Там, где начинается жизнь. Книга 2. Информация. Идея. Вечность

В конце XX века американский биолог, эколог и специалист по биоразнообразию, профессор Гарвардского университета Джонатан Лосос провел очень интересное исследование, изучая животных Багамских островов96. В Багамском архипелаге насчитывается 700 островов (из которых обитаемыми являются всего лишь 30) и около 2000 коралловых рифов. Ученый исследовал игуаноподобных ящериц рода Анолис97. Эти мелкие ящерицы (12–20 см) обитают преимущественно на деревьях, предпочитают лесистую местность и питаются насекомыми, пауками, а также фруктами и ягодами. Самки анолисов откладывают яйца, из которых через 25–90 суток появляется потомство, то есть смена поколения ящериц происходит в среднем от одного до трех месяцев.

На один из маленьких островков Лосос выпустил хищную игуану. Что могло спасти анолисов от игуаны и предоставить шанс для выживания вида? Или длинные быстрые ноги, чтобы убежать от хищника, или же короткие цепкие лапки, чтобы мгновенно взобраться на спасительное дерево. Таким образом, были созданы условия для экстренного решения проблемы выживаемости, которое, согласно теории эволюции, является движущим фактором для возникновения изменчивости и, соответственно, для сохранения наиболее приспособленных особей. Что произошло дальше?

К удивлению ученого, анолисы решили проблему выживания, воспользовавшись обоими условиями, но по очереди. Сначала получила преимущество выживания та группа ящериц, которая обладала длинными лапками. Примерно через полгода их «коротколапые» собратья были съедены, и популяция анолисов на островке сократилась примерно вдвое. Но спустя еще полгода часть уже длинноногих анолисов чаще всего выбирала вариант «скрываться»98, а в следующих поколениях у анолисов стало появляться «коротколапое» потомство, в результате чего в популяции стали преобладать «коротколапые» особи. Так за короткий отрезок времени, не превышающий одного года, представители бурых багамских анолисов дважды стали объектом изменчивости, то есть дважды поменяли свою генетическую программу и, соответственно, свой фенотип. Получается, что у маленьких багамских ящериц за год произошло то, на что, по нашим представлением, Природа тратит миллионы лет, как это было у вьюрков Дарвина99.

Рис. 6. Бурый анолис (Norops sagrei).

Источник: Vecteezy. Электронный документ. URL: https://www.vecteezy.com/photo (дата обращения: 15.03.2025). Лицензия: free license.

Следующим фактором, поддерживающим эволюционный отбор, является способность живых организмов, вступивших на путь изменчивости, закреплять произошедшие изменения в своем геноме и передавать эти вновь приобретенные качества своему потомству.

Итак, если резюмировать все то, что мы знаем о дарвинизме, мы получим следующее:

Эволюция – это перманентно протекающий процесс100, присущий всем живым организмам на нашей планете, при котором оказывается возможным превращение одного вида организмов в другой и (чаще) более простого в более сложный (в этом правиле есть исключения).

Эволюция – это биологический процесс, при котором возникает изменчивость живых организмов (представителей флоры и фауны) с целью улучшения их свойств, позволяя им более успешно выдерживать конкурентную борьбу и адаптироваться к условиям внешней среды. При этом необходимо учесть, что условия внешней среды могут меняться, что, в свою очередь, дает толчок для новых изменений и нового витка этой борьбы.

Эволюция представляет собой одно из проявлений универсального закона жизни, который, в свою очередь, подчиняется закону вселенского движения, и по этой причине совокупность всего живого на планете Земля (земная биосфера) находится в состоянии постоянной динамики: трансформаций и развития. Что же касается универсальности, то можно вполне допустить, что где-то в бесконечной глубине космоса на планете, на которой мы никогда не побываем, появление и развитие жизни идет (или шло) по точно такому же пути, как и у нас на родной нам Земле.

Тем не менее мы до сих пор не знаем всех тонкостей и правил, которым подчиняется эволюция, и не можем многого объяснить. Почему она останавливается на некоторых видах в то время, когда, по нашим представлениям, они должны эволюционировать дальше? Это относится к насекомым, цианобактериям, археям и к огромному множеству других видов живых организмов. Почему «примитивные» бактерии и археи, а также некоторые более «сложные» виды выбрали для себя экологические ниши с совершенно неприемлемыми для жизни условиями и стали организмами-экстремофилами? Если эволюция представляет собой процесс «оптимизации» жизни, то почему она пошла дальше появления, например, насекомых, которые обладают исключительными качествами для собственного выживания? На эти и многие другие вопросы наука пока не в состоянии дать ответа.

Глава 8. Системы защиты и репарации

…о том, почему изменчивость и эволюция не могут обойтись без мутаций. Кто стоит на защите ДНК? Что такое «электромагнитный смог»? Когда человеческий эмбрион уже может считаться Человеком? Что такое гаплогруппа? И еще о том, можно ли узнать, где родился и жил ваш пра-пра…прапрадедушка?

§ 1. Когда человечек становится Человеком?

Теперь для вас не является секретом, что прежде чем появиться на свет организм101 должен без ошибок пройти внутриутробный этап развития при самом прямом участии молекулы ДНК (РНК), которая содержит всю необходимую информацию относительно того, как будет развиваться организм на каждом из этапов своего жизненного пути.

Давайте рассмотрим этот процесс на примере плода человека. В четвертой статье Американской конвенции прав человека декларируется, что его жизнь начинается с момента зачатия. Это позиция, на мой взгляд, достаточно объективна и заслуживает уважения. Россия в этом вопросе придерживается альтернативной точки зрения, где общепризнанным является мнение о том, что нерожденный эмбрион или плод102 не может считаться живым человеком, а существует как придаток к организму матери. Полноценным же человеком плод признается только тогда, когда становится способным существовать самостоятельно вне тела матери.

Учитывая успехи реанимационной медицины, самым низким порогом выживаемости плода сегодня принято считать срок беременности в 22 недели (примерно 5,5 месяцев), а после 26 недель его жизнеспособность уже признается высокой. Проблема видится лишь в том, что в 22 и даже в 26 недель плод может существовать только при активном участии врачей-акушеров и реаниматологов и способен выжить лишь в специальных инкубаторах. Получается, что и в таком случае он по-прежнему не может считаться человеком, несмотря на то, что к этому времени плод уже достаточно сформирован, а созревание его органов и систем произошло гораздо раньше.

Сердцебиение плода можно определить на 21-й день от начала беременности, а на 15–16 неделе (4-й месяц) сформировавшееся сердце еще не рожденного младенца уже перекачивает 600 мл крови в сутки. По прошествии всего лишь одного месяца беременности у эмбриона устанавливается кровоток и начинается закладка главных внутренних органов: органы пищеварения, сердечно-сосудистая и дыхательная системы, печень, почки. В течение, наверное, первых трех самых важных месяцев беременности (первый триместр) закладывается будущая нервная система, и к началу второго месяца у эмбриона можно видеть зачатки всех отделов головного и спинного мозга. К 19 неделе103 в мозгу уже сформированы нервные клетки, которые отвечают за сенсорные функции (осязание, вкус, свет, обоняние и слух) и продолжается их дальнейшее созревание и совершенствование.

В этот период времени ребенок уже способен делать то, что присуще человеку: он может ощущать и даже не просто ощущать, но и реагировать на ощущения. Медики убеждены в том, что человеческий плод способен испытывать боль уже через 13 недель104 (примерно середина 3-го месяца) своего эмбрионального развития. Думаю, сложно согласиться с мнением, что в этот период времени он может считаться всего лишь пассивным придатком материнского организма. Вопрос о времени появления на свет нового человека не является философским, он имеет сугубо прикладное значение, ведь, отталкиваясь от приятого решения, мы отвечаем на вопрос, является ли аборт очевидным убийством или рядовой медицинской процедурой.

В течение всего внутриутробного периода деление клеток не назовешь иначе, как лавинообразным, но эта «лавинообразность» носит исключительно сложный характер, поскольку за этот период длительностью в совсем короткие девять месяцев из одной-единственной оплодотворенной клетки-зиготы формируется пул клеток в количестве 30 трлн, состоящий из 230 различных типов клеток105, каждая из которых имеет свое индивидуальное строение и функции. Единственное, что объединяет все эти клетки в стройный организм, это молекула ДНК106, которая, как я уже упоминал, абсолютно одинакова во всех без исключения клетках, относящихся к одному организму. То, что мы наблюдаем в этом случае, является некоторой аналогией эволюции биосферы, где из одного живого организма107 посредством последовательных мутаций развивается все гигантское многообразие видов живых организмов.

