Игорь Лалаянц - Чего не знал Дарвин!
Но так ли уж «случайна» эта случайность? И как быть на молекулярном уровне со старым как мир спором о том, что было вначале — яйцо или курица?
На эти вопросы пытались еще в 1943 году ответить Дельбрюк и Луриа, которые установили, что в системе фаг — бактерия мутации случайны. Спустя почти полстолетия Дж. Кэйрнс из Гарвардского университета так писал об их результатах: «Доктрина, столь пылко защищаемая, есть негативное утверждение: внешний признак никогда не предшествует генам! Но как же проверить „полезность“ мутации до их закрепления в генах? Для организма не представляется трудной задача проверки признака до его закрепления в генах».
Вывод этот был сделан на основании экспериментов, проведенных Кэйрнсом с бактериями, которым, например, вместо привычного им черного хлеба стали давать белый или наоборот. Оказалось, что при такой смене бактерии вполне сознательно производят переключение генов, ответственных за усвоение нового источника питания. Получается, что в конкретных случаях мутации и не столь уж случайны. Случайно лишь то, в каких клетках они произойдут.
Главное — сохранение вида.
До сих пор мы говорили о мутациях на генном уровне. Но ген сам по себе в клетке не «работает». Ген можно сравнить лишь с магнитной лентой видео или аудиокасссты с записанной на ней изображением или музыкой. Но для «прокручивания» кассеты необходимы магнитофон и телевизор. Таким «прокручивающим» устройством в клетке является белок. И мутация в белке выражается в замене той или иной аминокислоты, или «кирпичика», из которого, как уже говорилось выше, строится молекула белка.
Одним из таких функциональных белков является альфа-кристаллин (аК) хрусталика глаза, то есть той «линзочки», с помощью которой фокусируется свет на сетчатке нашего органа зрения.
Известно, что животным, ведущим подземный образ жизни, глаза практически не нужны. Одним из таких животных является ближневосточный спаллакс — нечто среднее между подземной крысой и кротом. Вот уже 40 миллионов лет спаллакс живет под землей. Сегодня глаза у него даже не прорезаются!
Тем не менее хрусталик и сетчатка глаза образуются. Белки хрусталика настолько изменились за долгие годы подземной эволюции, что хрусталик не может менять свою кривизну и фокусировать луч света на сетчатке. Тем не менее, как показали лабораторные исследования, спаллакс способен реагировать на свет!
Так при зимнем освещении, то есть с коротким световым днем, он надевает роскошную пушистую шубу, хотя температура в комнате поддерживалась на уровне 22 °C. Если же продолжительность светового дня увеличивали до 16 часов, то он сбрасывал шубу, несмотря на снижение температуры до 17 °C.
Сравнение аминокислотных последовательностей белка аК спаллакса и его эволюционных родственников показало, что последовательность эта состоит из 173 аминокислот (как бусин в ожерелье). В аК спаллакса обнаружено 9 аминокислотных замен по сравнению с более эволюционно древними крысами, мышами и хомячками. Выяснилось, что скорость эволюционного изменения в «ненужном» белке спаллакса в четыре раза выше, чем в «работающем» белке.
Выяснилось также, что в аК спаллакса произошли замены даже в четырех стабильных, или консервативных, метах, которые неизменны у 72 видов позвоночных — от рыб до человека.
Получается, что когда белок функционирует, то об эволюции говорить вообще не приходится!
Приведем еще один последний пример отсутствия подобной эволюции.
Речь пойдет о так называемом раковом белке рп21 «рас». В норме этот белок массой 21 000 дальтон, или углеродных единиц, «сидит» под клеточной оболочкой и выполняет важнейшую регуляторную функцию, не давая клетке безостановочно делиться и превращаться в раковую.
Но это в норме. Однако при мутации, которая приводит к заменам аминокислот, белок становится раковым и перестает регулировать деление клетки.
Клетка начинает безостановочно делиться и превращается (трансформируется) в злокачественную. Такое наблюдается при карциноме мочевого пузыря человека.
В ходе исследований выяснилось, что при замене аминокислот в 12, 13, 59, 61 и 63 положениях от начала белковой цепи белок р21 «рас» приобретает раковые свойства. Каково же было удивление ученых, когда они увидели, что эти аминокислоты одинаковы, то есть консервативны, не только у млекопитающих, но также у дрозофилы, гриба, улитки и даже кишечной палочки, обитающей у нас в толстом кишечнике.
