ПОЛЕЗНЫЕ СТАТЬИ


Резервы генома меняют эволюционную теорию Ч.Дарвина. Обзор научных достижений по генной инженерии


http://bigmax2.narod.ru/text/UNIGENOM.htm

К вопросу об "универсальном геноме"

Москвитин А.К.

На сайте Алексея Милюкова размещена статья М. Шермана "Эволюция не по Дарвину". Я нахожу эту статью черезвычайно интересной, в первую очередь потому, что она содержит фактологический материал, который не может быть объяснен с точки зрения эволюционного учения, если под таковым понимать гипотезу возникновения новых видов на основании модели "случайные мутации + естественный отбор".

В то же время мне не кажется убедительным предположение автора статьи о существовании "универсального генома", который, по гипотезе автора, должен сохраниться у простейших форм многоклеточных – у кишечнополостных – и последующего возникновения новых видов в результате "включения-выключения" отдельных участков этого универсального генома, а также в результате потерь отдельных его участков.

Вышесказанное и послужило причиной появления данной статьи.

Содержание статьи М. Шермана можно разделить на три части:

- критика принятой эволюционной модели;

- факты, которые не находят объяснения в рамках эволюционной модели;

- предположение о существовании универсального генома и о возникновении новых видов на его основе.

Недостатки эволюционной модели и соображения, на основе которых она подвергается критике со стороны ее противников, уже стали общим местом и не нуждаются в отдельном рассмотрении. Поэтому сразу перейдем к приводимому автором фактологическому материалу, который не может быть объяснен в рамках этой модели.

Чтобы не отсылать постоянно читателя к статье М. Шермана, я буду давать подробные цитаты из нее. Цитаты выделены синим цветом шрифта.

Данные палеонтологии: Кембрийский взрыв

Древнейшие остатки организмов на Земле датируются возрастом 3,5 млрд. лет. Окаменевшие части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключение об их сходстве с современными бактериями и простейшими. Позже появляется наиболее древний и низкоорганизованный тип многоклеточных – губки. Эти первичные многоклеточные еще не образуют тканей, их клетки слабо дифференцированы и способны к взаимной трансформации. В течение сотен миллионов лет почти никаких изменений не происходит.

Линия развития настоящих многоклеточных начинается с типа кишечнополостных примерно 600 млн. лет назад или чуть позже. При этом, в кембрийских слоях (это слои, датируемые примерно 570–520 млн. лет назад) различные типы многоклеточных организмов во множестве «вдруг» появляются сразу, причем в необыкновенном изобилии и разнообразии (так называемый «кембрийский взрыв»). Найденные в этом слое живые организмы имеют такие развитые и сложные физиологические системы, как глаза, жабры и система кровообращения. Наиболее удивительно то, что во время кембрийского взрыва одновременно появляются все существующие сегодня типы многоклеточных животных с громадным разнообразием тканей, органов и систем органов. Необходимо отметить, что появление всего этого разнообразия произошло практически одновременно (в масштабе геологии), а вовсе не на протяжении 50 млн. лет Кембрийского периода, т.к. все эти группы найдены во всем кембрийском слое.

С тех пор, за более чем 500 млн. лет, на Земле не появилось ни одного нового типа (= принципиально иного строения тела) животных. Различные типы беспозвоночных – кишечнополостные, членистоногие, моллюски, иглокожие – весьма существенно отличаются друг от друга планами строения тела; при этом связующие «звенья» между ними напрочь отсутствуют, и ни один класс ископаемых беспозвоночных не связан с другим какими бы то ни было промежуточными формами. Если бы, как утверждает Дарвин, эволюция происходила путем случайных небольших изменений – то переходные формы кембрийских существ должны были бы рождаться и умирать миллиардами. Однако, ничего подобного не наблюдается в наших палеонтологических коллекциях.

Таким образом, одновременное появление всех существующих типов указывает на то, что идея Дарвина о том, что более сложные типы организмов развились из более простых путем многошагового постепенного усложнения, – не имеет подтверждения в палеонтологии.

Сравнение геномов

Основные характеристики организмов кодируются в их геномах. Концепция Дарвина о постепенном накоплении организмами уровня сложности непременно должна была бы проявляться в том, что у организмов различной сложности должны были бы быть соответствующие различия в сложности геномов. Однако, результаты геномных исследований разных типов животных оказались совершенно неожиданными. Оказалось, что геномы различных многоклеточных организмов, от плоских червей и до человека, находящиеся на гигантском эволюционном расстоянии, содержат весьма сходное количество генов – примерно 17 тыс. у червя, 14 тыс. у мухи и 22 тыс. у человека. Как видно из этих цифр, не существует корреляции между количеством генов и сложностью организма. Более того, ниже мы остановимся на факте, что многие системы генов, найденные у примитивных медуз, также существуют и функционируют у человека, однако при этом полностью отсутствуют у насекомых (далее мы выскажем гипотезу о том, что эти гены, вероятно, в процессе эволюции были утеряны). Кроме того, в то время как переход от одноклеточных к многоклеточным несет в себе существенные изменения в генах (появляется множество принципиально новых генов) – разница между геномами различных многоклеточных, хотя эволюционное расстояние между ними огромно, существенно менее велика. В процессе эволюции многоклеточных гены дуплицировались, изменялись, но принципиально новые гены почти не появились.

Такое сходство геномов многоклеточных организмов различных уровней сложности трудно объяснить в рамках дарвиновской концепции эволюции как системы, усложняющейся прогрессивно.

Эмбриология

В ходе развития организма формируются многочисленные органы и ткани. В последние годы были достигнуты огромные успехи в понимании того, как из начального яйца, представляющего собой одну клетку, и делящегося на две (и далее несколько) одинаковых клеток; развивается организм со сложной морфологией, множеством систем органов и сотнями различных тканей.

На ранних стадиях развития формируется общий план строения; это происходит с помощью морфогенов – веществ, индуцирующих образование, из тех или иных клеток эмбриона, определенных частей тела. Эти вещества диффундируют внутри эмбриона, образуя, под воздействием силы тяжести, градиенты концентрации морфогенов. Эти градиенты определяют далее оси организма: (верх-низ, право-лево, и т.д.) Далее, вдоль осей формируются сегменты, и позднее внутри сегментов формируются системы органов

Формирование сегментов зародыша регулируют семейство генов Hox. Каждый из генов Hox регулирует формирование отдельного сегмента: головы, груди и т.д.

При этом оказывается, что общий план развития организма на анатомическом и генетическом уровне аналогичен у всех типов животных. Однако, согласно Дарвину, построение эволюционного древа по данным зоологии точно предполагает, что существуют, по крайней мере, две основных ветки эволюции, одна – первичноротые организмы, заканчивающаяся членистоногими, и другая – вторичноротые организмы, заканчивающаяся хордовыми и человеком; при этом утверждается, что эти ветки разошлись примерно на уровне очень примитивных червей. В связи с этим удивительно, что и у хордовых и у членистоногих функционально аналогичные системы органов управляются одинаково. Например, функционально сходные крылья насекомых и птиц (появившиеся, в соответствии с концепцией Дарвина, совершенно независимо друг от друга, и каждая в рамках процесса случайных мутаций и накопления мелких выгодных изменений и не имеющие поэтому никаких эволюционных связей между собой) контролируется одинаковыми способами – хотя при этом у их общего предка, червей, не было вообще никаких крыльев и механизма управления ими.

Другой пример: у червей, предполагаемых общих предков хордовых и членистоногих, не было глаз – и, следовательно, по теории Дарвина глаза у хордовых и глаза у членистоногих возникли совершенно независимо друг от друга через накопления случайных мутаций. Тем не менее, ген, включающий развитие глаза (т.е. воздействующий на клетку эмбриона так, чтобы из нее вырос глаз) у хордовых и членистоногих, практически один и тот же, он называется Pax6. В эксперименте слепым мухам (членистоногим) с мутацией в этом гене внедрили в ногу аналогичный ген-выключатель, ответственный за развитие глаза у мышей (хордовых), в результате чего мышиный ген-выключатель вызвал у мухи на ноге (в месте внедрения гена) развитие нормального глаза мухи.

Необходимо отметить, что глаза млекопитающих во многом принципиально отличны от глаз мух. Но при этом оказалось, что программы развития этих морфологически отличных, но функционально сходных органов, – включаются одним и тем же способом! Трудно представить себе, как вообще можно было бы объяснить этот факт в рамках концепции дарвинизма.

Еще один интересный случай аналогичной генной регуляции функционально сходных структур у двух разных эволюционных веток организмов мы можем видеть на примере механизма формирования речи человека и механизма обучения птиц пению. Нейробиологи обнаружили, что один и тот же ген FoxP2 является ключевым компонентом как певческих способностей у птиц, так и формирования речи у человека. Особенность (и подобие) человеческой речи и пения птиц состоит в том, что обе эти функции обучаемы (т.е. человек не рождается уже умеющим говорить, он учится этому от других людей в процессе взросления, и также птицы учатся петь одна у другой) – и оказалось, что эта обучаемость в обоих случаях зависит от гена FoxP2 (и если он поврежден, то данная особь – не обучаема). Интересно отметить, что ген FoxP2 имеется не только у человека и птиц, но он был найден и у многих других животных, включая, например, даже таких молчунов, как крокодилы. Однако у поющих птиц и у человека этот ген активно включается в определенной зоне мозга, зоне Брока, в то время как у неговорящих и непоющих животных этот ген хотя и имеется, но в зоне Брока не функционирует. И еще раз отметим, что ни у общих предков, ни даже у близких видов, никакой похожей функции не существует.

Таким образом, мы сталкиваемся с проблемой возникновения новых сходных качеств в параллельных ветвях эволюции, которых не было у общего предка, и эти качества контролируются одним и тем же образом. Все это наводит на мысль, что подобные качества и функции были «внедрены» в организмы заранее, хотя они и никак не проявляли себя у их общих предков.

Отметим еще одну особенность Hox-генов, отвечающих за основные программы развития организма. Исследования показали, что последовательность Hox-генов на хромосоме в точности соответствует порядку развития сегментов, которые они кодируют (т.е. они выстроены на хромосоме в точном порядке «от головы до хвоста» животного). Такая система расположения генов в хромосоме никак не объясняется концепцией Дарвина, в представлении которой различные элементы возникали в случайной последовательности. Более того, эта последовательность не следует ни из каких известных соображений строения хромосом и генетики вообще. С другой стороны, соответствие порядка «записей в хромосоме» функциональным свойствам генов и порядку кодируемых ими органов наводит на мысль о заранее задуманном точном плане организма – плане, которого можно было бы ожидать от инженера, заранее чертящего план будущего дома.

И еще.

…Медузы семейства Cubozoa противоречат всем традиционным представлениям об эволюции. Чрезвычайно сложные органы зрения могли бы сделать их весьма «зоркими», если бы животное обладало достаточно развитой нервной системой для обработки воспринимаемой информации – чего, конечно, у медузы нет.

Tripedalia cystophora, живущая в тропических водах, имеет 24 «глаза». 16 из них – обычные фоторецепторы, которые присутствуют у многих медуз и служат лишь для измерения силы света. Однако, кроме фоторецепторов, у этих медуз есть 8 глаз, сгруппированных по два – один большой и один маленький. Эти глаза у медузы очень сложны, они обладают хрусталиком и сетчаткой, и в целом чрезвычайно похожи на глаза млекопитающих. Поле зрения составляет почти 360 градусов, но медуза неспособна сфокусировать взгляд на окружающих объектах. Интересно, что хотя хрусталик очень совершенен и способен создавать четкое изображение, его фокусное расстояние очень велико, так что зрительный образ располагается вне сетчатки (которая, соответственно, не может его воспринять). Таким образом, видеть объекты медуза не может, она может видеть лишь тени. Более того, реально зрение требовало бы активного участия головного мозга, который вообще отсутствует у медуз. (Нервные клетки, разбросанные по всему телу медузы и образующие отдельные узлы, не могут выполнять «специальные» задачи – такие, как обработку сложных изображений).

Интересно отметить, что у кишечнополостных также присутствует ген Pax6, который нужен для развития глаз у млекопитающих и у насекомых (у самих кишечнополостных глаз, естественно нет). Более того, если взять этот ген у анемоны и подсадить слепой мухе, то у нее тоже появится глаз, как это и в опыте с пересадкой мухе гена Pах6 от млекопитающих. Таким образом, и морфологически и генетически системы зрения у нас и у медуз очень сходны.

В связи с тем, что наблюдаемая в видообразовании действительность не может быть объяснена с точки зрения эволюционной парадигмы, автором предлагается оригинальная модель возникновения новых видов.

Предложение новой модели

В связи со всеми вышеупомянутыми проблемами, мы предлагаем ниже новую модель эволюции. Наша модель предполагает, что многоклеточные организмы появились в начале Кембрийского периода в результате особого события, «вмешательства извне», когда организмы получили «универсальный геном».

Мы не знаем природы этого события и оставляем вне нашего рассмотрения вопрос о том, было ли это «актом Творения» или вмешательством какой-то другой, внешней по отношению к нашей жизни на земле Силы; но мы считаем, что не представляется возможным объяснить существующие факты как естественный «внутриземной» процесс.

Итак, наша модель предполагает, что все многоклеточные организмы, относящиеся к различным типам, обладали универсальным геномом. Все эти группы появились одновременно (Кембрийский взрыв в палеонтологии), и поэтому геномы различных многоклеточных так похожи. В универсальном геноме была записана информация об устройстве всех основных сегментов и систем органов у всех типов животных. Тем самым, организм, принадлежащий к каждому из типов, имел в своих генах информацию о развитии любого другого типа. Однако в одних организмах включались одни программы развития, а в других – другие. Эта разница во включении программ определила то, что одни животные стали червями, а другие хордовыми. Другими словами, мы утверждаем, что черви не обладают сердцем, легкими и мозгом не потому, что этого нет в их геноме – но из-за того, что требующиеся для этого эмбриональные программы не «включаются» у них – несмотря на то, что код этих программ закодированы в их геноме.

Это не означает, что исходные программы кембрийского периода полностью соответствуют существующим сегодня. Программы развития в универсальном геноме могли изменяться, при этом они могли как локально улучшаться, так и что-то терять. Более того, наша модель не отрицает, что локальные улучшения могли происходить даже и в соответствии с концепцией Дарвина, т.е. «небольших случайных изменений и закрепление полезных из них» – однако, с точки зрения нашей концепции, это касается только деталей, и «доводка» происходит после того, как все основные органы уже существуют (или, иначе говоря, после того, как с самого начала базовая информация об устройстве основных систем была заложена в организмы).

При этом, поскольку самыми примитивными многоклеточными являются кишечнополостные, то мы предполагаем, что искать универсальный геном нужно именно у них.

В качестве составной части того механизма, который управляет процессом возникновения новых видов, автор предлагает «потерю генов», ранее содержащихся в «универсальном геноме».

