Правило черной королевы, ракоскорпионы и прогнозы на 2008 год

Де зимують раки
Одна з найбільших труднощів у вивченні біологічної еволюції полягає в відсутності машини часу. Те, що ми зазвичай вважаємо еволюцією (видоутворення, виникнення нових груп), йде надзвичайно повільно. Якщо не вгадати, куди й на що треба дивитися, тривале людське життя може не вистачити, щоб зареєструвати якісь зміни.
Колектив біологів, головну роль у якому зіграли бельгійські вченні, опублікував у Nature невеличку статтю («лист»), у якій виклали результати дивовижно гарного експерименту, «досліджуючого» еволюцію. Ці біологи вгадали, куди й як дивитися!
У згаданій статті була описана еволюція дафній (широко відомих розгалуженихусих ракоподібних) та паразитуючих на них бактерій Pasteuria ramosa. Заразивши дафній, ці мікропаразити не вбивають їх, але знижують їхню плідність. Тому дафнії, еволюціонуючи, мають стати все менш сприйнятливими до бактерій. З іншого боку, бактерії еволюціонують, підвищуючи свою здатність заражати дафнії, інакше вони просто зникнуть! Описані міркування мають визначати нескінченну «гонку озброєння» між паразитом та господарем. Але як її вивчити? У наш високотехнологічний час перша думка, що приходить на ум оснащеним непоганою апаратурою американським ученим, — виділити якісь послідовності ДНК із сучасного матеріалу та зразків минулих років, прочитати їх, а потім порівняти одне з іншим. Головна проблема, що виникає в таких роботах, — складність інтерпретації генетичних текстів. Хто зрозуміє, чому вони змінюються? Експериментатори діли остроумніше. Вони оцінювали пристосованість паразитів та господарів безпосередньо, зіштовхуючи їх один з одним.

І дафнії, і паразитуючі на них бактерії здатні утворювати сплячі стадії. Кожної осені на дно водойми опускаються зимуючі яйця дафній та спори бактерій. Навесні частина з них активується, а частина залишиться лежати в донних осадах. У описуваній роботі автори витягли керн із ілу, що відкладався протягом тридцяти років у невеличкому бельгійському ставку. Вони поділили тридцятирічний період на вісім шарів, кожен із яких відповідав кількома (від двох до чотирьох) рокам. З кожного шару були виділені та оживлені яйця дафній та спори бактерій. Дафнії з кожного часу розмножували у потрібній чисельності, а потім кожну з їх груп заражали штаммами бактерій із кожного періоду часу. Ефективність паразитування оцінювали за часткою заражених дафній.
Як і очікувалося, найбільшу небезпеку для дафній становили їхні сучасники-паразити. Бактерії з більш ранніх і більш пізніх шарів подолували захист ракоподібних з істотно меншою ефективністю. До речі, зі сторони може здатися, що система дафнії-бактерії перебуває в стабільному стані, адже у будь-який момент часу патогенність паразита для його господарів залишається приблизно сталою. Автори дослідження розглядають це як підтвердження відомого «правила Чорної Королеви», запропонованого палеонтологом Li Van Valen. Суть цього правила можна передати простим міркуванням (переважна частина еволюційних змін будь-якого виду пов’язана з пристосуванням до змінної навколишнього середовища), а можна — цитатою з безсмертного тексту Льюїса Керола: «Ну, а тут, знаєш ли, доводиться бігти напружено, щоб лишень залишитися на тому ж місці! Якщо ж хочеш потрапити в інше місце, тоді треба бігти принаймні вдвічі швидше!»
Отже, «біжать» дафнії та бактерії, залишаючи в шарі ілу сліди свого неперервного «бігу»…

І рак, і скорпион
Чому люди, розкривши рот, слухають оповідання про уродців і монстрів, що населяли Землю в доісторичні часи? Та ніякої причини! Цікаво — і все! З нещодавніх пір розповідачі можуть поповнити свій бестіарій новим чудовиськом, про яке з задоволенням повідомляють численні ЗМІ.
На території Німеччини знайдено раніше невідомий науці вид ракоскорпіонів — Jaekelopterus rhenaniae. Вік знахідки оцінюють у 390–400 млн. років, тобто вона належить до раннього девону. Це представник класу меростомових, до якого належить лише кілька сучасних видів мечехвостів («подковообразних крабів» за американською манерою). Ракоскорпіони були хижими придонними тваринами. Їхні хеліцери (головні кінцівки) були озброєні шипами або клешнями, а кінець черева нес іглу або плавальну пластину. Вони жили як у морських, так і у прісних водах, і навіть іноді виповзали на сушу. У Шотландії, наприклад, нещодавно знайшли слід півтораметрового ракоскорпіона із каменновугільного періоду, який прополз певну відстань уздовж берега.
