Илья Рухленко - Что ответить дарвинисту? Часть II
Так может быть, бактерии – это просто такие организмы, которые имеют такую специфическую стратегию реагирования на мелкие изменения окружающей среды – с помощью случайных мутаций и естественного отбора. А вовсе не эволюционируют подобным способом?
Тем более что бактерии отличаются еще одной уникальной особенностью, которая позволяет им, в отличие от высших организмов, свободно использовать в качестве источника полезных инноваций обычный поток случайных мутаций. Дело в том, что бактерии имеют геном очень маленького размера.
Поэтому они устойчивы к так называемому «храповику Мёллера». Действительно, проблема «храповика Мёллера» весьма актуальна для организмов с огромным размером генома и слабыми темпами размножения. Представьте себе подобный организм под потоком обычных случайных мутаций, из которых 90 % мутаций вредны для выживания, а полезна только одна мутация на миллион. Понятно, что если геном имеет большой размер, а энергия размножения при этом низка, то поток случайных мутаций скорее «разломает» этот геном, чем чего-то там улучшит, даже если естественный отбор будет стараться изо всех сил противодействовать поломке генов. Всё равно поток слабо-вредных мутаций будет постепенно ухудшать качество геномов большого размера, за счет постепенного накопления слабо-вредных мутаций (если темпы размножения данного организма низки).
А вот бактерии, имея крошечный геном и одновременно огромную энергию размножения, вполне могут позволить себе роскошь терять огромное число особей (вплоть до целых линий или даже колоний), оказавшихся чересчур нагруженными вредными мутациями. При этом выигрывать «гонку» (в скорости размножения) будут многочисленные линии, оказавшиеся свободными от вредных мутаций. И уж тем более, линии, которым посчастливилось получить полезную мутацию.
Итак, перефразируя известную поговорку про Юпитера и быка, мы можем с полным основанием сказать:
– Что позволено бактерии, не позволено быку.
То есть, приводить в качестве доказательства возможности эволюции быков по механизму случайные мутации +естественный отбор – примеры мелких генетических изменений у бактерий – не слишком корректно (или даже совсем не корректно).
11.1 Трудно быть богом?
А теперь предлагаю немного потренироваться, попробовав себя в роли создателя живых организмов. Представьте, что Вам дали задание – создать животное размером примерно с тигра. Понятно, что популяции таких животных в дикой природе не смогут составлять многие миллиарды особей. Иначе никакой еды на них не напасешься. И так же понятно, что достигать половозрелости всего за несколько часов такие животные тоже не смогут. Животные подобного размера должны будут долго расти, чтобы достигнуть размеров, близких к размеру тигра. То есть, созданное Вами животное подобного размера просто обязано будет иметь низкую численность популяций, и низкую скорость смены поколений.
Но ведь в окружающей среде, в которую Вы должны будете выпустить это животное, наверняка происходят какие-то колебания. И если Вы хотите, чтобы созданное Вами животное, выпущенное в дикую природу, не вымерло сразу же после выпуска, Вы обязаны предусмотреть для этого животного какие-то специальные механизмы, которые позволят ему быстро и эффективно реагировать на неизбежно появляющиеся новые вызовы среды (в том числе, и непредсказуемые). Понятно, что тупой естественный отбор случайных мутаций, с попыткой поиска именно того мутантного «тигра», который сумеет выжить в новой ситуации, здесь не подойдет. Этот механизм в данном случае недопустимо медленный и расточительный.
Здесь можно провести хорошую аналогию с хакерскими атаками. Допустим, имеется задача взломать какую-нибудь систему безопасности, подобрав к ней ключ доступа. Профессиональным хакерам хорошо знаком термин «brute force search», то есть, взлом пароля методом «грубой силы». Это когда необходимый пароль подбирается наиболее тупым способом – путем полного перебора всех возможных вариантов (вплоть до того момента, пока нужная комбинация не совпадёт с одним из вариантов перебора).
