Дві еволюційні статті

Дарвін у вільному доступі
Зараз уже важко встановити, кому належить фраза «Дарвін, як і інші малочитаємі автори…», проте сутність справи її авторство не змінює. З вченого, що змінив хід науки своїми ідеями, Чарльз Дарвін перетворився на бронзову фігуру, реальні погляди якої мало кого цікавлять. Навіть спеціалісти найчастіше знайомляться з ідеями Дарвіна за текстами, підготовленими «дарвіністами» (см. «КТ» # 645-646). Тепер у людей, які читають англійською, з товстими каналами зв’язку з’явилася можливість виправити цю прискорбну ситуацію. Кембриджський університет виклав у мережу найбільший архів рукописів Дарвіна (50 тисяч текстових сторінок і 40 тисяч зображень). Протягом найближчих двох років цей архів має збільшитися ще вдвічі. Матеріали в ньому представлені не лише у вигляді текстових і pdf‑файлів, а й у mp3 — завантажуй і слухай! Яка ж можливість без мороки зайти на сайт описуваного ресурсу (darwin-online.org.uk), прочитати відгук Флеммінга Дженкіна на «Походження видів» (см. «КТ» #637) і переконатися, що більшість джерел описує «кошмар Дженкіна» у спотвореному вигляді...

Фігура Чарльза Дарвіна (1809–1882), творця теорії еволюції шляхом природного відбору, викликала, викликає і буде викликати суперечки
Але чи потрібна багатьом така можливість? Дарвін і так знають і шанують. Співробітники відділу дарвінізму одного з найстаріших музеїв на пострадянському просторі відзначають 12 лютого професійне свято: день народження Дарвіна. Великий гіпсовий бюст класика прикрашають вінками, чокаються з ним склянками різних рідин і, можливо, не крутять навколо нього хороводи. Співробітниці відділу (усі виключно жінки) стверджують, що жоден чоловік не дбає про них, як Дарвін. Безсмертний покровитель дає їм роботу і надсилає групи школярів на платні екскурсії. На фоні такого шанування з елементами ідолопоклонства стають зрозумілішими напади на Дарвіна зі сторони наукових опонентів і ідеологічних противників. Нагадаємо, наприклад, «наукових креаціоністів», хоча навіть їх самоназва є оксюмороном (дотепна дурниця, грец., поєднання протилежних за значенням слів). Ці дотепні… люди, пропонуючи кредо віри замість наукових фактів, об’єдналися проти Дарвіна, ототожнюючи з ним всю сучасну еволюційну біологію. З їхніх писань можна дізнатися, наприклад, що Дарвін винен у геноциді Другої світової війни. Що б не говорили, щоб сперечатися саме про Дарвіна, а не про уявлення про нього тих чи інших тлумачів, корисно все ж попрацювати з первинними джерелами.
Продовжують сперечатися про Дарвіна і історики науки. Наприклад, їх цікавить етична сторона відносин Дарвіна з Альфредом Уоллесом. Нагадаємо, що публікація розвивавшихся протягом багатьох років ідей Дарвіна була прискорена листом від працювавшого в тропіках Уоллеса, де той просив надрукувати його рукопис. Дарвін повідомив Уоллесу, що їхні погляди збігаються, і опублікував його рукопис одночасно зі своїм повідомленням… На жаль, проведене в останні роки дослідження архівів Дарвіна підтвердило, що він скорегував власні нотатки, внесши в них ряд думок свого конкурента (у майбутньому — спільника і автора терміну «дарвінізм», і це при тому, що Уоллес, володівший пріоритетом у деяких принципових питаннях, мав більш ніж достатньо підстав для наукової ревнощі). Тепер будь‑хто може ознайомитися з автографом так званої «Довгої рукописи» Дарвіна. Хочете встановити, що в ній написано синіми чорнилами, які класик використовував у 1857 році, а які думки внесені чорними чорнилами у 1858 році, після знайомства з рукописом Уоллеса? А потім прочитайте записні книжки 1838, 1842, 1844 років, подивіться, як зріли ідеї самого Дарвіна, і не придавайте надмірного значення запозиченням з Уоллеса у 1858 році.

