Фрэнсис Крик - Что за безумное стремленье! [litres]

Вернемся к естественному отбору. Вероятно, первый пункт, который необходимо понять, – что сложный организм или даже сложная часть организма, например глаз, не возникли за один эволюционный шаг. Скорее, они возникли в ходе серии мелких шажков. Насколько мелких – не всегда ясно с первого взгляда, потому что ростом организма управляет сложная программа, записанная в его генах. Иногда маленькое изменение в ключевом элементе программы может породить достаточно крупное отклонение. Например, у плодовой мухи-дрозофилы из-за изменения в одном определенном гене могут вырасти ноги на месте усиков.

Каждый шажок вызван случайным изменением в генетической инструкции. Многие из подобных случайных изменений ничего хорошего организму не несут (из-за них он может даже умереть, так и не родившись), но порой определенное удачное изменение может дать определенному организму преимущество при отборе. Это значит, что в конечном итоге организм оставит в среднем больше потомства, чем если бы этого изменения не было. Если это преимущество сохранится у его потомков, то тогда полезная мутация постепенно, через много поколений, распространится по всей популяции. В благоприятном случае каждая особь получит усовершенствованный вариант гена. Старый вариант вымрет. Таким образом, естественный отбор – прекрасный механизм для того, чтобы превращать редкие явления (если точнее, благоприятные редкие явления) в общераспространенные.

Теперь известно – впервые на это указал Р. А. Фишер, – что для функционирования этого механизма нужно, чтобы наследственность была дискретной, как впервые продемонстрировал Мендель, а не «смешивающейся». В модели наследственности как смешения свойства потомства представляют собой просто смесь свойств их родителей. В дискретной модели наследственности гены – носители наследственных признаков – являются дискретными элементами и не смешиваются. Как оказывается, разница существенна.

Например, согласно модели смешения, черное животное, спарившись с белым, обязательно даст детенышей, цвет которых будет смесью черного и белого, то есть каким-либо оттенком серого. И если их самих скрещивать между собой, все последующие поколения будут оставаться серыми. Дискретная же модель допускает разнообразные варианты. Например, все детеныши первого поколения могут действительно оказаться серыми. Но если их скрестить, во втором поколении мы получим в среднем четверть черных животных, половину серых и четверть белых. [Здесь мы исходим из допущения, что окрас в нашем случае – простой менделевский признак, без доминантности.] Гены, будучи дискретными, не смешиваются, даже если их проявления у данного животного смешаны, поэтому один белый элемент (ген) и один черный, действуя совместно в организме одного животного, дают серый цвет. Такое дискретное наследование сохраняет разнообразие (через два поколения у нас оказывается набор из черных, белых и серых особей, а не одних только серых), тогда как смешение снижало бы разнообразие. Если бы наследственные признаки смешивались, потомство от случки черного животного с белым производило бы бесконечную череду поколений серых. Но очевидно, что этого не происходит. На примере людей это видно с первого взгляда: люди не становятся все более и более похожими друг на друга в ходе смены поколений. Разнообразие сохраняется.

Дарвин, отличавшийся глубокой честностью и не боявшийся интеллектуальных затруднений, не знал о дискретной природе наследственности, и потому его весьма смущала критика со стороны шотландского инженера Флеминга Дженкина. Дженкин указал, что наследственность (которую Дарвин подспудно считал смешением) не позволила бы естественному отбору эффективно действовать. Поскольку мысли о дискретности наследования еще не возникало, это был убийственный аргумент.

Каковы же в таком случае основные условия, чтобы естественный отбор мог работать? Очевидно, нужен какой-то носитель «информации» – то есть инструкций. Важнейшее требование состоит в том, что нужна технология точного воспроизводства этой информации. В ходе любого процесса почти наверняка будут возникать ошибки, но они должны случаться достаточно редко, особенно если воспроизводимый элемент несет много информации. [Применительно к ДНК или РНК частота ошибок на реплицируемую пару оснований должна быть – в простейших случаях – намного ниже, чем обратная величина по отношению к количеству реплицируемых пар оснований [11] Т.е., если количество пар оснований 1000, то частота ошибок должна быть существенно ниже 1/1000. .]

Второе условие: репликация должна давать «на выходе» элементы, тоже способные воспроизводиться через один или несколько процессов репликации. Репликация не должна выглядеть как работа обычной типографии, где с матрицы отпечатывается много экземпляров одного выпуска газеты, но каждый экземпляр неспособен самостоятельно растиражировать ни газету, ни тем более матрицу. [Технически выражаясь, репликация должна осуществляться в геометрической прогрессии, а не просто в арифметической.]

Третье условие заключается в том, что ошибки-мутации сами должны копироваться так, чтобы полезные вариации поддерживались естественным отбором.

Наконец, необходимо, чтобы инструкции и производимые по ним продукты находились поблизости друг от друга [наложения допускать нельзя]. Удачный ход – положить их в мешочек, то есть в клетку, но на эту тему я отвлекаться не стану.

Кроме того, нужно, чтобы эта информация выполняла какие-то полезные задачи или производила что-то такое, что может выполнять полезные задачи, чтобы помогать организму выжить и дать плодовитое потомство с достаточным шансом на выживание.

В добавление ко всему прочему, организму нужны источники сырья (коль скоро ему надо производить собственные копии), способность избавляться от отходов и какой-то источник энергии [свободной энергии в понимании термодинамики]. Все эти условия необходимы, но ключевое среди них, безусловно, процесс точной репликации.

Здесь не место разъяснять все технические подробности менделевской генетики, однако я попытаюсь дать представление о поразительных результатах, которые может породить естественный отбор в долгосрочной перспективе. Подробное и весьма удобочитаемое изложение этой темы можно найти в первых главах недавней книги Ричарда Докинза «Слепой часовщик». Заглавие книги может озадачить. «Часовщик» явно отсылает к образу механика, к которому апеллировал Пейли, дабы объяснить происхождение воображаемых часов, найденных в поле. Но почему слепой? Лучше всего процитировать собственные слова Докинза: