Игорь Лалаянц - Чего не знал Дарвин!

Это двуцепочная молекула, похожая на спиральную винтовую лестницу, ступеньками которой являются комплементарные пары азотистых оснований (соединений, имеющих в своем составе азот). Основания представляют собой «буквы» генетического кода. Таких букв всего 4: Аденин, Гуанин, тимин и цитозин. Последние два, вернее их названия, напечатаны с маленьких букв потому, что молекулы тимина и цитозина примерно в два раза меньше по своим размерам, чем Аденина и Гуанина. «Боковины» лестницы составлены молекулами сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты НзР04, что можно видеть на схеме:

Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат

Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат — Сахар — Фосфат

Из схемы видно, что в комплементарных парах Аденин всегда соединен с тимином, а Гуанин с цитозином. Замена того или иного основания — «буквы» приводит к нарушению комплементарности, что внешне проявляется в виде мутации: изменение окраски, нарушения функции белка, в результате чего может развиваться заболевание или даже наступить смерть. Уже говорилось, что в природе мутации носят случайный характер.

Но так ли уж «случайна» эта случайность? И как быть на молекулярном уровне со старым как мир спором о том, что было вначале — яйцо или курица?

На эти вопросы пытались еще в 1943 году ответить Дельбрюк и Луриа, которые установили, что в системе фаг — бактерия мутации случайны. Спустя почти полстолетия Дж. Кэйрнс из Гарвардского университета так писал об их результатах: «Доктрина, столь пылко защищаемая, есть негативное утверждение: внешний признак никогда не предшествует генам! Но как же проверить „полезность“ мутации до их закрепления в генах? Для организма не представляется трудной задача проверки признака до его закрепления в генах».

Вывод этот был сделан на основании экспериментов, проведенных Кэйрнсом с бактериями, которым, например, вместо привычного им черного хлеба стали давать белый или наоборот. Оказалось, что при такой смене бактерии вполне сознательно производят переключение генов, ответственных за усвоение нового источника питания. Получается, что в конкретных случаях мутации и не столь уж случайны. Случайно лишь то, в каких клетках они произойдут.

Главное — сохранение вида.

До сих пор мы говорили о мутациях на генном уровне. Но ген сам по себе в клетке не «работает». Ген можно сравнить лишь с магнитной лентой видео или аудиокасссты с записанной на ней изображением или музыкой. Но для «прокручивания» кассеты необходимы магнитофон и телевизор. Таким «прокручивающим» устройством в клетке является белок. И мутация в белке выражается в замене той или иной аминокислоты, или «кирпичика», из которого, как уже говорилось выше, строится молекула белка.

Одним из таких функциональных белков является альфа-кристаллин (аК) хрусталика глаза, то есть той «линзочки», с помощью которой фокусируется свет на сетчатке нашего органа зрения.

Известно, что животным, ведущим подземный образ жизни, глаза практически не нужны. Одним из таких животных является ближневосточный спаллакс — нечто среднее между подземной крысой и кротом. Вот уже 40 миллионов лет спаллакс живет под землей. Сегодня глаза у него даже не прорезаются!

Тем не менее хрусталик и сетчатка глаза образуются. Белки хрусталика настолько изменились за долгие годы подземной эволюции, что хрусталик не может менять свою кривизну и фокусировать луч света на сетчатке. Тем не менее, как показали лабораторные исследования, спаллакс способен реагировать на свет!

Так при зимнем освещении, то есть с коротким световым днем, он надевает роскошную пушистую шубу, хотя температура в комнате поддерживалась на уровне 22 °C. Если же продолжительность светового дня увеличивали до 16 часов, то он сбрасывал шубу, несмотря на снижение температуры до 17 °C.

Сравнение аминокислотных последовательностей белка аК спаллакса и его эволюционных родственников показало, что последовательность эта состоит из 173 аминокислот (как бусин в ожерелье). В аК спаллакса обнаружено 9 аминокислотных замен по сравнению с более эволюционно древними крысами, мышами и хомячками. Выяснилось, что скорость эволюционного изменения в «ненужном» белке спаллакса в четыре раза выше, чем в «работающем» белке.

Выяснилось также, что в аК спаллакса произошли замены даже в четырех стабильных, или консервативных, метах, которые неизменны у 72 видов позвоночных — от рыб до человека.

Получается, что когда белок функционирует, то об эволюции говорить вообще не приходится!

Приведем еще один последний пример отсутствия подобной эволюции.

Речь пойдет о так называемом раковом белке рп21 «рас». В норме этот белок массой 21 000 дальтон, или углеродных единиц, «сидит» под клеточной оболочкой и выполняет важнейшую регуляторную функцию, не давая клетке безостановочно делиться и превращаться в раковую.

Но это в норме. Однако при мутации, которая приводит к заменам аминокислот, белок становится раковым и перестает регулировать деление клетки.

Клетка начинает безостановочно делиться и превращается (трансформируется) в злокачественную. Такое наблюдается при карциноме мочевого пузыря человека.

В ходе исследований выяснилось, что при замене аминокислот в 12, 13, 59, 61 и 63 положениях от начала белковой цепи белок р21 «рас» приобретает раковые свойства. Каково же было удивление ученых, когда они увидели, что эти аминокислоты одинаковы, то есть консервативны, не только у млекопитающих, но также у дрозофилы, гриба, улитки и даже кишечной палочки, обитающей у нас в толстом кишечнике.

Как и в случае альфа-кристаллина хрусталика, мы видим одну довольно удивительную вещь: в белках имеются аминокислоты, стабильные на протяжении миллиардов лет эволюции живого, неизменные ни при каких формах организации живых организмов. В этих точках белков эволюции просто нет. И не дай Бог затронуть эти чувствительные точки. Тогда белок может стать раковым и со временем убить весь организм.

Повторим в заключение еще раз, что сам факт эволюции никто не может отрицать. Но вот механизмы эволюционного процесса для нас во многом остаются тайной за семью печатями.

Комплементарно к изменению живых организмов мы видим абсолютную неизменность в некоторых местах молекулярных структур, изменение которых чревато самыми неприятными для организма последствиями.

Неизменность эта становится не такой уж абсолютной в белках «неработающих», что мы видели на примере альфа-кристаллина спаллакса. Что означает это явное противоречие эволюции неизменного, мы пока не знаем.

Но уже ясно, что сама эволюция гораздо более сложный и таинственный процесс, нежели это представлялось не только в 1859, но даже в 1959 году, когда уже была открыта двойная спираль ДНК — вещества наших генов.