Array Коллектив авторов - Дух в творении и новом творении. Диалог науки и богословия между православной и западной сферами мысли

Эволюционная история демонстрирует подобное творческое сочетание порядка и беспорядка, возможности и необходимости; случайная генная вариация, создающая исходные материалы, сочетается с необходимостью, осуществляющей под видом естественного отбора свой строгий выбор. В общем и целом процесс ограничен рамками и четко регулируем: преобладает необходимость. Эволюция представляет двигатель поиска, использующий пространство замысла. В истории отмечается повторяющаяся конвергенция, когда для одинаковых биологических вызовов находятся одинаковые или очень похожие решения, и так необходимость себе прокладывает путь [18] См.: Conway Morris S. Life’s Solution – Inevitable Humans in a Lonely Universe. CUP, 2003. . Сейчас, когда доступны сотни геномных последовательностей из различных организмов и выявлены трехмерные структуры тысяч белков, поразительным представляется тот факт, что, исследовав все известные в мире белки и их структурные мотивы, базирующиеся на всех на сегодняшний день выделенных в последовательности геномах, мы обнаружим, что подавляющее большинство геномов может быть распределено всего по 1400 доменным белковым семьям. Порядка 200 из этих доменов являются общими для всех царств жизни. Двигатель эволюционного поиска раскрыл элегантный, но крайне ограниченный набор структур, лежащих в основе всей сложности жизни [19] Для других подобных примеров см.: Alexander D. Creation or Evolution – Do We Have to Choose? Monarch, 2008. Ch. 15. .

Дальнейшая биологическая комплексность соединяет в сеть принципы, которые оказываются проще и не настолько многочисленны, как это можно было себе представить. Это удивительно, если учитывать, что в каждой клетке наблюдаются комплексные сети взаимодействия между тысячами метаболитов, белков и ДНК. Урн Алон из института Вайцмана замечает: «Представляется очень вероятным, что биологические сети строятся на основе лишь нескольких типов моделей, называемых сетевыми мотивами… Такое же небольшое количество мотивов сети, открытое в бактериях, было найдено в сетях, регулирующих гены, в различных организмах, включая растения и животных. Представляется, что в различных системах эволюция снова и снова „заново раскрывала“ те же мотивы» [20] Alon U. Simplicity in Biology // Nature. 2007. № 29. P. 497. .

Оказывается, что эволюционные пути, которыми могут следовать белки, крайне ограниченны. В 2006 г. исследовательская группа из Гарварда опубликовала документ, озаглавленный «Для производства белков эволюция Дарвина может следовать лишь несколькими мутационными путями» [21] См.: Weinreich D. M. etal Science. 2006. 7th April. P. 111–114. . Последнее предложение их аннотации представляется интригующим: «Мы делаем вывод, что в своем большинстве эволюция белков будет ограничена подобным же образом. Это подразумевает, что ленту жизни белков можно в значительной степени воспроизводить и даже предсказывать». С улучшением нашего научного понимания молекулярных механизмов, лежащих в основе эволюционных процессов, в литературе стал более привычным и язык порядка, ограничения и даже предсказуемости.

Другой пример приходит из размышлений о «ландшафтах приспособления», играющих важную роль в эволюционном дискурсе. Традиционно они представляют собой топографические картины адаптации различных популяций живых организмов к местным экологическим нишам, однако эта идея ландшафтов приспособления также может применяться и по отношению к ферментной структуре и деятельности. Снова оказывается, что эволюционные пути для достижения определенной функции определенного фермента удивительно ограниченны. Как заключают по этому вопросу авторы недавнего документа, «Отдание предпочтения лишь нескольким путям подразумевает, что в эволюции, возможно, больше повторений, чем это обычно считалось, и вполне возможно предсказывание» [22] См.: Poelwijk F. J. et al. Empirical Fitness Landscapes Reveal Accessible Evolutionary Paths // Nature. 2007. № 445. P. 383–386. . Суть в том, что для перемещения от А до В существуют лишь определенные пути. Если захотеть подняться на Маттерхорн в Швейцарии, невозможно восходить наугад, существуют определенные заранее проложенные маршруты, ограничивающие возможности восхождения.

В отношении как белков, так и генов, существуют основополагающие биологические принципы, ограничивающие место и тип генной эволюции. «Исходный материал» для эволюции обеспечивается «случайными» мутациями, потоком генов и генной рекомбинацией, происходящей во время порождения зародышевых клеток. Однако надо отметить, что «случайность» означает здесь лишь то, что генная вариация происходит без учета потребностей организма. В отличие от этого, генная вариация, ведущая к эволюции, не является «случайной» в том смысле, что может произойти любой вид вариации в любом виде гена. В действительности существуют так называемые «гены горячей точки», которые с намного большей степенью вероятности, чем другие гены, занимают ключевые позиции в эволюционных изменениях, как, например, ген под своеобразным названием «shavenbaby», найденный у плодовой мушки дрозофилы [23] См.: Stern D. L., Orgogozo V. Is Genetic Evolution Predictable? // Science. 2009. 6th Feb. P. 746–751. . Такие гены выступают в роли «входных/выходных генов», кодирующих белки ключевых изменений и объединяющих целые наборы информации, которая потом сообщается нервным окончаниям. Ген «shavenbaby» регулирует существование и распространение тонких трихом или клеточных волос на поверхности личинки дрозофилы , так что мутации в «shavenbaby» приводят к нехватке трихом – отсюда и название.

Именно такие гены, как «shavenbaby», «гены горячей точки», делают эволюцию возможной, так как они регулируют совокупную программу событий, превращая в данном случае обычные клетки в клетки, производящие волосы. Происходящие мутации заключаются в регуляторных последовательностях данного гена, контролирующих, какое количество белка производится в действительности. На сегодня в растениях и животных было идентифицировано около 350 такого рода «ген горячей точки». Как отмечают авторы недавнего обзора, озаглавленного «Является ли генная эволюция предсказуемой?», «Недавние наблюдения определяют, что с позиции эволюции не все гены равны. Мутации, имеющие значение для эволюции, имеют тенденцию аккумулироваться в «генах горячей точки» и на особых позициях внутри генов. Генная эволюция ограничивается деятельностью гена, структурой генных сетей и популяционной биологией. Генное основание эволюции может быть до некоторой степени предсказуемо…» [24] См.: Stern D. L., Orgogozo V. Is Genetic Evolution Predictable? P. 746–751.

Вместе с этой крайне ограниченной эволюционной историей приходит и поразительная случайность. Не существует линейного увеличения сложности от зарождения жизни около 3,8 млрд лет назад и до сегодняшнего дня. Вместо этого траектория жизни отмечалась периодическим расцветом нового, приводившего к совершенно новым фазам в эволюционной истории. В течение первых 2,5 млрд лет жизни на земле (приблизительно) вещи редко вырастали больше чем на один миллиметр в ширину, приблизительно размера головки булавки [25] См.: Carroll S. Chance and Necessity [: The Evolution of Morphological Complexity and Diversity] // Nature. 2001. № 409. P. 1102–1109. . После прихода многоклеточной жизни живые организмы начали становиться больше, хотя даже тогда в целом их размер исчислялся миллиметрами, а не сантиметрами. С расцветом поздней фауны Эдиакарана в течение периода 575–543 млн лет назад мы движемся по сантиметровой шкале. Лишь во время так называемого кембрийского взрыва в период 505–525 млн лет назад губчатые и морские водоросли стали достигать 5–10 см в ширину, а размер животных с этого времени начал впечатляюще расти, производя новые формы жизни и структуры тела фактически для всех животных, известных сегодня.