Нова знахідка неповна, але містить клешню довжиною 46 сантиметрів. Проаналізувавши співвідношення між розмірами тіла та клешні ракоскорпіонів цієї групи, англійські палеонтологи дійшли висновку, що Jaekelopterus досягав 2,5 метра, а його вага становила близько 200 кг. У ранньодевонських прісних водах такому монстру просто не було рівних, хіба що десь лежать рештки ще більших його родичів. Втім, з урахуванням обмежень, які зовнішній скелет накладає на розміри тіла членистоногих, зрозуміло, що габарити героя цієї замітки близькі до предельних.

Завдяки сучасній знахідці ми можемо ще раз оцінити, наскільки напруженою була боротьба за лідерство в екосистемах, через яку пройшла наша еволюційна гілка. Що свідчить про успіх тієї чи іншої групи тварин? Кількість видів? Тоді переможці «великої гри» — комахи, а також інші класи типу членистоногих, найчисленніша група живих істот на нашій планеті. Складність поведінки та досконалість будова? Тут лідерами ми, хребетні (підтип типу хордові), та представники класу Головоногі молюски. Поширення? «На коні» членистоногі та хребетні, а головоногі — програшають.
Історія палеозойської ери зберігла сліди напруженої боротьби за лідерство всіх трьох «вершин» еволюції тварин — головоногих, членистоногих та хребетних.
У ході цієї боротьби виникали жахливі істоти. Протягом певного часу пальму першості тримали багатометрові головоногі молюски з прямими раковинами, наповненими газом. Газ дозволяв парити в товщі води, реактивний двигун — орієнтуватися на здобич, міцні щупальця служили для захоплення здобичі, а потужний роговий дзьоб дробив будь-який панцир. Проте гігантські молюски програли. Довгий час вершинними хижаками у воді залишалися броньовані ракоскорпіоні. Але вже за часів Jaekelopterus у морях поширилися досить великі риби. Вони перемагали передусім у швидкості пересування. Гнучке тіло, внутрішній скелет, челюсті з зубами та складна поведінка зробили риб та їх нащадків — четвероногих — остаточними переможцями еволюційної гонки озброєння, причому і в морі, і на суші. Так, Jaekelopterus був сильним. Але «ми» перемогли!

Минуле та майбутнє. Революцій не буде. Нудно — теж не буде
Ще одна умовна межа… Щось швидко вони стали блимати: лише звик, ставлячи дату, виводити «2007», а не, скажімо, «2002» чи «2005», як уже треба звикати до «2008»! Якесь роки стали недовговічними…
Чим запам’ятається закінчуючий рік? Ще не знаю. А з сьогоднішнього розуміння назву пару обставин, що стосуються біології, та одне — зі сфери суспільного життя.
МИНУЛЕ-1
Епігенетичну теорію еволюції помітили! Почали критикувати! Мене ніколи не задовольняло те пояснення досконалості життя навколо нас, що дається в школі. «Кожен організм розвивається за своєю програмою; деякі помилки в програмах призводять до вдосконалення організмів; з часом такі помилки витісняють свої вихідні версії». Не вірю! З часом мій скепсис знайшов відносно академічну форму, але суть його залишилася попередньою. І ось на початку 90-х років я говорив з одним із найкомпетентніших еволюціоністів Росії й сказав йому, що для вирішення цієї проблеми потрібен геній. Той відповів: «Геній? На поверх вище, праворуч мимо туалета — там його кабінет!»1 Та ще й подарував мені одну з книг, у якій Михайло Олександрович Шишкін викладав «епігенетичну теорію еволюції Шмальгаузена–Уоддингтона».
Познайомившись у 1999 році з Шишкіним, я намагався домогтися від нього відповіді — чому теорія, опублікована у 1987–1988 роках, нікому не відома? І що він робить, щоб його зрозуміли? Чому він не бореться? Тоді я ще знав кілька осіб, які чули про ЕТЕ (епігенетичну теорію еволюції) і могли її зрозуміти. Я вже звик бути прихильником прямо езотеричних поглядів на теорію еволюції. Ситуація змінилася, на мій погляд, саме у 2007 році. Про цю теорію почали чути та почали її критикувати! На еволюційній конференції, що відбулася наприкінці поточного року в Москві, кілька осіб її навіть критикували (переважно, на мій погляд, через непорозуміння)! У будь-якому разі це важлива зміна. Може, вдасться дочекатися й конструктивної критики, та визнання основних ідей ЕТЕ?