Схоже, Томас Гексли (1825–1895) передбачив створення нинішнього архіву
А чи може зацікавити архів Дарвіна когось, крім істориків науки? Обговорення таких тем виходить за межі короткої нотатки, але її автор переконаний, що до думок Дарвіна ще не раз доведеться повертатися і теоретикам, які виводять еволюційну теорію з глухого кута, куди вона потрапила в середині ХХ століття. Мова йде про так звану синтетичну теорію еволюції (СТЕ), редукціоністську спробу об’єднати еволюційну теорію з генетикою популяцій і описати всю еволюцію як зміну генних частот.
Розглянемо одну термінологічну тонкість. На противагу назві, «Походження видів» Дарвіна присвячено в основному вивченню змінності організмів. Дарвін виділяв дві форми змінності: визначену і невизначену. Визначена змінність закономірно розвивається у відповідь на вплив середовища і часто виявляється пристосувальною. Невизначена змінність ненаправлена. Відкрийте будь‑який підручник і переконайтеся, що ці терміни згадуються лише для того, щоб кардинально переосмислити їх. Типу, визначена змінність — це фенотипічна, ненаслідна змінність, що не має цінності для еволюції, бо не зачіпає гени. А ось невизначені, ненаправлені зміни ніби тотожні генотипічним, успадкованим. Саме вони, на думку прихильників СТЕ, забезпечують еволюційний прогрес. На жаль, таке міркування — лише спритність рук. Визначені зміни можуть суттєво змінювати характер переданої успадкованої інформації. Якщо організм набуває корисну ознаку, не так важливо, на якій основі ця ознака розвивалася, — головне, щоб вона підвищувала шанси на виживання і залишення потомства. Закономірно проявляються покоління за поколінням визначені (за Дарвіном) зміни, які можуть зберігати життя їх носіям і просувати еволюцію в певному напрямку. Що потрібно для широкого обговорення і вивчення таких феноменів? Одна з умов — позбавлення від вводячої в оману термінології, для чого корисно ознайомитися з історією питання.

Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) зміг у короткій статті висловити майже ті ж ідеї, до яких Дарвін йшов понад двадцять років
І все ж, чи можуть у XXI столітті комусь знадобитися забуті ідеї XIX століття? Ще один приклад. «КТ» вже писала (стаття Олександра Маркова в #582), що висміяна всіма «тимчасова гіпотеза пангенезу» Дарвіна раптом знайшла деякі підтвердження більш ніж через століття після його смерті. Нагадаємо, мова йшла про припущення, що клітини тіла формують особливих «гонців», які переносять інформацію в статеві клітини. Нещодавно стало ясно, що саме такий механізм найкраще пояснює особливості передачі імунної інформації. До речі, Дарвін вагався, публікувати чи ні гіпотезу пангенезу, і консультувався з цього приводу з Томасом Гексли, одним із перших дарвіністів. Гексли оцінив гіпотезу як невдалу, але порадив її опублікувати: «Я переконаю вас її відкинути, а потім наші нащадки порояться в архівах, знайдуть нашу переписку і скажуть: «Дивіться, Дарвін передбачив сучасні погляди, а цей віслюк Гексли переконав його відмовитися від публікації!»…
А цікаво, чи буде вестись статистика звернень до дарвінської спадщини? Як би вона не розчарувала творців електронного архіву. На жаль, чим читати Дарвіна і його сучасників, простіше тасувати колоду сучасних міфів, упереджень і проекцій…
 
У пошуках стрілочника
Як відомо, контекст, склепілі стереотипи, мода дуже важливі для сприйняття нової інформації. Класичний приклад — те, що в середньовіччі приймали за діяння ангелів і демонів, згодом стало називатися «втручанням інопланетного розуму».
Не є винятком і наукові новини — для кожного етапу пізнання характерні повідомлення, що відповідають певному шаблону. Зараз вже майже не чутно про те, що повна розшифровка геному того чи іншого виду дозволить проникнути у всі його таємниці. Генотип — система такої складності, що з першого погляду в ній не розібратись. Що робити? — Вибрати в ній якусь цікаву точку і «потягнути за нитку» саме в цьому місці. Така логіка приводить до формування нового шаблону наукових новин. Ось лише деякі повідомлення останнього часу.
Як виявили в Массачусетському університеті Амхерста, формування статевих різниць у мозку мишей пов’язане з єдиним геном Bax.
Професор Дженні Грейвз (Jenny Graves) з Австралійського Національного університету в Канберрі очікує в найближчий час (протягом 10 млн. років) втрати в людському геномі гена SRY, розташованого в Y‑хромосомі. Це єдиний ген, який відповідає за розвиток чоловічих статевих залоз і вироблення чоловічих гормонів.
Біологи з університету Рокфеллера в Нью‑Йорку виявили, що відчуття нюху у комах визначається одним геном Or83b, що відповідає за формування нюхових рецепторів.
Зниження активності єдиного гена BubR1 значно прискорює старіння мишей і п’ятеро скорочує тривалість їхнього життя (результати отримані американською організацією Mayo Clinic).
Дослідники з Медичного центру дитячої лікарні Цинциннаті виявили ключовий ген Foxa2, що відповідає за розвиток легень плоду під час вагітності і перший самостійний вдих, який робить немовля після народження.
Зміна лише одного гена (IGF‑1) призводить до збільшення м’язової сили і витривалості у гризунів і може бути використана для генетичного допінгу спортсменів.
В Австралії заборонять професійно займатися боксом носіям одного гена, APOE 4, який сильно підвищує ймовірність травм головного мозку.
У інституті Гарвана в Сіднеї вивчають ген мишей c‑Cbl, який у значній мірі відповідає за ожиріння і пов’язані з ним захворювання.
А ось шизофренія у мишей, за даними біохіміків Південно‑Західного університету Техасу, викликається не одним, а чомусь двома генами, NPAS1 і NPAS3.
Щоб зрозуміти феномен «одного гена», слід розібратися, як взагалі регулюється розвиток. Геном — дуже складна система, а управління розвитком — не менш комплексний процес. Коли мова йде про системи такої складності, на передній план виходять їх цілісні властивості, які називаються також емерджентними (від лат. emergi — випливати). Емерджентною властивістю популяції, що складається з смертних організмів, є потенційне безсмертя, а емерджентною властивістю клітини, що складається з неживих молекул, — життя.
Емерджентна властивість системи управління розвитком — наявність каналізованих (Від каналу — спрямованого шляху, а не від каналізації…) варіантів розвитку — креодів. Для їх демонстрації зручна модель, запропонована Конрадом Хелом Воддінгтоном. Втілення результатів розвитку порівнюється в цій моделі зі скочуванням кульки по поверхні складної форми — епігенетичному (epi — над, після) ландшафті. Креодам відповідають западини на епігенетичному ландшафті (см. рис. 1).
Ті чи інші креоди практично ніколи не є функцією одного гена. Система з дуже великою кількістю ступенів свободи самоорганізується, значно зменшуючи їх кількість на виході. Ще в 1920‑х роках Сергій Сергійович Четвериков виявив, що особи з нормальним фенотипом генетично дуже різноманітні. За переважаючою більшістю ознак не існує «гена норми», нормальність задається всім генотипом. Коли становлення нормального фенотипу виявляється неможливим, з’являються аберації (відхилення).