Потеря генов

Как известно, у примитивных организмов часто не находят определенных генов, присутствующих у более развитых форм. Например, у плоских червей отсутствуют белки семейства EphR, которые выполняют важные функции у человека. Теория Дарвина, конечно, объясняла этот факт таким образом, что человеческие гены развились из генов червей в результате прогрессивной эволюции, и поэтому новые гены появились в процессе этой эволюции. Однако, предлагаемое нашей моделью альтернативное объяснение заключается в том, что исходно у червей эти гены были, но впоследствии потерялись из геномов из-за неиспользования. Иными словами, в процессе эволюции имела место потеря неиспользуемой генетической информации. Из такого предположения может быть сделано экспериментально проверяемое предположение – а именно, что у организмов, более примитивных, чем черви, эти гены могли сохраниться.

Действительно, сравнивая геномы, мы можем легко убедиться, что примеров потери генов в эволюции имеется множество, однако, до недавнего времени мало кто отдавал себе отчет в том, что потеря генов – это явление массовое и часто параллельное «прогрессивной эволюции». Например, геномы примитивнейших кишечнополостных несут удивительно развитые системы регуляторных генов. У человека эти системы генов нужны для различных программ эмбрионального развития, но что эти гены делают у кораллов и медуз – абсолютно непонятно и необъяснимо с точки зрения дарвиновской концепции. Итак, существует гигантское разнообразие и сложность системы регуляторных генов у примитивнейших животных, при том, что у таких неизмеримо более развитых организмов как насекомые, многие из этих генов отсутствуют – т.е. насекомые потеряли множество регуляторных генов, которые присутствуют у кишечнополостных.

Ярким примером возможной генетической потери может послужить семейство генов Wnt, регулирующих программы развития. Млекопитающие обладают 19 генами Wnt, которые подразделяются на 12 семейств, в зависимости от их сходства и функций. Гены Wnt идентифицированы у позвоночных и беспозвоночных, но отсутствуют у растений и одноклеточных. Они относительно сходны, но их количество варьируется. У кишечнополостной гидры – 2 гена Wnt. По дарвиновской схеме следовало бы предположить, что в процессе эволюции от кишечнополостных к млекопитающим появлялись новые ткани и органы, и поэтому требовались новые гены развития, и что они были приобретены со временем. Однако недавно у кишечнополостной Nematostella vectensisбыли идентифицированы 12 генов Wnt, которые подразделяются на 11 семейств, точно соответствующие 11 из 12 семейств Wnt у млекопитающих. Таким образом, очевидно что у исходных кишечнополостных было по крайней мере 11, а может быть, и все 12 Wnt-семейств. Гидра потеряла 10 из них (и у нее осталось лишь 2 Wnt-гена), а анемона потеряла только 1, и у нее осталось 11.

Подводя итог, можно сказать, что недостаточность какой либо функции или органа у простейшего организма не обязательно означает их приобретения со временем в процессе эволюции, но может означать также и потерю или упрощение данных функций у этого простого организма, в ходе последних 500 млн. лет эволюции.

Автором предлагается экспериментальный способ проверки предлагаемой им модели.

Предложение экспериментальных проверок и «естественные эксперименты»

Достоинство предлагаемой модели в том, что она дает достаточно жесткое экспериментальное предсказание: а именно, в геномах более примитивных организмов должны быть закодированы программы развития систем органов, присущих более сложным организмам. Однако, учитывая, что со времени возникновения «универсального генома» прошло примерно 550 млн. лет, и многие системы терялись в результате неиспользования, в геномах современных примитивных организмах можно ожидать найти лишь немногие из сложных программ, и, возможно, лишь их осколки – но они непременно должны там быть. Ниже мы опишем некоторые эксперименты, которые можно поставить для проверки нашей модели.

…прямая проверка нашей гипотезы заключалась бы в том чтобы «включать» у примитивных организмов программы развития органов, которых у них нет, но которые при этом есть у более сложных организмов. Например, направлением экспериментов могла бы быть попытка с помощью пересадки «включателя» получить четырехкамерное сердце (и, соответственно, двух кругов кровообращения) у лягушки. Как известно, у лягушек и других амфибий сердце трехкамерное, и венозная кровь смешивается с артериальной. Переход к четырехкамерному сердцу – это развитие принципиально новой системы, связанное с большим количеством изменений в кровеносных сосудах, которое представляет собой гигантский эволюционный скачок. Однако этот скачок в ходе эволюции происходил, по крайней мере, три раза, и при этом (по Дарвину) независимо – у млекопитающих, у птиц и у крокодилов. Поэтому мы можем предположить, что и для более простых, в эволюционном смысле, существ требуется лишь небольшое изменение для «включения» этой программы, и его нам будет несложно получить экспериментальным путем.

В качестве примера «естественного эксперимента» в рамках предлагаемой модели автор говорит о той же медузе Tripedalia cystophora.

В рамках дарвинизма совершенно непонятно, каким образом у медуз мог «случайно» возникнуть столь сложный и абсолютно «бесполезный» орган, не дающий эволюционных преимуществ и не существующий ни у одного из близких видов. Однако, в соответствии с новой моделью эволюции, этот феномен легко объясним: программа развития глаза уже существовала у медуз и могла в результате мутации случайно включиться у вида, которому она не предназначена. При этом программа эта, конечно, не идеальна и, более того, могла слегка «подпортиться» в результате неиспользования в течение долгого времени или в результате самой мутации; а поэтому хрусталик обладает неправильным фокусным расстоянием.

После того, как подробное цитирование положений статьи М. Шермана в основном окончено, можно перейти к ее анализу.

Первое, что вызывает настороженность при прочтении статьи, это тот факт, что автор ничего не говорит о том, каким образом возникли одноклеточные, вследствие чего процесс возникновения жизни на Земле делится на две части:

– возникновение одноклеточных организмов;

– появление многоклеточных организмов, обладающих «универсальным геномом», которые дали начало всем типам и, в конечном итоге, всем видам живого.

Факт разделения автором процесса видообразования на две не связанные друг с другом стадии вызывает ощущение некоторого дискомфорта. Связано это с тем, что до предполагаемого автором «события» одноклеточные организмы на Земле так или иначе уже возникли, обзаведясь в процессе своего возникновения своим (но не «универсальным!) геномом. То есть, вследствие процессов, природа которых автором не рассматривается, принципы и механизмы построения генома живых организмов уже сформировались. И сложность процессов, которые обеспечили этот результат без «вмешательства извне», ставят под вопрос необходимость такого вмешательства в принципе.

Уже после возникновения одноклеточных произошло некое событие, суть которого при ближайшем рассмотрении непонятна. Возьмем две цитаты.

Первая:

Наша модель предполагает, что многоклеточные организмы появились в начале Кембрийского периода в результате особого события, «вмешательства извне», когда организмы получили «универсальный геном».

И вторая:

Итак, наша модель предполагает, что все многоклеточные организмы, относящиеся к различным типам, обладали универсальным геномом. Все эти группы появились одновременно (Кембрийский взрыв в палеонтологии), и поэтому геномы различных многоклеточных так похожи.

Какие организмы получили «универсальный геном»? Одноклеточные, которые вследствие этого стали многоклеточными? Или одноклеточные в результате все того же эволюционного процесса (а другого варианта автором не предложено) дали начало многоклеточным, а уже эти многоклеточные получили «универсальный геном», или же на Землю были в готовом виде занесены простейшие многоклеточные уже обладающие «универсальным геномом»? Что означает «Все эти группы (типы? – А.М.) появились одновременно»? Каким образом появились эти группы? На эти вопросы статья не отвечает.

Тем не менее, постараемся довести модель эволюции по М. Шерману до сколь-нибудь непротиворечивой формы. В качестве фундамента для дальнейших рассуждений для определенности предположим, что первые многоклеточные в форме вполне определенного вида кишечнополостных с «универсальным геномом» были занесены на Землю и рассеяны по ее поверхности, в то время как одноклеточные организмы уже существовали.

Представляется естественным предположение, что первоначально занесенные многоклеточные размножались в своей исходной форме. При этом из всего объема информации, содержащейся в их геноме, реализовывалась только та, которая обеспечивала воспроизводство именно этой формы. То есть первоначально при размножении исходной формы многоклеточных работала только определенная (и можно предположить, что не очень большая) группа генов. Остальные же гены были каким-то образом блокированы. В противном случае на Земле, заселенной только одноклеточными организмами, в течение небольшого промежутка времени возникли бы сразу не только все типы, но и все виды живых организмов. Оставим в стороне вопрос существования трофических связей между ними, которые бы обеспечили их выживание. Но попробуем представить, каким образом вследствие активации изначально содержащей в геноме исходной формы некоторой группы генов эта самая исходная форма превращается, допустим, в рыбу...

Следующей ступенью должна была стать экспрессия тех генов «универсального генома», которые обеспечили возникновение всех типов организмов, опять же в лице конкретных видов. По мере того, как вновь возникшие виды подготавливали условия для существования следующих, происходило «включение» новых групп генов «универсального генома» и, следовательно, появление всех существовавших и существующих ныне видов. Именно всех существовавших и существующих, ибо в противном случае мы имели бы противоестественное сочетание модели основанной на идее Intelligent design, то есть «разумного замысла» и эволюционной. Хотя, по М. Шерману это сочетание, так или иначе, имеет место быть. Ведь одноклеточные, существовавшие до появления многоклеточных с «универсальным геномом» имели геном «местного», так сказать, происхождения, природа которого остается нераскрытой.

Процесс появления новых видов должен был быть строго синхронизирован с тем, что автор называет «потерей генов». То есть вид-предшественник должен был сначала обеспечить возникновение нового вида и только после этого «терять» не нужные для обеспечения его существования в данной форме гены. В противном случае, резервы «универсального генома» были бы исчерпаны задолго до появления всех ныне существующих видов.

Таким образом «эволюция по М. Шерману» представляет собой процесс, который как по сложности, так и по необходимости выполнения множества условий превосходит классическую эволюционную модель, что делает возможность его осуществления весьма и весьма сомнительной.

Тем не менее, как уже было сказано, я нахожу статью М. Шермана интересной, потому что в статье приводятся такие факты, которые невозможно объяснить с точки зрения классической модели. Вернемся к этим фактам еще раз.

…У червей, предполагаемых общих предков хордовых и членистоногих, не было глаз – и, следовательно, по теории Дарвина глаза у хордовых и глаза у членистоногих возникли совершенно независимо друг от друга через накопления случайных мутаций. Тем не менее, ген, включающий развитие глаза (т.е. воздействующий на клетку эмбриона так, чтобы из нее вырос глаз) у хордовых и членистоногих, практически один и тот же, он называется Pax6. В эксперименте слепым мухам (членистоногим) с мутацией в этом гене внедрили в ногу аналогичный ген-выключатель, ответственный за развитие глаза у мышей (хордовых), в результате чего мышиный ген-выключатель вызвал у мухи на ноге (в месте внедрения гена) развитие нормального глаза мухи.

Необходимо отметить, что глаза млекопитающих во многом принципиально отличны от глаз мух. Но при этом оказалось, что программы развития этих морфологически отличных, но функционально сходных органов, – включаются одним и тем же способом!

Исследования показали, что последовательность Hox-генов на хромосоме в точности соответствует порядку развития сегментов, которые они кодируют (т.е. они выстроены на хромосоме в точном порядке «от головы до хвоста» животного). Такая система расположения генов в хромосоме никак не объясняется концепцией Дарвина, в представлении которой различные элементы возникали в случайной последовательности. Более того, эта последовательность не следует ни из каких известных соображений строения хромосом и генетики вообще. С другой стороны, соответствие порядка «записей в хромосоме» функциональным свойствам генов и порядку кодируемых ими органов наводит на мысль о заранее задуманном точном плане организма – плане, которого можно было бы ожидать от инженера, заранее чертящего план будущего дома.

…геномы примитивнейших кишечнополостных несут удивительно развитые системы регуляторных генов. У человека эти системы генов нужны для различных программ эмбрионального развития, но что эти гены делают у кораллов и медуз – абсолютно непонятно и необъяснимо с точки зрения дарвиновской концепции.

…у кишечнополостных также присутствует ген Pax6, который нужен для развития глаз у млекопитающих и у насекомых (у самих кишечнополостных глаз, естественно нет). Более того, если взять этот ген у анемоны и подсадить слепой мухе, то у нее тоже появится глаз, как это и в опыте с пересадкой мухе гена Pах6 от млекопитающих. Таким образом, и морфологически и генетически системы зрения у нас и у медуз очень сходны.

…медузы семейства Cubozoa противоречат всем традиционным представлениям об эволюции. Чрезвычайно сложные органы зрения могли бы сделать их весьма «зоркими», если бы животное обладало достаточно развитой нервной системой для обработки воспринимаемой информации – чего, конечно, у медузы нет.

…функционально сходные крылья насекомых и птиц (появившиеся, в соответствии с концепцией Дарвина, совершенно независимо друг от друга, и каждая в рамках процесса случайных мутаций и накопления мелких выгодных изменений и не имеющие поэтому никаких эволюционных связей между собой) контролируется одинаковыми способами – хотя при этом у их общего предка, червей, не было вообще никаких крыльев и механизма управления ими.

Еще один интересный случай аналогичной генной регуляции функционально сходных структур у двух разных эволюционных веток организмов мы можем видеть на примере механизма формирования речи человека и механизма обучения птиц пению. Нейробиологи обнаружили, что один и тот же ген FoxP2 является ключевым компонентом как певческих способностей у птиц, так и формирования речи у человека. Особенность (и подобие) человеческой речи и пения птиц состоит в том, что обе эти функции обучаемы (т.е. человек не рождается уже умеющим говорить, он учится этому от других людей в процессе взросления, и также птицы учатся петь одна у другой) – и оказалось, что эта обучаемость в обоих случаях зависит от гена FoxP2 (и если он поврежден, то данная особь – не обучаема). Интересно отметить, что ген FoxP2 имеется не только у человека и птиц, но он был найден и у многих других животных, включая, например, даже таких молчунов, как крокодилы. Однако у поющих птиц и у человека этот ген активно включается в определенной зоне мозга, зоне Брока, в то время как у неговорящих и непоющих животных этот ген хотя и имеется, но в зоне Брока не функционирует. И еще раз отметим, что ни у общих предков, ни даже у близких видов, никакой похожей функции не существует.

Можно ли предложить эволюционную модель, объясняющие вышеперечисленные факты, альтернативную предложенной М. Шерманом?

Такая модель была предложена мной еще в 2002 году, когда была написана первая редакция "Третьего постулата" .

Суть модели может быть изложена в одном абзаце:

…изменение информации о видовых и индивидуальных признаках в геноме вида-предшественника для возникновения нового видового признака (признаков) и, следовательно, для возникновения нового вида должно происходить внесением в геном единого блока информации, при взаимодействии которого с наследственной информацией, присущей виду-предшественнику, возникают все видовые и индивидуальные признаки нового вида.

Видообразование по «Третьему постулату» можно сравнить со сборкой картинок из пазлов. К исходному пазлу – геному первой живой клетки, возникшей благодаря фактору Intelligent design – могут присоединяться новые блоки генетической информации в виде отдельных генов или их совокупностей. Фактором переноса этих блоков могут быть вирусы.

Если привнесенный блок может «состыковаться» с геномом, в который он внедрился, и если содержащаяся в нем информация может быть реализована в составе вновь возникшего генома, то возникает новый вид.

В противном случае новый блок генов либо отторгается теми же иммунными механизмами, либо новая информация не реализуется и с течением времени элиминируется. Механизмом элиминирования являются мутации, которые не отслеживаются естественным отбором (так как привнесенная информация никаким образом не находит своего выражения) и которые постепенно разрушают вновь внесенные гены.

Здесь следует сказать еще об одном слабом месте модели, предложенной М. Шерманом. С одной стороны он говорит о "потере генов" как о широко распространенном явлении, а с другой предлагает искать "универсальный геном" у простейших форм кишечнополостных. Но уж если исходно содержавшиеся в "универсальном геноме" гены "терялись" более поздними формами, то каким образом они могли сохраниться у более ранних?

Так же как и модель «универсального генома» модель, изложенная в «Третьем постулате» является конкретизированной версией идеи Intelligent design. Это не удивительно, поскольку никакой другой идеи, которая может быть положена в основу модели, противостоящей эволюционной, не существует. Эволюционная же модель, подтверждением чему являются примеры, приведенные в статье М. Шермана, не в силах объяснить имеющийся фактический материал. Таким образом, задача объяснения происхождения видов сводится к созданию адекватной модели на основе Intelligent design.

Модель, предложенная в «Третьем постулате», с этой точки зрения представляется мне (что не удивительно, поскольку я являюсь ее автором) более реальной, чем основанная на идее «универсального генома». Она рассматривает появление жизни на Земле и ее дальнейшее развитие как единый процесс и достаточно хорошо согласуется с фактическим материалом.

В соответствии с предложенной мной моделью новые виды возникают на основе уже существующих. Таким образом, если под эволюцией понимать именно такой ход событий, то модель является эволюционной. Но от классической модели она кардинально отличается тем, что не идет и не может идти речи о постепенном становлении нового вида. Он появляется как потомство вида-предшественника. Это значит, что физиологические отличия старого и нового видов не могут быть настолько значительными, чтобы исключить возможность появления такого потомства. В рамках предложенной мной модели не может идти речи о «переходных формах» - их существование в ее рамках невозможно в принципе.

С точки зрения предложенной мной модели присутствие гена Pax6 у мух, мышей и кишечнополостных (так же как и вообще появление одинаковых генов у разных совокупностей животных и растений) объясняется следующим образом. Этот ген, внесенный внешним фактором, оказался способным «удержаться» в исходном геноме, но наряду с теми случаями, когда внедрившийся ген мог быть экспрессирован в эмбриогенезе или в онтогенезе, возможен был и вариант, когда этого не происходило – исходный геном не содержал информации об органах, функционирование которых могло бы контролироваться этим геном.

Единственным известным мне фактором, способным привести к «потере генов», упоминаемой М. Шерманом, как я уже сказал, являются мутации, разрушающие гены, содержащие информацию, которая не может быть реализована в рамках генома, в который такие гены входят. С такими генами происходит то же самое, что и с генами, контролировавшими зрение у предков пещерных рыб. Естественный отбор в условиях полной темноты, окружающей подземные водоемы, не элиминирует мутировавшие гены по критерию их неспособности обеспечить нормальное зрение и они в процессе накопления мутаций постепенно переходят в категорию «генетического мусора». Если известна скорость разрушения генов в результате не контролируемых естественным отбором мутаций, то можно оценить, какое время назад кишечнополостные получили ген Pax6. Аналогичный расчет можно сделать и для генов, контролирующих наличие органов зрения у медуз семейства Cubozoa, приняв во внимание, что у них мутации этих генов уже привели к несовпадению фокусного расстояния хрусталика с расстоянием от хрусталика до сетчатки.

Что касается корреляции между объемом генома и степенью сложности организма, то на мой взгляд ситуация не столь однозначна, как это следует из статьи М. Шермана.

Совпадения в номенклатуре генов, содержащихся в геномах разных видов, объясняется, по-видимому, тем, что помимо прочего гены контролируют синтез белков, являющихся «строительным материалом» для любого организма. Поскольку же этот «строительный материал» для организмов, принадлежащих к разным видам, в принципе один и тот же, то совпадения в номенклатуре и количестве причастных к этому генов неудивительно. Различия должны содержаться в номенклатуре и количестве генов, определяющих строение разных организмов. И в этом вопросе я придерживаюсь той позиции, что строение более сложного организма должно определяться бОльшим количеством генов, чем менее сложного. Но в любом случае при сравнении размеров геномов разных видов необходимо сравнивать реализуемые в процессе эмбриозенеза и онтогенеза объемы геномов, а не исходить из формального их размера.

Возвращаясь к «универсальному геному» вполне обосновано предположить, что в том случае, если он действительно существовал, он содержал объем генетической информации, который обеспечивал возникновение в конечном счете всех существующих ныне и когда-либо вообще существовавших видов. Следовательно, в любом случае размеры его должны были превышать размеры генома любого из существующих ныне видов. Тогда естественным было бы предположение, что чем ближе вид к исходной по М. Шерману форме, тем больше должен быть объем его генома, в противном случае поиски «универсального генома» бессмысленны. Но такое предположение в соответствии с самим же М. Шерманом на практике не подтверждается.

В итоге я прихожу к выводу, что фактологический материал, приводимый в статье М. Шермана, более логично объясняется с позиции, базирующейся на модели эволюции предложенной мной, чем с позиции модели, основанной на существовании «универсального генома».

г. Томск

2010 г.


http://mirgenetiki.ru/edinaya-dnk/izbytochnost-geneticheskoj-informacii-v-dnk/

Избыточность генетической информации в ДНК

Избыточность генетической информации присуща уже ДНК бактерий - у них экспрессируется всего лишь до 40% генов. Остальные гены в норме бездействуют, но они тоже могут «заработать», например, при переносе бактерии в необычную среду обитания.

Еще больше «генов-бездельников» у высших организмов. Так, у человека за все время его индивидуального развития срабатывает всего 1% генов (Б. Албертс, Д. Брей и другие). Остальная часть ДНК пребывает в бездействии на протяжении всей жизни человека! Бездействующую часть генома называют «молчащей», «сорной», «бессмысленной» ДНК. «Зачем нужны такие «молчащие» участки ДНК, такие «бессмысленные» гены? Мы этого не знаем», - пишут А. А. Нейфах и Е. Р. Лозовская. «Действительно ли «сорная» ДНК лишена какой бы то ни было функции или мы просто до сих пор не сумели эту функцию обнаружить?» - задается вопросом П. Кейлоу. «По-видимому, - высказали предположение А. Д. Браун и М. Д. Фаддеева, - существование «молчащей» ДНК - это плата за какое-то исключительное новшество».

Что же это может быть за исключительное новшество? Можно ли уже сейчас попытаться ответить на этот важный вопрос? «Молчащей» ДНК иногда пытаются приписать роль «регуляторов», «интеграторов», управляющих работой действующих (структурных) генов. Но это вряд ли так. «Не гипотетические регуляторные гены управляют работой соседей по клетке - структурных генов. А продукты самих структурных генов», - справедливо пишет Л. И. Корочкин. Правы, видимо, те исследователи, которые, подобно И. Л. Хейнару, полагают, что «молчащие» гены - это остатки прежней или участки будущей эволюции. То есть что в некотором смысле это как раз и есть те «зачатки», об «игре» которых в ходе эволюции говорил Э. Ж. Сент-Илер.

Сама возможность такого рода «игры генов» не вызывает сомнения: доказано, что гены, молчащие в клетках организмов одного вида, могут «заговорить», то есть начать синтезировать белки, будучи имплантированы в клетки другого вида организмов, подвергнувшись в этих клетках воздействию изменившейся эпигенетической среды. «Игра генов» - обычное дело и в онтогенезе: в разных тканях, на разных стадиях развития срабатывают разные участки базовых ДНК, разные гены их. За этими изменениями в работе базовых ДНК иногда можно проследить по изменению локализации пуффов - вздутий политенных хромосом, маркирующих места наиболее активного синтеза белка (И. Б. Збарский).

Обсуждая вопрос о скрытых генах, вспомним о явлении процессинга. Оно во много крат умножает резервы латентного наследования. А возможности комбинирования признаков на базе сочетания генов одного генома столь обширны, что просто нет необходимости в изменении строения базовых ДНК, в радикальных преобразованиях самих геномов в этом направлении. Было бы просто странно, если бы природа, как правило, рациональная в своих механизмах и явлениях, не воспользовалась феноменом «игры генов». Гипотеза единой (тождественной) ДНК как раз и подразумевает, что открывающиеся здесь возможности были использованы.

Интересно, что особенно много скрытых генов у рептилий - раз в 100 больше, чем у млекопитающих. Именно здесь мы находим и наибольший размах видового разнообразия признаков среди позвоночных. Вспомним хотя бы тридцатисемиметрового сейсмозавра и крошечных, длиной всего несколько сантиметров, геккончиков. Именно пресмыкающиеся породили и наиболее совершенные формы жизни - птиц и млекопитающих. Вряд ли упомянутое совпадение случайно!

Красноречива и схема, получающаяся, если сгруппировать усредненные значения размеров генома у представителей крупных таксономических групп. Она недвусмысленно свидетельствует о единстве генотипической основы у высших организмов, о преемственности в эволюции геномов. Это же подтверждает статистическая обработка такого показателя, как соотношение разных типов нуклеотидов в геноме. По этому показателю выделяются четыре четко различающиеся группы: бактерии, грибы, животные и одна комплексная (Г. Зенгбуш).

Картина наблюдающихся здесь обобщенных распределений, несомненно, была бы более четкой, если бы можно было учитывать исключительно нуклеотиды базовой ДНК. Наверное, и групп было бы поменьше… Пока это не представляется возможным сделать из-за плохой изученности геномов высших форм. Можно все же рискнуть предположить, что в ходе биологической эволюции использовано всего 2-3 типа уникальных (базовых) ДНК у низших организмов и лишь 1 тип - у высших.

При изучении уникальных и повторяющихся последовательностей ДНК у разных видов земноводных обнаружилось, что набор повторяющихся ДНК видоспецифичен, в то время как уникальные последовательности в высшей степени гомологичны. У таких внешне резко различающихся видов, как шпорцевая лягушка, серая жаба, гребенчатый тритон, пятнистая саламандра, одинаковым оказалось даже число повторов генов - меняется лишь число копий генов в каждом повторе. И эти данные прекрасно уживаются с концепцией единой ДНК.

Примеры проявлений наследственности, механизм которых способна объяснить концепция единой ДНК, можно продолжать и продолжать. Можно, допустим, вспомнить об экспериментах по ресинтезу видов, начатых А. Мюнцингом, М. А. Розановой, В. А. Рыбиным, Д. Костовым, О. И. Сорокиной. В этих экспериментах получаются формы, «неотличимые от распространенных в природе» (3. М. Рубцова).

«Пробудить» спящие гены базовых ДНК могут не только скрещивание, отдаленная гибридизация, но и непосредственное воздействие эпигенетических факторов. В опытах Г. X. Шапошникова тлям вида Майкопика вместо купыря лесного, которым они обычно кормятся, «подсунули» бутень пятнистый и бутень бульбоносный. Группа несекомых, поселенная на первом растении, быстро погибла. На втором виде часть (правда, очень малая) не только выжила, но и дала потомство. После восьмого поколения потомки тлей Майкопика почти потеряли способность развиваться на «предковом» хозяине - купыре. Но самое интересное, что перестройка обменных процессов в их организме сопровождалась изменениями внешних их признаков: они стали неотличимы от тлей вида Херофиллина.


http://www.ng.ru/science/2004-01-28/14_evolution.html

Где кончается смерть и начинается жизнь

Средневековая поэзия французских менестрелей и немецкого рыцарского романтизма была пронизана навязчивыми поисками обетованной земли – Священного Грааля (Holly Grail), за стенами которого упрятаны тайны неиссякаемой молодости и вечных кругов самообновления. В ту эпоху рецепты бессмертия искали не только ясновидением, воображением, сеансами медитации, но и с помощью разума, замешанного на любознательности. После открытия Америки первые мореплаватели распространяли слухи о «фонтанах молодости», обнаруженных в Новом Свете.

Легендарный Леонардо да Винчи в XV веке был одержим поисками законов возникновения и исчезновения индивидуальной жизни. Он первым в Европе получил от Ватикана разрешение на вивисекцию умерших. На основе его рисунков Везалий опубликовал первый анатомический атлас. На вскрытиях Леонардо пытался подсмотреть, каким образом совершается соитие Духа и Плоти. Благодаря Леонардо морфология стала первой королевой медицины. Но даже этот гигант не мог вообразить, сколько ступеней сложностей разделяют руки Природы и руки гения.

Джеймс Уотсон (слева) и Фрэнсис Крик возле собранной ими первой модели двойной спирали ДНК. Кембридж, Кэвендишская лаборатория, 1953 г.

Хозяева биологического дома

Эпоха Возрождения породила главный вопрос, бурно стимулировавший развитие гуманитарных наук. Что такое приватизированное существование, имеющее фамилию, имя и отчество? Как устроен дом, в котором существует и развивается наше драгоценное «я»? Где прописана мысль, психика, память, другая нематериальная «половинка» нашей персоны, вечно ускользающая от «общака» законов физики, пространства и времени? С таким личным вопросом можно было обращаться лишь к текстам Библии и других священных книг.

Много поколений наука не имела ключей либо даже замочной скважины заглянуть в интерьеры плоти, живущей двойной жизнью. Лишь в конце ХХ века с помощью молекулярной биологии и генетики мы перестали быть приглашенными фасадными гостями. Компьютерное «микровидение» позволило кое-что увидеть даже в живых клетках. Хотя сами ученые пока еще не стали полноценными хозяевами своего биологического дома, но новая стратегия изучения и визуализации содержимого клеток, новые средства биоинформатики дали на порядки больше, чем вся предыдущая описательная, часто умозрительная биология.

Наш типовой дом – организм собран из десятков триллионов клеток с разнообразными функциями. Пока наш разум напрямую не в состоянии оценить всю мистерию событий в клетках (хотя многое удалось увидеть с помощью компьютерного зрения и нанотехнологий). Методы клеточной биологии (изучения живых клеток) позволили лучше рассмотреть динамические схемы устройства, найти источники и движущие силы постоянного самообновления клеток в органах.

Клетка – стык мира молекул и мегабайтов

Одновременное существование клеток в мире веществ и программ делает изучение клеток средствами одного прибора или метода неэффективным. ДНК вне клетки – это просто химия полимеров. Нет живых клеток без программ и «читателей», записанных в генах. Эта аксиома распространяется на весь мир одноклеточной и многоклеточной жизни нашей планеты.

Все клетки нашего тела – временные жильцы организма. Каждую минуту в нашем теле умирает 300 млн. клеток, за сутки – около 7х1010 клеток. За 70 лет жизни клеточный состав наших органов меняется многократно. Эти метаморфозы не создают проблем для нашей личности. Наш разум, эмоции, вкус, предпочтения, как и другие тончайшие отпечатки нашей уникальной индивидуальности, автономны от устройства наших органов и происходящих в них событий. Тысячи пациентов после пересадки органов не имели проблем с самоидентификацией.

