Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - Джек Коэн

Существует множество тактик и стратегий развития, которые помогают это исполнить. Они варьируются от простых уловок вроде белков HSP90 до весьма хитрых различающихся признаков млекопитающих.

HSP – это «белки теплового шока» («heat shock protein»). Существует около 30 таких белков, и они производятся в большинстве клеток в ответ на внезапные, но не очень значительные перепады температуры. В ответ на другие потрясения производятся другие белки. Но HSP90 называется так потому, что находится в более длинном списке клеточных белков. Как и большинство HSP, он является шаперонином – его задача состоит в том, чтобы окружать другие белки во время их создания, чтобы длинные цепочки аминокислот сворачивались, образуя «правильную» форму. HSP90 справляется с этим очень хорошо – даже в тех случаях, когда ген, кодирующий этот белок, накопил много мутаций. Тогда организм их не «замечает», обладает «нормальным» белком, а его внешний вид и поведение ровно такие же, что и у его предков.

Однако если во время развития наступает тепловой шок или другая критическая ситуация, HSP90 выходит из своей роли шаперонина и другие, менее мощные шаперонины, позволяют мутационным изменениям проявиться у большинства потомков. Для эволюции это означает сохранение организмов без изменений до тех пор, пока он не испытает резкое давление внешней среды – тогда в нем внезапно, за одно поколение, проявятся многие из скрытых ранее, но передаваемых по наследству изменений.

Большинство книг, описывающих эволюцию, похоже, признают, что окружающая среда сразу же оценивает каждую мутацию, определяя, хорошая она или плохая… но одна маленькая уловка, HSP90, присутствующая у большинства животных и многих бактерий, превращает это утверждение в бессмыслицу. А из открытия Левонтина, который показал, что треть генов имеет распространенные варианты в диких популяциях и что ими обладают все организмы, ясно, что древние мутации непрерывно тестируются в различных современных комбинациях, тогда как потенциальные эффекты от более недавних скрываются HSP90 и ему подобными белками.

Уловка, к которой прибегают млекопитающие, оказывается гораздо сложнее и имеет значительные последствия. Приняв более новую и более управляемую стратегию развития, они перестроили свои гены и избавились от многих генетических сложностей, на которые полагались их предки-земноводные.

Большинство лягушек и рыб, чьи яйца во время эмбрионального периода обычно испытывают огромные изменения среды и перепады температуры, заботятся о том, чтобы на свет появлялись «такие же», как они, головастики, которые вырастают в «таких же» взрослых особей. Представьте лягушачью икринку в замерзшем английском пруду, который в течение дня нагревается до 35°C, когда зародыш находится в ранней хрупкой стадии развития; затем испытывать те же перепады приходится и едва вылупившимся головастикам. И представьте, наконец, лягушек, которыми становится лишь малая их часть.

Скорость большинства химических реакций, в том числе многих биохимических, изменяется в зависимости от температуры. Для превращения икринки в лягушку необходимо, чтобы все процессы ее развития были подогнаны друг к другу, и критическое значение при этом имеет выбор подходящего времени. Так как же происходит развитие лягушки, если среда изменяется столь часто и быстро?

Ответ таков, что геном лягушки «содержит» много аварийных планов на случай различных сценариев поведения внешней среды. Существует много разных ферментов и других белков, необходимых для ее развития. Все они вводятся в икринку, пока та находится в яичнике лягушки-матери. Каждый из них имеет, вероятно, с десяток вариантов, предназначенных для различных температур (быстрые ферменты для низких температур, медленные – для высоких, для того чтобы продолжительность развития была более-менее одинаковой[67]), а также «ярлыки», помечающие их группы, чтобы эмбрион мог выбрать тот, который ему нужен в зависимости от температуры. Животные, чье развитие должно быть таким образом ограждено от неблагоприятного воздействия, используют значительную часть своей генетической программы, чтобы составлять аварийные планы для многих других вариаций – в дополнение к перепадам температуры.

Млекопитающие предусмотрительно избежали всей этой ерунды благодаря тому, что их самки, став «теплокровными», научились сами регулировать свою температуру. Но здесь учитывается не теплота крови, а система, которая поддерживает постоянство ее температуры. Прекрасно управляемая матка оберегает зародыш от любых воздействий – даже от ядов и хищников. Вероятно, принятие такой стратегии обходится для программирования ДНК гораздо «дешевле».

Эта уловка, развитая млекопитающими, содержит важное сообщение. Вопрос о количестве информации, которая передается из поколений в поколения в чертеже ДНК, часто поднимается в учебниках и сложных руководствах по исследованиям. Но, задаваясь им, мы не улавливаем сути. То, как гены и белки используются в том или ином организме, гораздо важнее и интереснее, чем то, сколько их там содержится. ДНК двоякодышащих рыб, некоторых саламандр и даже амеб более чем в пятьдесят раз длиннее, чем ДНК млекопитающих. Означает ли это, что они сложнее нас?

Вовсе нет.

Такие уловки, как HSP90, и стратегии вроде теплокровности и внутриутробного развития плода говорят о том, что подсчет количества «информации», содержащейся в ДНК, попросту неуместен. Здесь нужно смотреть не на ее размер, а на значение. Оно зависит от контекста и от содержания: нельзя регулировать температуру матки, если это не предусмотрено контекстом.

Для наивного взгляда на «мутации», сочетающегося с модными трактовками функций ДНК с точки зрения «информационной теории», часто бывает характерно неведение в биологии и других научных областях. Мы приведем в пример радиационную биологию и простую экологию с позиции «активистов охраны окружающей среды». Эти добровольцы обнаружили пятиногих лягушек и прочих «чудовищ». Случилось это с подветренной стороны от Чернобыля спустя несколько лет после ядерной катастрофы, но уровень радиации все равно был достаточно высоким. Они утверждали, что эти чудовища – мутанты, появившиеся в результате радиации. Однако другие работники нашли таких же предположительных мутантов с наветренной стороны от реактора.

Как выяснилось, истинное объяснение не имело к лягушкам-мутантам никакого отношения. Дело было в отсутствии обычных хищников – сов, ястребов и змей, которые покинули те места с появлением людей. У чернобыльских головастиков Rana palustris[68] уже не встречалось таких патологий, как у других особей, обитавших в водоемах в десятках километров оттуда, на территории, не подвергавшейся радиации, – при этом выжить удалось высокому проценту и тех и других. Головастикам британских Rana temporaria[69] едва удается превратиться во взрослых особей хотя бы в 10 % – даже тем, что развиваются в лабораторных условиях; однако они не отращивают лишние конечности, как palustris. Разумеется, самка лягушки за свою жизнь обычно производит около 10 000 икринок, из которых в результате тщательнейшего отбора, как правило, вырастают две особи, продолжающие род. Но при всех этих смертях сторонники охраны окружающей среды не задумываются обо всей этой репродуктивной арифметике.