1. Типовий генотип з добре регульованим розвитком; найстабільніший шлях веде до нормального фенотипу
Ось деякі факти, добре узгоджені з описаною моделлю, але важко пояснювані з позиції генетичного детермінізму, для якого гени — безпосередні причини ознак.
Особи з однаковими відхиленнями розвитку генетично різноманітні (як і нормальні особи).
На результат розвитку впливає не лише записана на нуклеїнових кислотах успадкована інформація, а й інші фактори: характер згортання білків‑регуляторів, розподіл різних речовин по яйцеклітині, вплив зовнішнього середовища тощо.
Прояви мутацій (змін генотипу) у особин з однаковою спадковістю дуже нестабільні і коливаються від їх повного прояву до відсутності. Навіть на різних сторонах тіла у двосторонньо‑симетричних організмів мутації часто проявляються по‑різному, адже їх розвиток погано регульований.
Зовнішнім впливом на розвиваючийся організм можна викликати ефект, еквівалентний мутації. Зовнішнім впливом на розвиток мутантного організму можна забезпечити формування нормального фенотипу.

2. Переструктурування генотипу зробило ймовірним розвиток за одним з аберантних шляхів
А чи не суперечать наведені міркування зв’язку важливих ознак з «одним геном»? Ні! Уявіть, що ми хочемо встановити, який саме ген є «причиною» аберації (рис. 2). Беремо відносно однорідний матеріал (у типічному випадку — чисту лінію мишей), вивчаємо варіації різних генів і виявляємо, що їх вплив на цікавий нам признак не проявляється. Їх участь у процесі пов’язана з формуванням усього епігенетичного ландшафту. А якщо нам вдається знайти ген, зміна якого переводить систему зі стану 1 у стан 2, ми і вважаємо його «причиною» спостережуваного результату. Однак даний ген виконав лише роль перемикача, подібно до залізничної стрілки.

3. Зовнішній вплив може зробити розвиток аберантним навіть за нормального генотипу
Читач може обуритися. Як же так, ще Мендель показав, що колір гороху (зелений чи жовтий) визначається одним геном, — до чого всі міркування? Але в експериментах Менделя використовувалися стійкі сорти гороху, де були стабілізовані креоди розвитку зеленого і жовтого насіння (проложені шляхи і на станцію «Зелений горох», і на станцію «Жовтий горох»). У такій ситуації один ген міг бути перемикачем на розвилці цих шляхів.

4. Зовнішній вплив може зробити розвиток нормальним навіть за зміненого генотипу
У сучасних наукових казках про могутність генної інженерії часто передбачається, що для того, щоб передати одному організму властивості іншого, достатньо перемістити відповідний ген. Коли мова йде про просто детерміновані ознаки (наприклад, склад того чи іншого білка), іноді це вдається. Коли мова йде про ознаки, що визначаються всім генотипом (органи, функції), перенесення генетичного матеріалу зі сторони мало що дає. Якщо на залізничну гілку Москва — Петербург привезти стрілку, що перемикає шлях з Токіо на Іокогаму, пасажири не потраплять ні в Токіо, ні в Іокогаму: у кращому випадку нічого не зміниться, а в гіршому — поїзд зі сходитиме з рейок.
Отже, що є причиною того чи іншого признаку? Ох, не скоро ми зможемо вичерпно відповісти на це питання!

Д. Шабанов. Дарвин у вільному доступі // Комп’ютерра, М., 2006. – № 41 (661). — С. 19–20
Д. Шабанов. У пошуках стрілочника // Комп’ютерра, М., 2004. – № 43 (567). – С. 20–21