обратной или супрессорной мутации профаг мог возвращаться в активное состояние, уничтожая хозяев поголовно.
Но всю эту хитрую механику, описанную нами весьма и весьма кратко, мы узнали недавно. В 20–30-е годы приспособление бактерий к фагам «по Ламарку» многим казалось несомненным. А оказывается, приспосабливались-то не бактерии, а фаги.
Не менее горьким было разочарование врачей вскоре после внедрения в практику сульфамидных препаратов. Сначала эти препараты (тот же сульфаниламид, известный под названием белого стрептоцида) были весьма действенными, но потом быстро потеряли эффективность против многих видов болезней. Удалось узнать, почему это произошло. Оказалось, что стрептоцид по строению очень похож на парааминобензойную кислоту (ПАБК):
Стрептококки сначала «путали» эти вещества, пытаясь синтезировать из стрептоцида важный витамин — фолиевую кислоту (то, что мы называем витамином В). Но фермент, ответственный за эту реакцию, намертво присоединялся к молекуле стрептоцида, и стрептококк погибал от авитаминоза. Так шло до тех пор, пока не появились устойчивые к стрептоциду штаммы. Их ферменты хорошо «различали» молекулы ПАБК и стрептоцида. Иногда процесс «привыкания» шел иным путем: один из ферментов бактерии становился способным расщеплять вредное вещество, или же повышалась селективность клеточной оболочки, и то же вещество не поступало в клетку.
Третье великое разочарование медицины — антибиотики. Когда в медицинскую практику широко внедрился пенициллин, казалось, что наступила золотая эра победы над болезнетворными бактериями. Пенициллин блокировал рост клеточной оболочки, и бактерия, увеличивая массу, в конце концов лопалась. Но микробы быстро приспособились к антибиотику. На смену пенициллину пришли новые антибиотики с совершенно иным механизмом действия. Микробы опять ответили вспышкой приспособительной изменчивости. Поверженный враг поднимался и снова вступал в борьбу. Этот поединок длится не годы — десятилетия.
Еще один пример: большие надежды возлагали на антибиотик стрептомицин. Стрептомицин, всем вам известный, присоединяется к рибосомам бактерий (не трогая человеческих), отчего они начинают «врать»: считывая информацию с иРНК, синтезируют дефектные белки. Одно время он был очень эффективен, но вскоре появились устойчивые штаммы. Этого мало: возникли и такие, для нормального роста которых стрептомицин был необходим!
Немалую роль в выведении подобных штаммов сыграли невежественные врачи, которые, опасаясь сильного действия, прописывали низкие, сублетальные для микробов дозы, а потом пожимали плечами и говорили, что больной (!) к антибиотику привык. А ведь еще открыватель пенициллина Александр Флеминг писал, что с микробом нужно вести тотальную войну, используя ударные дозы.
Ламаркисты казус приспособительной изменчивости объясняли легко: бактерии приспособительно изменились, потому что в самой природе организмов заложена способность к адаптации — приспособительному, целесообразному изменению. Но исследователи, стоявшие на точке зрения дарвинизма, не сдавались. Все эксперименты по выработке у бактерий устойчивости к фагам, ядам и антибиотикам были нечистыми. Бактерии в благоприятных условиях делятся за 20–30 минут, потомство одной бактерии растет в геометрической прогрессии и за короткий срок насчитывает миллионы и сотни миллионов. Кроме того, бактерии обычно гаплоидны — у них только один генный набор, поэтому любая мутация, даже рецессивная, немедленно проявляется в потомстве. Устойчивость может возникнуть случайно, в результате мутации, а при таком темпе размножения отбор быстро уничтожает прежний, «дикий» тип и сохраняет мутантов. Для того чтобы сделать выбор между ламаркизмом и дарвинизмом, нужен был чистый эксперимент, в котором можно было оценить роль отбора и прямого приспособления.