МИНУЛЕ-2
Небезпека ГМО? Нарешті можна обговорювати хоч якісь аргументи! Протягом кількох років мене цікавить тема боротьби «зелених» проти генетично модифікованих організмів (ГМО). Все почалося з того, що один із діячів природоохоронного руху дав мені прочитати «біблію» російських борців із ГМО — книгу під назвою «Королі та капуста» (прости їх, О’Генрі, вони не знають, що творять). Я був приголомшений.
На мій погляд, книга була переїдена порушеннями логіки, помилками, перекручуваннями, обманом, залякуванням простаків. Як компетентні та порядні люди можуть підтримувати кампанію, що ведеться такими засобами? Я написав відкритий лист А. В. Яблокову, відомому біологу, який забезпечив фінансування цієї книги, і кинув лист у розсилку природоохоронних організацій. Відгуки, які я тоді отримав, різко погіршили мою думку про «зелених». Більшість моїх кореспондентів, звісно, цікавилися, де мої тридцять сріблеників, але деякі торкнулися й суті моїх аргументів. У одному з відповідей була приблизно така думка: «Етика, чесність? Залиште цю балаканину для американських домогосподарок. Ви бачите, що аргументи, які мають зупинити ГМО, слабкі? Тоді придумайте, як їх покращити!»
Наприкінці поточного року я написав для «КТ» відповідь на лист читача про ГМО. Шукав підкріплення для своєї думки та виявив, що розмова про можливу шкоду від ГМО нарешті перейшла до обговорення результатів більш-менш адекватно описаних експериментів. Якщо ці повідомлення вірні та правильно інтерпретуються, це може означати, що вдалося зареєструвати неблагоприятні наслідки споживання деяких (окремих!) категорій ГМО. Наразі є підстави вважати, що якщо в модифікованих організмах зберігаються активні вектори (структури, що забезпечують перенесення інформації), вони можуть стати небезпечним мутагенним фактором. Природно, ці факти не стосуються ГМО, отриманих із застосуванням технологій, що не залишають небезпечних векторів.
З іншого боку, мене не покидає підозра, що хтось, хто вважає чесність уделом американських домогосподарок, вигадав, як завдати найбільшої шкоди ненавистній технології, та зміг грамотно підтасувати факти.
Що тепер? Перевіряти. Досліджувати. Перестраховуватися. Противники ГМО постараються поховати технологію як такову. А треба не кричати, а якнайшвидше організувати коректні дослідження описаного ефекту. Чи існує він дійсно? Наскільки небезпечний? Які генетично модифіковані організми безпечні з цієї точки зору? Як слід змінити процедуру генетичної модифікації? Які мають бути методи дослідження нових продуктів перед їхнім введенням у широке використання? На жаль, у вирішенні цих проблем хвилі страху, породжені пропагандою «зелених», є перешкодою, а не допомогою.
МИНУЛЕ-3
Грати в чужі ігри та зберегти своє обличчя? Ілюзії! У минулому році я остаточно розчарувався в іграх за чужими правилами. Ось я запитаю загалом: чи треба, на вашу думку, грати призначену вам роль у виставі, де декларовані цілі служать лише для прикриття справжніх інтересів авторів сценарію? Навіть якщо ви відповідаєте «ні», можливо, що ви знову і знову втягуєтесь у такі ігри, як і я у цьому році.
Поточний Новий рік вирізняється тим, що й Україна, й Росія пройшли одні вибори й йдуть до інших. Ні, я не проти участі у виборах. Ходив голосувати й, певно, буду ходити. Але постараюся не забувати, що це — їхня гра. Просто постараюся обирати тих наперсточників, які без бейсбольних бит…
Я колись сформулював для себе, що існує чотири сфери діяльності, не пов’язані з служінням хибним богам: наука, медицина, освіта, мистецтво. На жаль, і в цих сферах можна торгувати совістю та душею… А ті соціальні структури, що намагаються використати нас, найменше цікавить наша чесність.
Ой, як добре, що Новий рік — не державний, не ідеологічний, а народний, сімейний свят!
А що після нього? Передбачати майбутнє ще важче, ніж підводити підсумки минулого. Проте… Ну, знали ж ми, коли лише починалася програма «Геном людини», що повна розшифрування генома не означатиме його розуміння? Не лише ЗМІ, але й деякі біологи вірили: ну що ж, прочитаємо «код життя», зрозуміємо, а потім будемо змінювати, як забажаємо… Прочитали. Дізналися масу корисних окремих фактів і знову переконалися, наскільки ми далекі від розуміння цілого.
