Джон Брокман - Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс

Законсервированный геном может генерировать новации через переустановку (внутри или между генами), перемены в регуляции или геномную дупликацию. Например, геном позвоночных был полностью повторен дважды за свою эволюционную историю, а у лососевых рыб в дополнение к этому произошло еще два полных удвоения генома. Удвоения выводят из-под отбора по функционированию одну из генных копий, позволяя этой копии мутировать и развиваться в новый ген, тогда как другая копия действует как обычно. Законсервированные геномы также могут хранить в себе много латентных генетических вариаций – исходного материала для развития новаций, – которые не подлежат отбору. Нелетальная вариация может пребывать в геноме в состоянии покоя, не экспрессируясь или экспрессируясь в такое время, когда это не повлечет летальный эффект для фенотипа. Молекулярный аппарат, регулирующий экспрессию генов и белков, опирается на минимальное количество информации, правил и инструментов: факторы транскрипции опознают последовательности только немногих базовых пар как связок, что дает им огромный потенциал пластичности в местах связки. Хорошим источником геномных обновлений являются плейотропные перемены во многих законсервированных генах с использованием разных комбинаций транскрипции, трансляции и/или посттрансляционной активности. Например, эволюция формы клюва у дарвиновских вьюрков контролируется плейотропными изменениями, вызванными изменениями в сигнальных схемах законсервированного гена, контролирующего развитие кости. Способность к комбинациям даже ограниченного генетического набора дает ему громадный потенциал для развития новаций на базе старого аппарата.

Однако наличие уникальных генов во всех исследованных на сегодня эволюционных линиях говорит нам о том, что в фенотипической эволюции рождение генов de novo важнее, чем перекомпоновка старых ингредиентов. Чрезмерное обилие некодирующих ДНК в геномах становится менее загадочным, если они представляют собой плавильный котел, в котором геномы исследуют и создают новые гены и генные функции – и, в конечном счете, фенотипические инновации. Сейчас принято считать, что геномы постоянно производят новые гены, но только немногие из них становятся действующими.

Наша история началась просто: вся жизнь является продуктом мягкого эволюционного обновления общего молекулярного набора. Сейчас настало невообразимое время, когда мы можем распаковать молекулярные строительные блоки любого существа. И эти новые данные потрясают. Сюрприз? Не совсем. Возможно, самый важный урок из всего этого состоит в том, что никакая теория не является совершенно правильной, что хорошие теории – это те, которые способны к развитию и восприимчивы к инновациям. Давайте развивать теории (сохраняя те их части, которые доказали свою правильность), а не отправлять их в отставку.

Старший отщепенец [35] в журнале Wired, автор книг Cool Tools: A Catalog of Possibilities («Крутой инструментарий: каталог возможностей»), The Inevitable: Understanding the 12 Technological Forces That Will Shape Our Future [36] и других.

То, что обычно называют случайной мутацией, на самом деле не происходит по математически случайной схеме. Процесс генетической мутации чрезвычайно сложен, в нем множество путей, в него вовлечено больше чем одна система. Современные исследования предполагают, что большинство спонтанных мутаций – это ошибки в процессе ремонта поврежденных ДНК. Ни повреждения, ни ошибки в ремонте не бывают случайными; не случайно ни место, где произошла ошибка, ни время, ни то, как именно она произошла. Идея о том, что мутации случайны, – это, скорее, просто широко распространенное предположение неспециалистов (и даже многих учителей биологии). Этому нет прямых доказательств.

В то же время есть много свидетельств того, что генетические мутации различаются паттернами. Например, довольно широко признано, что частота мутаций увеличивается или уменьшается с увеличением или уменьшением стрессовой нагрузки на клетки. На частоту мутаций влияют и мутации, порожденные стрессом от хищников или конкуренции, а также мутации, вызванные факторами среды и эпигенетическими факторами. Кроме того, замечено, что мутации с большей вероятностью происходят близ того места в ДНК, где мутации уже происходили, создавая таким образом кластеры активных мутаций, – а это не случайная модель.

Хотя мы не можем сказать, что мутации случайны, мы можем сказать, что здесь все же есть значительный хаотический компонент – точно как при броске игральной кости. Но фальшивые игральные кости, налитые свинцом, не надо путать со случайностью, потому что в долгосрочной перспективе – а именно таковы временны́е рамки эволюции – сдвинутый центр тяжести костей повлечет заметные последствия. Поэтому поясню: есть доказательства, что в мутациях главную роль играет случай, и без случайностей не было бы естественного отбора. Но это не произвольные случайности. Это нагруженные случайности с множественными ограничениями, многопозиционными искажениями, многочисленными кластерами и смещенным распределением.

Почему же идея случайных мутаций так живуча? Предположение о «случайной мутации» было философской необходимостью для борьбы с более ранней ошибочной идеей унаследованных приобретенных свойств или с тем, что обычно называют эволюцией по Ламарку. Как грубое приближение первого порядка, случайная мутация довольно хорошо работает в качестве интеллектуальной и экспериментальной конструкции. Но нехватка прямых свидетельств действительно случайных мутаций достигла сейчас такого уровня, что эта идея должна быть отправлена в отставку.

Есть несколько взаимосвязанных причин, почему эта безосновательная идея продолжает эксплуатироваться при отсутствии доказательств в ее пользу. Во-первых, сказывается страх перед тем, что неслучайные мутации будут неправильно поняты и искажены креационистами, использованы как новый аргумент в отрицании реальности и важности эволюции путем естественного отбора. Во-вторых, если мутации не случайны и у них есть некий паттерн, то этот паттерн создает микронаправление в эволюции. А поскольку биологическая эволюция представляет собой не что иное, как микродействия, аккумулирующиеся в макродействия, то эти микропаттерны оставляют открытой возможность макронаправлений в эволюции.

И тут сразу поднимаются разные тревожные красные флажки. Если есть эволюционные макронаправления, то откуда они возникли? И что это за направления? Сегодня мало согласия относительно доказательств макронаправлений в эволюции, если не считать возрастающей сложности. Но сама идея хоть какого-то направления эволюции настолько противоречит нынешним догмам современной теории эволюции, что предположение о случайности остается в ходу.