Во время внутриутробного развития человеческого организма в течение считанного количества [клеточных] поколений рождаются новые клетки, имеющие все более и более нарастающие морфологические отличия от своих ближайших предшественников. Именно в этом случае является жизненно необходимым, чтобы процесс дублирования ДНК, необходимый при клеточном делении, протекал или вовсе без искажений или же с минимально возможными искажениями.

Если в базовую матричную программу, которая сопровождает развитие эмбриона на ранних этапах беременности, вкрадутся ошибки, они будут способны вызвать цепную реакцию дальнейших патологических изменений. В этом случае формирующийся организм будет наверняка иметь тяжелые дефекты и даже может оказаться нежизнеспособным. Одним словом, в процессе эмбрионального развития человека контроль над соблюдением хранящихся в ДНК «инструкций» должен быть безупречным, равно как и работа «ремонтной бригады», необходимой для «починки» вероятных повреждений в ДНК.

Статистические данные свидетельствуют, что врожденные генетические заболевания имеют 2–3 % младенцев, но к возрасту одного года их число может увеличиваться уже до 5 %. И это не так уж и мало, поскольку получается, что из ста родившихся младенцев как минимум трое могут иметь генетические «поломки» разной степени сложности и серьезности. Таким образом, мутации, которые, как известно, происходят в молекуле ДНК на протяжении всей жизни человека, особенно пагубны в период внутриутробного развития сначала эмбриона, а впоследствии плода.

§ 2. Повреждающие факторы и механизмы защиты

Для контроля над возможными повреждениями ДНК в организме существует сложнейшая защитная и репарационная система. Известно, что только одна система, фиксирующая появление ошибок при репликации (удвоении) ДНК, при делении одной только клетки содержит от 15 до 20 различных ферментов белковой природы. Напомню, что репликацией мы называем процесс, при котором на базе одной родительской молекулы ДНК происходит синтез второй – дочерней ДНК, которая должна быть точной копией матричной молекулы108. В результате репликации в делящейся клетке образуются две одинаковых двуцепочечных ДНК.

Несмотря на то, что репликация является ювелирно точным процессом, оказывается, что и она не обходится без ошибок. Считается, что каждый человек, каждое следующее поколение накапливает (то есть сохраняет) в геноме 1 или 2 новых ошибки-мутации, но если учесть, что в геноме содержится 1,6 млрд нуклеотидных пар, то на первый взгляд это не покажется чем-то значительным. Вероятно, то же самое в большей или меньшей степени происходит и в геномах других живых организмов.

Зная частоту появления этих мутаций, передаваемых из поколения в поколение, можно вычислить генетическую историю одного отдельно взятого человека или целой группы людей, связанных между собой этнически, географически или же своей принадлежностью к определенной культуре или языковой группе. При изучении гаплогрупп, то есть генетического набора в сочетании (то есть в совокупности) со специфическими мутациями, можно определить очаги зарождения народов и культур, время и пути миграций различных человеческих групп. Этими вопросами занимаются такие научные дисциплины, как популяционная генетика и генетическая генеалогия.

Все изложенное выше касается репликации ДНК, происходящей при делении клеток, но мутации, случающиеся в геноме, не ограничиваются только одним процессом репликации. В цитоплазме клетки идет непрерывная работа по синтезу белка, а в клеточном ядре на матрице ДНК происходит регулярный синтез матричной и других типов РНК. Для построения «правильной» молекулы РНК, точно так же как и при репликации ДНК, необходимо гигантское количество строительных блоков-нуклеотидов, запас которых в клеточном ядре должен быть достаточным для того, чтобы процесс синтеза нуклеиновых кислот не останавливался ни на минуту. Все это количество требуемых нуклеотидов также должно синтезироваться в пределах клетки с очень большой скоростью.

Рассмотрим такой пример: фермент, участвующий в синтезе молекулы РНК, представляет собой «молекулярную наномашину», которая связывает в одну цепочку будущей РНК необходимые для ее синтеза нуклеотиды, проходя по матричной цепи ДНК со скоростью 50 нуклеотидов в 1 секунду. Строительство РНК (то есть транскрипция) является не менее уязвимым процессом, чем удвоение ДНК, и поэтому также строго контролируется системами защиты.

Зная о том, что человеческий организм представляет собой открытую систему, можно предположить, что он (а это в первую очередь молекула ДНК) чутко реагирует на различные воздействия со стороны внешней среды. В настоящее время уже доказано, что по меньшей мере часть этих воздействий, такие как некоторые виды электромагнитных полей, жизненно необходимы человеческому эмбриону, плоду и новорожденному ребенку для правильного развития.

