Борис Жуков - Дарвинизм в XXI веке

Каким образом можно «дать банан» мутагенезу (то есть случайным изменениям молекул ДНК), который в этом рассуждении олицетворяют «сто миллиардов обезьян», — ведомо только его автору. Зато ему, видимо, неизвестно другое: к тому времени, когда он писал эти иронические строки, событие, невозможность которого он считал столь очевидной, уже произошло. Для этого не понадобились ни «сто миллиардов обезьян» [251] Эксперимент с реальными обезьянами был поставлен в 2003 году в Пейтонском зоопарке (Англия). В клетку, где жили шесть макак, поместили подключенную к компьютеру клавиатуру. Макаки напечатали несколько страниц совершенно бессмысленного «текста», после чего сломали клавиатуру и потеряли интерес к ней. Никакого механизма, моделирующего естественный отбор, в пейтонском эксперименте не предусматривалось. , ни неограниченно долгое время. Генератор случайных букв в сочетании со специальной программой, разработанной американцем Джесси Андерсоном, справился с этим за 33 дня. И первым его продуктом стало именно произведение Шекспира — правда, не 130-й сонет, а поэма «Жалоба влюбленной». «Виртуальная обезьяна» Андерсона выдавала случайные последовательности латинских букв, а программа, имитировавшая действие естественного отбора, сохраняла те сочетания букв, которые встречаются в произведениях Эйвонского барда (в памяти программы имелась не только «Жалоба влюбленной», но и еще 38 шекспировских текстов, и сочетание букв сохранялось, если соответствовало хотя бы одному из них; просто полный текст «Жалобы влюбленной» возник первым). Отобранные последовательности букв срастались в строки и строфы («правильные» соединения сохранялись, «неправильные» — снова разделялись на исходные части), и всего за месяц случайный набор букв сложился в творение гения.

Правда, «шекспиримент» Андерсона трудно считать точной аналогией дарвиновской эволюции: отбор последовательностей букв в нем велся на соответствие заранее заданному тексту — а для этого необходимо, чтобы такой текст уже в каком-то виде существовал. Понятно, что естественный отбор не «держит в голове» никакого идеального генома, к которому он стремится привести геном эволюционирующего вида [252], — он просто сохраняет и размножает все, что в данных конкретных обстоятельствах позволяет обладателю данного отличия размножаться успешнее, чем носители иных вариантов. Но нас в данном случае интересует не корректность «шекспиримента» как модели естественной эволюции и даже не то, можно ли создать модели более корректные. Нам важно было показать, что введение в модель отбора сразу же делает все рассуждения насчет «статистической невозможности» того или иного маловероятного события попросту не относящимися к делу.

С другой стороны, если бы можно было указать какие-то объективные признаки, отличающие более талантливый текст от менее талантливого, написать программу, генерирующую оригинальные поэтические шедевры, не составило бы труда. В 2012 году группа английских и японских исследователей во главе с молекулярным генетиком Робертом Мак-Каллумом из лондонского Имперского колледжа сделала нечто подобное применительно к музыке: «популяция» восьмисекундных звуковых последовательностей предъявлялась слушателям, которые должны были оценить каждую «мелодию». Всякий раз после оценки худшая (набравшая наиболее низкие рейтинги) половина последовательностей «умирала», а лучшая вступала в «скрещивание» — «мелодии» попарно обменивались своими элементами. Получившееся «потомство» вновь предъявлялось слушателям для оценки. В течение 400–600 поколений «дарвиновские напевы» (так назвали экспериментаторы свои эволюционирующие «мелодии») стали значительно благозвучнее — как по мнению слушателей, так и по объективным показателям (ритмичности и гармоничности). Правда, после этого прогресс прекратился, но это и понятно: в эксперименте не были предусмотрены мутации, эволюция могла выбирать только разные сочетания одного и того же числа одних и тех же элементов. Нам же в этой истории важно, что отбор не на соответствие какому-либо образцу, а на сугубо функциональные качества (приятность для уха слушателя) также ведет к появлению смысла в исходно бессмысленных последовательностях.

Внимательный читатель вправе спросить: если эволюция практически всегда идет путем изменения, усложнения и увеличения разнообразия уже существующих структур, то откуда же берутся «заготовки» для этого процесса — исходные структуры? Допустим, из одной и той же исходной белковой молекулы можно сделать и фермент, и рецептор к сигнальному веществу, и дыхательный пигмент, и ионный канал в клеточной мембране, и много еще чего полезного — но откуда взялся сам исходный белок? С другой стороны, когда изменившийся белок начинает выполнять новую функцию — что же случается с его прежней функцией, кто же ее дальше будет выполнять?

Вопросы вполне законные и весьма интересные. О том, как вообще могло возникнуть сотрудничество нуклеиновых кислот с белками и чем мог быть полезен когда-то цепочке нуклеотидов белок произвольного состава , мы уже говорили в главе 12. Разберемся теперь с тем, что же случается с прежней функцией белка, когда он осваивает новую.

Теоретически ответ на этот вопрос предложил еще в 1970 году японский генетик Сусуму Оно. Он предположил, что первым шагом к появлению нового белка является специфическая мутация — удвоение какого-нибудь уже имеющегося гена (такие мутации — они называются дупликациями,или амплификациями, — действительно известны во всех группах организмов; бактерии даже умеют целенаправленно амплифицировать гены). Если это активно работающий ген, то весьма вероятно, что появление его дополнительной копии выгодно организму — и следовательно, будет подхвачено естественным отбором. Но даже если это удвоение не приносит особой пользы, оно имеет шанс распространиться в популяции или даже зафиксироваться в качестве видовой нормы как всякая нейтральная мутация (см. главу 7). Разумеется, бывают случаи, когда присутствие «лишней» копии вредно организму, но тогда ничего особо интересного не произойдет: либо удвоение будет быстро отсечено естественным отбором, либо одна из копий будет инактивирована и со временем превратится в псевдоген. А вот если оно так или иначе, через отбор или через случайный дрейф, закрепится в геноме, это создаст предпосылки для дальнейшей эволюции: ведь теперь если один из генов-близнецов мутирует, второй обеспечит выполнение прежней функции. И если какая-то из мутаций позволит измененному белку выполнять новую функцию, это опять-таки будет подхвачено отбором. Разумеется, поначалу такой «сменивший профессию» белок будет малоэффективен в своей новой роли — но уж что-что, а совершенствовать уже имеющуюся функцию отбор умеет прекрасно.