Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Когда я впервые узнал о теории эволюции Дарвина, учитель биологии представил ее так, будто это было остроумное решение какой-то головоломки, однажды поняв которое человеку полагается стукнуть себя по лбу и воскликнуть: «Как же это я сам не додумался?!» Загадка в том, чтобы объяснить происхождение богатого, разнообразного и изобильного множества биологических видов, населяющих планету Земля. Решение, предложенное Дарвином, сводится к двум взаимосвязанным идеям. Во-первых, когда организмы размножаются, потомство в целом похоже на родителей, но не идентично им. Или, как сформулировал это Дарвин, наследование происходит с модификацией. Во-вторых, в мире, где ресурсы конечны, существует конкуренция за выживание. Биологические модификации, которые способствуют успеху в этом состязании, повышают вероятность того, что их носитель проживет достаточно долго, чтобы продолжить род, и передаст способствующие выживанию признаки по наследству будущим поколениям. Со временем различные комбинации успешных модификаций медленно накапливаются, заставляя первоначальную популяцию разделиться на группы, которые затем образуют отдельные виды31.

Теория эволюции Дарвина, простая и интуитивно понятная, кажется чуть ли не самоочевидной. Однако какой бы убедительной ни была объяснительная часть, если бы теория эволюции не подтверждалась конкретными данными, она никогда не была бы принята научным сообществом. Одной логики недостаточно. Уверенность в теории эволюции зиждется на ошеломляющей поддержке, которую она получила благодаря ученым, сумевшим проследить постепенные изменения в строении организмов и выделить те адаптивные преимущества, что приносят с собой эти изменения. Если бы таких трансформаций не было, или если бы они возникали без всякой очевидной закономерности, или если бы они не были никак связаны с шансами носителя на выживание и продолжение рода, школьники во всем мире не изучали бы на уроках теорию эволюции Дарвина.

Дарвин ничего не говорил про биологические основы наследования с модификацией. Как живые существа передают свои черты потомству? И как так получается, что некоторые из этих черт наследуются в измененном виде? Во времена Дарвина ответы на эти вопросы были неизвестны. Конечно, все понимали, что малышка Мэри похожа на маму и на папу, но до понимания молекулярного механизма передачи признаков по наследству предстояло сделать еще много открытий. То, что Дарвин сумел разработать теорию эволюции в отсутствие каких бы то ни было подробностей, говорит об общем характере и силе этих идей. Они выше этих мелочей. Только почти 100 лет спустя, в 1953 г., раскрытие структуры ДНК сделало путь к молекулярной основе наследственности видимым. Со сдержанностью, присущей интеллигентным людям, Уотсон и Крик завершили свою статью преуменьшением, достойным занять место в ряду самых знаменитых в истории: «От нашего внимания не укрылось, что постулированные принципы попарного соединения незамедлительно предполагают возможный механизм копирования генетического материала».

Уотсон и Крик выявили процесс, посредством которого живое дублирует те самые молекулы, где хранятся внутренние инструкции клетки, что позволяет передавать эти инструкции потомству. Как мы уже видели, информация, направляющая клеточные функции, кодируется последовательностью оснований вдоль нитей закрученной лестницы ДНК. Когда клетка готовится к размножению — делению на две, лестница ДНК разделяется посередине, образуя две отдельные нити, каждая из которых содержит некую последовательность оснований. Поскольку последовательности комплементарны (А на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Т; Ц на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Г), каждая нить представляет собой шаблон для построения копии второй нити. Присоединив к основаниям на каждой из нитей соответствующие основания, клетка получает две полные копии первоначальной молекулы ДНК. Когда клетка после этого делится, каждая дочерняя клетка получает один из продублированных экземпляров. Таким образом генетическая информация передается от одного поколения к следующему — это и есть тот механизм копирования, который не ускользнул от внимания Уотсона и Крика.

Согласно описанию, процесс копирования должен дать на выходе две идентичные двойные нити ДНК. Откуда же берутся в дочерних клетках новые, или модифицированные, признаки? Все дело в ошибках. Ни один процесс не может проходить идеально на 100 %. Ошибки обязательно будут происходить, хотя и редко, иногда случайно, а иногда в результате воздействия среды — к примеру, энергичных протонов, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, способных исказить процесс копирования. Таким образом, цепочка ДНК, которую наследует дочерняя клетка, может отличаться от ДНК, предоставленной родителем. Нередко подобные модификации оказываются несущественными, как единичная опечатка на 413-й странице «Войны и мира». Но некоторые модификации могут повлиять на функционирование клетки, изменить его к лучшему или к худшему. Первый вариант, повышая приспособленность особи, получает хороший шанс быть переданным последующим поколениям и, соответственно, распространиться в популяции.

Половое размножение добавляет в процесс сложности, поскольку генетический материал здесь не просто дублируется, но формируется путем слияния вкладов мужской и женской особи. Но, хотя такое размножение представляет собой важнейший шаг в истории жизни на Земле — шаг, происхождение которого до сих пор обсуждается, — принципы дарвиновской эволюции применимы и к нему. Смешение и копирование генетического материала порождает изменчивость наследуемых признаков, и в поколениях, скорее всего, сумеют закрепиться те из них, которые повышают шансы носителя на выживание и продолжение рода.

Для эволюции принципиально важно, что при переходе от родителя к потомку модификаций ДНК наблюдается, как правило, совсем немного. Такая стабильность защищает генетические улучшения, накопленные предыдущими поколениями, и гарантирует, что они не деградируют и не исчезнут в самом ближайшем будущем. Чтобы почувствовать, насколько редки на самом деле изменения, скажем, что ошибки копирования закрадываются в молекулу ДНК с частотой примерно одна на 100 млн пар оснований. Это как если бы средневековый писарь допускал описку в одной-единственной букве на каждые 30 копий Библии. И даже эта крохотная частота — преувеличение, поскольку 99 % опечаток исправляется механизмами химической корректуры, которые действуют в каждой клетке и снижают суммарную частоту до одной ошибки на каждые 10 млрд пар оснований.