Понятно, что если пароль – длинный, то для его взлома методом «грубой силы» требуется большое число попыток. И этих попыток тем больше, чем длиннее пароль. Вплоть до астрономического числа попыток. Чтобы проиллюстрировать, насколько сильно повышается необходимое число попыток при увеличении длины пароля, и сколько времени на этот взлом потребуется компьютеру, приведу соответствующую таблицу:[181]
Таблица 4. Оценочное время полного перебора паролей в зависимости от их длины
Из таблицы видно – чтобы найти нужный пароль длиной 6 символов, компьютеру Pentium 100 потребуется, в среднем, 6 часов. А вот для того, чтобы найти нужный пароль длиной 12 символов, этому же компьютеру потребуется уже 1.5 млн. лет времени.
Теперь перейдем ближе к нашим «тиграм». Допустим, наши «тигры» в природе столкнулись с новым штаммом вируса, который для них крайне опасен и приводит к 90 % гибели в случае заражения. Спасти наших «тигров» может всего одна конкретная точечная мутация (мутация конкретного нуклеотида) в одном из генов, отвечающих за синтез антител к этому вирусу. То есть, вирус немного изменился, став страшно опасным, но спастись от этого вируса вполне можно, если только соответствующее (уже имеющееся) антитело к старому варианту этого вируса тоже немного изменится, подстроившись под новый вариант вируса.
Допустим, частота случайных точечных мутаций у нашего «тигра» составляет примерно 1 к 1 млрд. (на нужный нуклеотид). В этом случае нам потребуется примерно миллиард наших бедных «тигров», чтобы, наконец, «взломать» этот новый вирус с помощью соответствующего (нового) мутантного «тигра». Понятно, что если у нас по всей дальневосточной тайге бегает не более 500 тигров, то тратить миллиард таких тигров для защиты от одной несчастной инфекции – это недопустимая расточительность. То есть, если мы решим, что наши тигры должны адаптироваться к новым инфекциям именно по методике полного перебора, то это гарантированно приведет к вымиранию наших «тигров», над созданием которых мы столь упорно (теоретически) трудились.
Поэтому нам следует позаботиться о том, чтобы снабдить созданных нами «тигров» специальными механизмами, которые будут гораздо более эффективны, чем метод «грубой силы». Хорошим решением здесь будет, например, создание специальной системы гипер-мутирования внутри каждого тигра. То есть, подвергать методу полного перебора следует не самих тигров, а лишь определенные гены в соответствующих клетках, находящихся внутри самих этих тигров. А именно, в таких клетках, которые специально предназначены для борьбы с разнообразными инфекциями (клетки иммунной системы). Таким образом, при появлении новой инфекции, внутри каждого тигра будет происходить быстрый «brute force search». И вполне вероятно, что «тигры» с таким специально встроенным «решателем проблем» успешно преодолеют новую для них напасть. Причем число выживших особей окажется вполне достаточным для будущего устойчивого существования созданного нами вида.
Всё это мы и наблюдаем в реальной природе – сложные и большие организмы с низкими численностями популяций и низкой скоростью смены поколений имеют специальные (встроенные) «решатели проблем» для преодоления огромного числа «сиюминутных» возмущений среды. Начиная от крайне эффективной иммунной системы (в которую как раз встроен тот самый метод «грубой силы») и кончая никак не менее эффективным реагированием на повседневные вызовы среды с помощью механизмов нервной системы у высокоразвитых животных и т. п.
А теперь давайте представим себе, что мы создаем не «тигра», а наоборот – крайне маленькое и очень просто устроенное живое существо. По нашей задумке, таких существ в природе должно быть очень много. И размножаться они должны так быстро, чтобы ими могла питаться вся следующая ступень громадной пищевой пирамиды живых существ, но при этом бы эти мелкие существа не заканчивались.
И вот мы, допустим, создали таких живых существ. И получились эти существа точь в точь похожими на известных нам бактерий.
Понятно, что и перед этими существами тоже будет стоять задача эффективного реагирования на многочисленные мелкие изменения среды (в том числе, и на непредсказуемые). Стоит ли снабжать этих живых существ специальными механизмами решения возникающих проблем? Например, мы можем каким-то образом попытаться «всунуть» в эти существа нервную систему. Но насколько в этом случае замедлится рост и размножение этих микроскопических созданий? Ведь тогда каждой «бактерии» придётся строить и содержать весьма дорогостоящую структуру (нервную систему). А нам была нужна от этих существ максимальная численность и максимальная продуктивность (создание биомассы в единицу времени).
