Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5 - Журнал «Домашняя лаборатория»
Вопросы по делу и не очень[3]
Зачем бесконечность?
Как могла возникнуть способность оперировать понятием бесконечности — в частности, воспринимать натуральный ряд как целое? Вряд ли эта способность могла быть фактором приспособленности?
— Эволюционным путем возник наш многофункциональный мозг, способный ко многим вещам, в том числе и к абстрагированию. Но само абстрактное мышление развилось в ходе не биологической, а культурной эволюции. В языках некоторых народов хорошо видна неразвитость абстрагирования. Например, у айнов (древний народ, живущий на Сахалине и в Японии) к началу XX века были разные числительные для предметов разной формы и разного размера. Попав в современные школы, эти люди столкнулись с неожиданными трудностями. Если учитель задавал вопрос: было пять деревьев, одно срубили — сколько осталось? — следовал встречный вопрос ученика: а какие были деревья — высокие или низкие? Учитель не понимал, в чем дело, а ученик не мог сосчитать, потому что у него для высоких деревьев одна система числительных, для низких — другая.
Где спецификации?
Возьмем вид животного, обладающий некоторым набором "умений", и его эволюционного предка, этим набором не обладающего. Можно ли предъявить хотя бы гипотетическую последовательность жизнеспособных переходных форм? Можно ли на генетическом уровне отследить эти переходы?
— Такие переходы часто связаны с тем, что одна и та же структура организма может приобретать некоторую дополнительную функцию, которая потом становится основной. Плавательный пузырь у рыб изначально был выростом пищевода. Рыба заглатывала туда воздух, и это давало повышенную плавучесть. Но ведь в оболочке пузыря есть кровеносные сосуды, там идет диффузия газов, поэтому он с самого начала выполнял и другую функцию, второстепенную, малозначительную — функцию газообмена. Но когда естественный отбор начал этому способствовать — на основе пузыря возникло легкое. Мягкие ткани практически не сохраняются, поэтому промежуточные формы сложно проследить на ископаемых рыбах. Но сравнительная анатомия для современных двоякодышащих рыб (протоптеруса, например) четко показывает гомологию (соответствие по положению относительно других органов и по динамике индивидуального развития) плавательного пузыря и легких. Есть и другие доказательства "эволюционной преемственности" этих органов, и все вместе это обеспечивает достаточную строгость выводов по современным меркам естественных наук. Таких примеров много.
Но можно ли дать ответ на уровне инструкции по сборке автомобиля — сначала ставим эту гайку, потом крепим эту ось, и так далее?
— С такой подробностью отследить эти процессы невозможно в принципе! В биологии таких ответов не было, нет, и никогда не будет. Если принимать только такие ответы, а все остальное считать недостоверным, то биологию надо закрывать. Как мы можем во всех деталях проследить, кто кого родил? Это нереально.
Как это работает у микробов?
Ограничимся бактериями — можно ли в этом случае проследить или искусственно стимулировать появление новых видов?
— О да, есть масса работ по искусственной эволюции микробов. Их ставят в определенные условия, и прямо на глазах исследователей начинаются эволюционные изменения. Но можно ли получить новый вид? — казуистический вопрос, потому что всегда можно сказать: "а это не новый вид!" Понятие вида не определено с математической строгостью. Тем более у бактерий, где нет четких эндогамных кластеров — групп особей, которые предпочитают скрещиваться только внутри группы (один из важнейших признаков вида у высших организмов). С одной стороны, скрещивание у бактерий устроено проще, чем у позвоночных, — это прямой обмен генами, часто между совсем далекими формами. С другой стороны, есть формы, которые вообще не обмениваются генами, а размножаются как клоны. Так что понятие вида к микробам трудно приложимо.
Кстати, есть важные эксперименты с мутациями бактерий, проясняющие некоторые аспекты возникновения многоклеточности. Берутся бактерии, которые живут в толще воды и плавают поодиночке. Когда они используют весь кислород в этой толще, преимущество получают те, кто всплывет на поверхность. Но у этих бактерий иногда происходит мутация, в результате которой они выделяют порции липкого вещества. Делясь, мутанты остаются склеенными. Важно, что склеившиеся бактерии автоматически всплывают на поверхность — в отличие от одиночных. На поверхности начинают образовываться круглые пятнышки — колонии бактерий, которые имеют доступ к кислороду. Тем самым мутанты получают преимущество, когда в толще кончается кислород. Но на выделение липкой слизи мутанты тратят энергию. Если же в колонии появляется мутант-обманщик, который живет в колонии, она его держит на поверхности, но сам он слизь не выделяет, — то уже он получает эволюционное преимущество. Мутанты-обманщики начинают активно размножаться — до тех пор, пока колония не разрушится, и все они не потонут. Так процесс и идет.
Колония еще не организм, потому что естественный отбор продолжает действовать на уровне отдельных бактерий. Но эксперименты можно и продолжить. Сначала надо понять, что должно произойти, чтобы решить проблему обманщиков. И так далее, по пути хотя бы к подобию настоящего многоклеточного организма.
А взять всем известный пример эволюции микробов — появление устойчивости к антибиотикам. Прослежено, каким образом она вырабатывается и передается. У микробов, как и в целом в природе, есть приспособления для ускоренной передачи полезных признаков. Представление, что все мутации случайны, что вся эволюция основана только на случайных мутациях, — сильно устарело.
Мутанты и симбионты
Как оптимизируются мутации?
— Хорошо изученный пример — изменение генома в иммунной системе. Это сочетание целенаправленного и случайного поиска. Если в организм проник незнакомый микроб, клетка иммунной системы "не знает", какой нуклеотид нужно заменить в своей ДНК, чтобы убивать именно этот микроб. Но клетка умеет целенаправленно редактировать свой геном. Популяция антител формируется в организме в два этапа. Сначала, в ходе эмбрионального и постэмбрионального развития, определенным образом варьируются определенные участки определенных генов клеток иммунной системы. Из полученного множества лимфоцитов выбраковываются те, которые производят аутоиммунные