Сегодня мы уже знаем, что к этим воздействиям можно отнести магнитное поле Земли, являющееся одним из факторов внешнего влияния на информационную матрицу ДНК. Тем не менее многие другие воздействия, большая часть которых имеет электромагнитную природу, могут оказаться патогенными, то есть способными вызывать повреждения. Среди таких повреждающих факторов особое место занимают ультрафиолетовое излучение, ионизирующая радиация, контакт с солями тяжелых металлов, а также различные антропогенные электромагнитные излучения – «электромагнитный смог». Эти воздействия являются патогенными для здоровья как взрослых, так и детей, но они особенно опасны во внутриутробном периоде, вскоре после рождения и для детей раннего возраста.

Человеческие эмбрионы, новорожденные и дети первых лет жизни представляют собой «губку», впитывающую большое количество внешних влияний и здесь на первое место, бесспорно, выходят «неприродные» электромагнитные излучения, уже ставшие непременным атрибутом нашей цивилизации. С каждым десятилетием этих электромагнитных факторов влияния становится все больше и больше109, и возможные повреждения, происходящие в геноме, являются той ценой, которую нам приходится платить за нашу «цивилизованность».

Если мы говорим о том, что в основе прогрессирующего течения эволюции лежат именно мутации, то это значит, что хотя бы часть этих мутаций должна быть «позитивной», то есть предлагать на выбор Природе такие признаки, которые будут делать организм хоть в чем-то более жизнеспособным. Но статистика упрямо утверждает, что подавляющее число мутаций носят откровенно негативный характер.

Существуют данные, что в каждой клетке нашего организма только в течение одного часа в структуре ДНК, а также матричной РНК и митохондриальной ДНК, происходят от нескольких сотен до тысячи поломок, из числа которых 70 % считаются вредными и только 30 % от их общего количества являются нейтральными или слабоположительными.

Именно для исправления любых ошибок в структуре нуклеиновых кислот и существуют защитные механизмы, но ведь к этим ошибкам также относятся и те мутации, которые, как мы считаем, необходимы организмам для процессов изменчивости и дальнейшей эволюции. Почему Природа закрывает на них глаза, в то время, когда должна исправлять? На этот вопрос нет ответа, но лишь в том случае, если не предположить, что информационная матрица ДНК имеет индивидуальную программу развития110, внешнюю по отношению к ней и выполняющую свою конкретную, поставленную перед ней задачу, но к этому мы вернемся чуть позже.

Сегодня мы знаем, что у одноклеточной бактерии существуют три параллельно работающих системы защиты, а у каждой из 30 трлн человеческих эукариотических клеток таких систем насчитывается пять. «Ремонтная бригада», состоящая из квалифицированных «специалистов», роль которых выполняют белковые ферменты, распознает возникшее повреждение, после чего «вырезает» поврежденный нуклеотид и заменяет его новым, нормальным. Во всей этой процедуре удивляет то, какой точнейшей информацией должен обладать защитный ферментный комплекс, чтобы знать «в лицо» каждое химическое соединение и место его расположения в нуклеотидной цепи.

Получается, что система защиты и репарации обладает объемом информации111 о строении всей молекулы ДНК целиком, поскольку она оказывается способной отличать патологию от нормы в самых различных участках ее двойной спирали.

При возникающих разрывах в цепи ДНК и последующих за ними нарушениями ее непрерывности происходит сращивание нуклеотидной цепочки. Процесс исправления повреждений в молекуле ДНК не только сложный, но еще и энергозатратный. Например, для исправления только одного разрыва, произошедшего одновременно в обеих цепочках ДНК, требуется не менее 10 000 молекул АТФ.

Принято считать, что основными потребителями «электроэнергии» в нашем организме являются сердечная мышца и система органов пищеварения. Однако это не так. На самом деле процессы, потребляющие максимальное количество энергии в организме человека – это работа мозга и заживление повреждений ДНК. Следует признать, что для того чтобы на планете Земля существовала жизнь со всем ее гигантским биоразнообразием, управляющая информационная программа, хранящаяся в ДНК, должна обеспечивать не только все жизненные процессы, но также тестировать и защищать саму себя от возможных ошибок. Иногда могут возникать такие ситуации, когда мутации выходят из-под контроля собственной защитной системы. В частности, считается, что высокая степень распространенности онкологических заболеваний связана именно с нарушениями в работе защитной репарационной системы и накоплением ошибок в геноме.