Такая независимость от плоти и сомы объясняется тем, что все программы жизнедеятельности постоянно и своевременно переносятся на новые поколения клеток. Клетки-чипы меняются, но территории и высшие интересы организма остаются. Клетки в каждом нашем органе – средство, а не самоцель существования.

На разных стадиях индивидуального развития клетки с идентичным геномом функционируют по разным программам. Наиболее примитивно устроенные бактерии с циклом жизни 20 минут – серийные репликаторы новых и новых копий ДНК из подсобных веществ почвы и энергии солнечного света. За многие миллиарды лет геном бактерий во взаимодействии с геномом вирусов создал великую энциклопедию генов на Земле, которые в более поздние стадии эволюции с большой эффективностью использовались для конструкции генома многоклеточных.

Повторяя эволюцию, ранние зародыши человека и млекопитающих в информационно бедной среде также сначала лишь серийно размножаются в виде незрелых клеток. И только когда зародыш достигает 600-клеточной стадии, начинается интенсивная трехмерная жизнь белков в клетках, появляется множество новых функций. Взаимодействуя друг с другом, клетки начинают строить временные провизорные органы. Оплодотворенная яйцеклетка, «нафаршированная» информационными сетями и огромным набором РНК-копий ранних генов, в сравнении с зародышем на стадии органогенеза представляется глазу обывателя разными проектами жизни. Как в этом океане молекулярно-генетического и клеточного разнообразия отбирается и консолидируется тот главный костяк, который называется – индивидуальная биологическая жизнь? Что соединяет в одно непрерывное целое оплодотворенную яйцеклетку-зародыш-взрослый организм? На каком «шампуре» держится индивидуальное существование, когда каждые 7–8 лет наши главные органы состоят из новых клеток?

Сам Дарвин многократно пытался найти место индивидуальной биологической жизни, которую определял как комплекс варьирующих признаков над неизменной сутью вида. Однако его теория делала микромасштаб штучной жизни простой случайностью. Не нужно забывать, что 99,7% времени наша планета существовала без высокоразвитых форм жизни. История человечества – это всего лишь последние 10 тысяч лет. Информационная цивилизация началась в ХХ веке. Это многое объясняет.

Индивидуальная биология в инфосистемах

Несмотря на прогресс геномики и сопряженных областей, концепция индивидуальной жизни человека остается в «серой зоне» современной биологии. Тут на главные вопросы отсутствуют простые и четкие ответы. Как, когда и при каких условиях организованная сеть молекул, кругооборота веществ и клеток переходит в существо? Почему оплодотворенная яйцеклетка, зародыш, плод и взрослый организм имеют плохо очерченный биологический, биоэтический и юридический статус? ООН и Совет Европы в наше время выпустили много документов относительно прав, свобод, автономности и достоинства человека. Однако биологический, юридический и биоэтический статус индивидуальной жизни прописан противоречиво.

Биологическая платформа новой жизни и новой личности трактуется в разных странах и культурах неоднозначно по многим причинам. Нет общепринятых критериев для оценки начала новой жизни, организма, индивида, персоны и личности с учетом динамики и перспективы неизбежного перехода биологии в социологию. В самой фундаментальной биологии размыты критерии, количественная и качественная маркировка фаз онтогенеза био-, психо-, физиолого-культуральной идентичности. Интегральные феномены индивидуальной жизни, ее потенциальных и актуализированных проявлений неудовлетворительно формализованы, в том числе на уровне официальных документов ООН, других международных организаций. По-прежнему здесь преобладают мнения, а не стандартные обязательные нормы знаний.

Иммунная система индивидуального человека наиболее четко маркирует границы индивидуальной биотерритории. Однако иммунная система не накладывает «вето» на выгодный симбиоз клеток бактерий и клеток человека в кишечнике и на кожных покровах. Известно также, что в ходе беременности клетки плода химеризуют органы матери. Эти события могут иметь разные последствия для организма. Наконец, пересадки органов доказывают, что организм способен использовать чужие клетки и организовывать «рабочий симбиоз».

Открытие стволовых клеток и их удивительных свойств резко стимулировало дискуссию о пространственных и временных границах существования личности, смысла индивидуальной истории и предназначении человека. Стволовые клетки приоткрыли неожиданные, практически беспрецедентные потенции генома индивидуума. Эти реалии оказались неожиданными как для теологов, так и для атеистов.

Сторонники атеизма и глобальной эволюции, опирающиеся на доказательную базу, находили сухой остаток индивидуальных циклов жизни только на кругах эволюции. Каждый индивид – лишь временное устройство с одной лицензией – передачи генов потомству. Причем эта прерогатива принадлежит лишь части половых клеток, которые не являются полной библиотекой генома индивидуума.

Эволюция в таком прочтении обессмысливает любой проект и вклад индивидуальной жизни вне цикла половых гамет и репродуктивной функции. Как писал сам Дарвин, «если начало любых любовных историй (от смешных до трагичных) принадлежит человеку, то их конец принадлежит только эволюции». В информационно бедных системах любая биологическая борьба за выживание, за средства доминирования и место под солнцем остается топтанием на месте. Режим войны неэффективен энергетически и информационно. Он игнорирует гигантские скрытые потенции уже созданных геномов. Только в информационно богатых системах война заменяется тотальными сетями сотрудничества во имя созидания, а не разрушения.

Режим дарвиновской борьбы уничтожает смысловую преемственность прошедшего, настоящего с будущим. В дарвиновском сценарии цена прожитой/полупрожитой жизни – ноль, ибо смысл лишь в перспективе больших чисел.

В информационно богатой среде человек и другие виды перестают быть «лопатой» и «строительной глиной» эволюции (экономических систем). Судя по последним данным, биологическая эволюция человека уже делает первые шаги в новом витке проб и ошибок. Есть некоторые основания предполагать, что эти биоизменения маркируются новым стилем жизни и деятельности человека.

Индивидуальная жизнь, созданная в лаборатории

Стволовые клетки взрослых особей – новые игроки персонифицированной биологии.

В конце прошлого столетия, когда были изолированы в культуру бессмертные эмбриональные стволовые клетки из зародышей, сложилось впечатление, что ученым в руки попал лабораторный двойник оплодотворенной яйцеклетки. Следовательно, эти клетки открыли дорогу к повторению лабораторного эмбриогенеза и получению неограниченного числа нейронов, сердечных, мышечных и других клеток для починки или своевременного обновления клеток органов.

Быстро стали развиваться технологии получения двойников-зародышей из генома уже живших людей для терапевтического или репродукционного клонирования.

Но эти суррогатные технологии создания ранних форм альтернативной лабораторной жизни в обход половых клеток, в обход естественных процессов оплодотворения натолкнулись на мощный общественный протест, возникший не только из соображений биоэтики, но и непредсказуемых прогнозов для интересов самой цивилизации и биологии. Имеется в виду непропорционально быстрое развитие сферы частных биологических услуг для богатых и рождение новых социальных дисбалансов. Как известно, большинство стран наложили постоянное или временное вето на репродуктивное клонирование и манипуляции с ранними формами жизни человека.

В первом десятилетии нашего века сразу в нескольких лабораториях разных стран были открыты «залежи» так называемых мультипотентных стволовых клеток (двойников оплодотворенного яйца, зиготы) – в мышцах, коже, жировой ткани и других тканях взрослых людей. Эти «резервные» индивидуальные стволовые клетки находятся в законсервированном состоянии. В отличие от обычных региональных стволовых клеток они практически не участвуют в обновлении клеток органов. Большинство «депо» этих латентных клеток локализованы не в функциональной части ткани (паренхиме), а в так называемой мезенхимальной строме органов, по которой проходят сосудистые, лимфатические и нервные коммуникации организма.