Отже, спробую зробити пару–трійку прогнозів
МАЙБУТНЄ-1
Революцій не буде, буде довгий шлях із різноманітними «бонусами» по дорозі. Якими, наприклад, здавалися привабливими перспективи клонування? Оскільки організм — це реалізована генетична інформація, змінимо її набір і отримаємо те, що хочемо. Якщо замість диска з інсталяцією CorelDraw! вставити фирменний диск Adobe Illustrator, у нас замість однієї програми втіліться (ну, тобто інсталюватиметься) інша, чи не так? Отже, із клонуванням буде те саме: вставимо замість ДНК мамонта ДНК слона — буде мамонт, вставимо ядро клітини улюбленої кошечки в яйцеклітину просто котики — і ось вона, друге життя нашої улюблениці! Це в сучасних комп’ютерах є хард і софт. В організмах немає зовнішньої програми, будь-яка програма — частина самої клітини. Говорячи біологічною мовою, генотип — частина фенотипу. Так, змінивши цю частину, ми можемо зареєструвати зміни в інших — але це ж стосується й будь-якого іншого компонента цілого організму! Отже, виходить, що при клонуванні мало «перекинути» генетичну програму — потрібно переналаштувати всю цілісну систему. А тут кожне нове відкриття просуває дослідників на один крок і підводить їх до чергової перешкоди. Вам ніколи не доводилося йти пішки до гір? Здається — ось вони, півгодини ходу, і почнеться підйом. Треба лише дійти до того повороту, щоб побачити, що за ним. А за ним — ще відрізок шляху. А йти доведеться не півгодини, а, може, пару днів чи більше…
Отже, роботи з клонування не мають сенсу? Мають. Лише спочатку треба зрозуміти, як регулюється розвиток організму. Ви не задумувалися, що в типовому випадку2 людина — клон однієї клітини? І відмираючі клітини волосся, прозорі клітини рогівиці ока, безядерні еритроцити, зрощені воєдино м’язові клітини — клони зиготи, оплідотвореної яйцеклітини! І проходячи свій шлях розвитку, ці клітини можуть як спеціалізуватися, так і деспеціалізуватися, повертати своє розвиток назад! Зі вивченням комплексу команд, що керують цим процесом, ми все краще зможемо керувати розвитком клітинних ліній. Може, з часом і зуміємо вирощувати нові органи замість стертих із клонів власних клітин.
МАЙБУТНЄ-2
Нас чекає маса відкриттів, що підривають основи генетики. Цей прогноз — єдине ціле з попереднім. Ентузіазм від того, що знайдені прості правила, що пояснюють, як працює організм, вже минає. Грамотні генетики давно не намагаються розкласти організм на суму ефектів від окремих генів. Проте інерція мислення — страшна сила! Люди, далекі від міркувань про механізми управління розвитком, ще довго будуть повторювати старі казки, переконані, що означають новітню парадигму науки про спадковість. Думаю, що окрім механізмів спадковості, пов’язаних із конформацією (просторовим укладанням) макромолекул, окрім механізмів регуляції активності ДНК та редагування її тексту з використанням найрізноманітніших РНК і білків, біологія майбутнього дізнається й інші способи передачі інформації від покоління до покоління. Які? Час покаже. Коли ми про них дізнаємося? Ну, не обов’язково у 2008 році, але може, і у 2008 році наше цікавство отримає якийсь здобичок…
МАЙБУТНЄ-3
Швидкість змін нашого середовища зростатиме, і Земля стане замала для людства-переростка. Знаєте, яка динаміка притаманна збуренням, пов’язаним із виснаженням ресурсу? Колись на мене справив враження графік, що описував опустошення пасовищ. Кількість органіки в ґрунті повільно, з невеличким прискоренням, знижується, наближаючись до певного рівня. Запаси виснажуються, але певний час це не дуже помітно. А після досягнення критичного рівня швидкість змін раптово зростає і починає падати лише на останніх етапах — ближче до нуля. Так само, наприклад, руйнується стара будівля. Спочатку десь осипається штукатурка, падає то балка, то рама, але споруда все ще схожа на саму себе. І раптом опори підкашиваються, перекриття укладаються один на одного, і споруда перетворюється на купу сміття. Подальше осипання цієї купи — вже інша, менш ефектна історія…
Мене не покидає відчуття, що вже у наступаючому році ми побачимо прискорення змін. Що це? Пророчества Кассандри? Не обов’язково. Звісно, у тому кризисі, з яким ми стикнулися, доброго мало. Проте це не смертний вирок. Я вже писав про це в «КТ»… Те, що ми смертні, не позбавляє нашого життя сенсу. А у людства як такого є шанс вижити та змінитися. Більше того, він залежить і від наших дій. Пам’ятаєте класичну байку про людину, що висить на тину над прірвою та тягнеться до ростучої поруч земляники — солодкої-солодкої?
Мені здається, треба якось подолати трагічне відчуття можливих змін світу, у якому ми живемо, і намагатися щось виправляти.