§ 3. Эволюция и мутации

Теперь мы знаем, что подавляющее количество возникающих в ДНК мутаций оказывают негативное воздействие: не столько улучшают «качества» организма, сколько делают его уязвимее. При нормальной работе «системы безопасности» мы можем надеяться на то, что все без исключения повреждения в ДНК будут устранены, но в реальности, как это обычно и бывает, все оказывается иначе. Дело в том, что без мутаций эволюция невозможна: зародившаяся жизнь навсегда осталась бы на самом примитивном уровне и, что вполне вероятно, даже подверглась бы постепенной дегенерации.

Итак, для развития всего разнообразия биосферы, имеющей в своем составе много миллионов видов112 живых организмов, мутации являются жизненно необходимыми.

Получается, что жизнь и эволюция (как одно из свойств жизни) постоянно балансируют между двумя противоположно направленными процессами: по одну сторону находятся мутации, необходимые для развития биосферы как единого планетарного организма, а с другой – вредные мутации и система контроля и «исправления» этих мутаций.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Оживотворяет.

2

Но очевидно, что не единственными.

3

В настоящее время носит название «синтетической теории эволюции»

4

Антропология, анатомия, биология, бактериология, медицина, микробиология, зоология, палеонтология и ряд других (в настоящее время к биологическим относят 68 дисциплин).

5

Структуру и формы.

6

В том виде, в котором мы привыкли ее и трактовать.

7

Составленной с очевидной заинтересованностью в подтверждении легитимности теории эволюции.

8

Сегодня, за неимением лучшего, его принято считать первой на Земле птицей.

9

Динозавры появились на нашей планете в период названный «триасовом», между 243 млн и 233 млн лет назад. Доминирующими наземными позвоночными они стали после триасово-юрского вымирания, произошедшего 201 млн лет назад.

10

Ряд авторов всерьез считают, что крылья у ящера начали отрастать, поскольку так он оказывался способен «более устойчиво держаться при беге вниз с возвышенности: горы или холма».

11

В реальности все не так просто, поскольку за один признак нередко отвечают не один, а стразу несколько генов и притом расположенных на разных хромосомах.

12

Вид растений Береза карликовая (Betula nana) из рода Береза (Betula).

13

В очень приблизительном сравнении смена поколений Escherichia в течение 1 года соответствует 25 000 годам человеческой истории.

14

Американским эволюционным биологом Ричардом Ленски.

15

При сохранении рода, семейства и отряда.

16

Предположительная дата одомашнивания собаки варьирует от 18,8 до 32,1 тыс. лет назад.

17

Таро́ и Дзиро – ездовые собаки породы сахалинских хаски, выжившие в течение года в Антарктиде, оставшись без людей (1958–1959). Сегодня запрещено привозить туда собак, а в 1991 году был принят Мадридский протокол, который установил правила, способствующие охране окружающей среды в Антарктике. Оказалось, что даже обычные ездовые собаки представляют собой вид животных, опасный для экологии.

18

Выявлено около 20 копий нового гена Amy2B, который кодирует такой важный фермент как панкреатическую амилазу, необходимую в ЖКТ для расщепления крахмала до уровня простых сахаров.

19

В последующем управлении всеми сторонами человеческой жизни на всем ее протяжении.

20

Рождение Вселенной, биохимическая эволюция, биологическая и социальная эволюции.

21

Владимир Маяковский. Владимир Ильич Ленин. 1924.

22

Далеко ходить не надо, сегодня мы видим пример такого общества в Северной Корее. До недавнего времени нечто подобное наблюдалось в СССР и Китае.

23

Насекомых, которые живут в колониях, таких как пчелы, муравьи, осы и термиты.

24

Термин «синтетическая теория эволюции» был введен в 1949 г. Джоном Симпсоном.

25

Добржанский Феодосий Григорьевич – русский и американский генетик, основатель синтетической теории эволюции.

26

«Движение – это жизнь, а жизнь – это движение».

27

Простейшие одноклеточные организмы мы также рассматриваем как результат эволюции, только эволюции «биохимической».

28

Например, в «квантовом» мире законы классической механики Ньютона не работают.

29

On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life.

30

Книга Бытия. Глава 2. Стих 26.