Этот фантастический банк с геномом очень незрелых эмбриональных клеток – крупнейшая сенсация в биологии после открытия двойной спирали ДНК и законов наследственности. Геном законсервированных стволовых клеток взрослых тканей находится в полностью инактивированном состоянии. Эти клетки можно сравнить со спорами бактерий или растений, которые десятилетиями находятся в состоянии анабиоза. Лишь при резком изменении внешних условий они возвращаются к текущей жизни, начинают реагировать на внешние сигналы, размножаться, дифференцироваться.

Ультраструктура этих «дормантных» стволовых клеток была изучена под электронным микроскопом. Под большим увеличением удалось идентифицировать трехслойный «молекулярный скафандр», прочно изолирующий эти клетки от внешних воздействий. Протоплазма этих «дремлющих» стволовых клеток содержит необычно высокие концентрации белков. С какой целью природа придумала этот особый вариант длительно законсервированных мультипотентных стволовых клеток в каждом индивиде явно не для текущих ординарных задач?

Высший информационный промысел

Сейчас идут горячие дискуссии как по поводу происхождения, так и предназначения этого «неприкосновенного запаса» стволовых клеток каждого взрослого человека. И это неудивительно, ведь мультипотентные стволовые клетки имеют беспрецедентный геномный потенциал.

В сентябре прошлого года я был приглашен Всемирным Советом Церквей, учеными и религиозными деятелями США с докладом на эту тему в США на конференцию о будущем и биоэтике стволовых клеток, которая была организована в главном здании National Methodist Church в Вашингтоне. На этой конференции присутствовали не только крупнейшие ученые, но и ведущие философы университетов, представители церквей и конфессий.

В своем докладе я резюмировал аргументы в пользу того, что эволюция на Земле с помощью человека и порожденной им информационно-технологической сферы достигла качественно новой стадии развития информационно богатых систем. Режим непрерывной дарвиновской конкуренции за каждодневное выживание с помощью «клыков и зубов» сменился выживанием человека в информационных системах. Человечество как уникальное информационное сообщество Земли экспоненциальными темпами формирует электронную базу для прогресса и самостабилизации.

Однако одним из лимитирующих факторов формирования такой системы стал короткий активный цикл индивидуумов (экспертов), накапливающих беспрецедентный талант, выполняющих роль незаменимых soft-makers динамично развивающихся систем. Подсчитано, что лучшие эксперты транснациональных компаний успевают передавать компании не более 5% знаний и правильных решений. Как известно, логическая индукция и интуиция к принятию сверхценных решений пока не моделируется искусственным интеллектом. Буквально: человеческая природа, возможности индивидуальных геномов на этой стадии развития инфоцивилизации, становятся лимитирующим фактором прогресса. Увеличение продолжительности существования главных soft-makers оказывается в фокусе современного витка эволюции. При этом надо понимать, что сама эволюция в информационно богатых циклах перестает быть слепой и неуправляемой.

Серийное масштабирование клеток-дублеров зиготы на стадиях эмбриогенеза – создание сетей-дублеров индивидуального эмбриогенеза – решает одновременно много проблем в отношении долголетия и защиты от преждевременного старения индивидуального организма.

Во-первых, новые резервы законсервированных полипотентных стволовых клеток необходимы для борьбы с молекулярными поломками ДНК. Только кислород-индуцируемые поломки первичной структуры ДНК идут с частотой 10000/клетку. В каждой клетке – 3 млрд. азотистых оснований ДНК. Всего в организме – 100 трлн. клеток. Клетки кишечника, например, полностью сменяются за 10–12 дней; кожи – за 3–4 недели; крови – за месяц; сердца, печени – за несколько лет. Поскольку поломки ДНК возникают на порядок чаще в интенсивно разрастающихся клетках тканей организма – дочерей и внучек стволовых клеток, – в организме периодически нужна «большая стирка» с заменой работающих пулов стволовых клеток. Резервные стволовые клетки, локализованные в мезенхиме взрослой ткани, выполняют роль такого «неприкосновенного запаса», особенно в ситуациях сохраняющихся вирусных инфекций организма, повышенной радиации, воздействия мутагенов, угрожающих безошибочному самообновлению клеток. Болезни сердца, сосудов, печени, других главных органов, обусловленные аномалиями самообновления клеток, удается своевременно купировать новыми резервами региональных стволовых клеток, которые можно создать из этого «неприкосновенного запаса» мультипотентных стволовых клеток взрослой мезенхимы.

В этих новых условиях биологическое индивидуальное я становится частью инфо-симбионта-корпорации, имеющей более сложные долгосрочные цели. Уже сейчас разные электронные двойники биологической начинки человека работают в информационных сетях.

Новый режим выживания людей в информационно богатых системах требует от организма и клеток большей функциональной гибкости и приспособляемости. Этого проще и эффективнее всего достичь с помощью нового резерва «наивных» неиспользованных запасов мультипотентных незрелых стволовых клеток, наделенных пластичностью – способностью превращаться в любой класс (линию) специализированных клеток.

Мультипотентные стволовые клетки взрослых – это мини-компактные диски не видовых, а индивидуальных софтов, в которых акцент делается на новые качества биомегабайтов внутри динамически развивающихся информационных систем. Индивидуальное служит целой системе, но получает биологическое вознаграждение в виде продления сроков приватизированного существования (творчества).

На новом витке двойной спирали

На упомянутой мною выше конференции много внимания уделялось вопросам биоэтики экспериментов с аутогенными взрослыми мультипотентными стволовыми клетками. Наиболее приемлемый путь пионерских экспериментов – это опыты ученых на себе. Наши предшественники Мечников, Минковский заражали себя лабораторными культурами микробов, чтобы идентифицировать возбудителя заболевания. Я также проделывал эксперименты с изолированными стволовыми клетками на самом себе. Большинство биоэтиков, присутствовавших на конференции, были согласны, что ученый имеет моральное право во имя интересов науки использовать свою индивидуальную биотерриторию для проведения экспериментов.

Выдающийся физик нашего времени, англичанин Стивен Хокинг, всегда был активным сторонником форсированного развития программы «Геном Человека», опережающего развития биоинформатики в эпоху бурного прогресса компьютерных и электронных технологий. Изменение биоинформационных оболочек невозможно без укрепления стабильности биоплатформы (человеческого тела), в том числе – увеличение независимости этой биоплатформы от фактора времени. Хокинг – горячий сторонник использования потенции стволовых клеток для форсированного улучшения клеток организма (в принятой нами компьютерной аналогии – харда, «железа», «устройства»), улучшающего качество и увеличивающего долголетие индивидуальной жизни.

Сандра Дэй Оконнор, блестящий биоэтик современности, утверждает, что центральным вопросом западной свободы и демократии является право новой формулировки концепции индивидуального биологического существования. Наступило время глубоких размышлений относительно законов потенциального и активного существования индивидуальной биологической информации, возможных корректных способов манипуляции с этим уникальным природным ресурсом.

Индивидуальная Жизнь начинает обрастать новыми загадками, находками и легендами в новых витках убегающей вперед цивилизации и эволюции.


К началу

К списку статей

На Главную


 
 
  © Все права защищены 2012-2015г.
Дизайн «ООО Системы будущего».
Сопровождение сайта www.OvoFix.ru
 
125480 г. Москва ул. Планерная д.3 кор.3 "Аэроэкология"
+79857623942 +74959442622 +79099929596 +79099929594
narod-akademia.com