Как и в случае альфа-кристаллина хрусталика, мы видим одну довольно удивительную вещь: в белках имеются аминокислоты, стабильные на протяжении миллиардов лет эволюции живого, неизменные ни при каких формах организации живых организмов. В этих точках белков эволюции просто нет. И не дай Бог затронуть эти чувствительные точки. Тогда белок может стать раковым и со временем убить весь организм.
Повторим в заключение еще раз, что сам факт эволюции никто не может отрицать. Но вот механизмы эволюционного процесса для нас во многом остаются тайной за семью печатями.
Комплементарно к изменению живых организмов мы видим абсолютную неизменность в некоторых местах молекулярных структур, изменение которых чревато самыми неприятными для организма последствиями.
Неизменность эта становится не такой уж абсолютной в белках «неработающих», что мы видели на примере альфа-кристаллина спаллакса. Что означает это явное противоречие эволюции неизменного, мы пока не знаем.
Но уже ясно, что сама эволюция гораздо более сложный и таинственный процесс, нежели это представлялось не только в 1859, но даже в 1959 году, когда уже была открыта двойная спираль ДНК — вещества наших генов.
К сожалению, до сих пор объяснение этих сложных процессов во многом остается на уровне 1859 года. Как будто и не было почти полутора веков научного развития. Никто не против самых разных объяснений, но все они должны включать и объяснение известных на сегодня молекулярных феноменов.
Это впрямую относится и к судьбе динозавров, которые внезапно вымерли 65 миллионов лет назад. Вот только почему — то ли в результате проигрыша эволюционного конкурса с млекопитающими, то ли по какой-то другой причине, к эволюции живого не имеющей никакого отношения.
АЛЬВАРЕС, БЭККЕР И ДРУГИЕ
1 сентября 1988 года в возрасте 77 лет в Калифорнии умер Нобелевский лауреат по физике за 1968 год Луис Альварес, прославившийся тем, что он чуть ли не единственный ученый, сопровождавший самолеты, которые несли смертоносный груз к Хиросиме и Нагасаки. В Америке Альвареса называли пионером экспериментальной ядерной физики. Надо отдать ему должное: помимо бомб он сбрасывал над несчастными городами обращение к японским физикам, призывая их воздействовать на правительство, чтобы то капитулировало перед мощью союзников.
Сын Луиса Альвареса, Уолтер, стал геологом, но «физические гены» хоть и в скрытом состоянии, но все же действовали. В 1977 году Уолтер оказался в составе экспедиции, работавшей в ущелье, неподалеку от городка Губбио, что километрах в 150 к северу от Рима.
Как-то он разговорился с сотрудницей Миланского университета Изабеллой Сильва, которую интересовала глина, тонкими слоями залегавшая между мощными известняковыми отложениями ущелья. Особенностью «губбианской» глины было то, что толщина слоя не превышала 1 см и была она бирюзового цвета! Это свидетельствовало о большом содержании химического элемента иридия.
Иридий, как известно, получил название «радужный» за многообразие и многоцветность своих соединений, дающих самую разную окраску растворам.
Содержание иридия в земной коре просто ничтожно — не более 0,03 весовых частей на миллиард весовых частиц! Однако в каменных метеоритах, которые ученые называют углистыми хондритами, содержание этого элемента почти в 20 000 раз выше.
Как образовался слой глины в Губбио? Будучи геологом, У. Альварес знал, что прожилки глины в известняке образуются тогда, когда вымирают животные, имеющие известняковый панцирь, например те же ракушки, одноклеточные радиолярии или лучевики.
Глина обычно имеется и в известняке, но ее содержание не превышает 5 процентов. В прослойках же ущелья в Губбио доля глины составляла почти половину всей породы. Накопление слоя глины толщиной 1 см свидетельствовало о том, что древний геологический процесс продолжался не более тысячи лет.
(Раньше геология могла оперировать лишь периодами в десять и более тысяч лет. Заметим, что позже были найдены такие тонкие прослойки глины в карьере у города Каравак в южной Испании, что разрешающая способность данного метода возросла до 50 лет!)
В июне 1978 года Уолтер получил данные первых анализов. Голубая глина содержала в 300 раз больше элемента, чем обычная. Интересно также было и то, что слой голубой глины залегал точно на границе мезозоя и кайнозоя.
