Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Про эволюцию. Интервью с Александром Марковым. Часть 2.

Четверг, 09 Декабрь, 00:12, m-batin.livejournal.com


А как происходит горизонтальный перенос генов у более сложных организмов? Если мы перейдем к более сложным организмам, следующий уровень организации у нас одноклеточные эукариоты, такие как амебы, инфузории, одноклеточные водоросли. У них горизонтальный перенос тоже распространен, но это происходит на порядок реже, чем у бактерий. Сейчас этот вопрос много исследуется. Известно, что диатомовые водоросли (это такие одноклеточные водоросли, живущие в красивых ажурных раковинках) нахватали очень много бактериальных генов путем горизонтального обмена. И многие другие одноклеточные эукариоты тоже этим занимаются, но более эпизодически. Существует, правда, еще один путь горизонтального обмена генами, который происходит при явлениях симбиогенеза, когда какой-то организм приобретает внутриклеточных симбиотических бактерий. Вероятно, таким путем произошли первые эукариотические клетки. Известно, что клетки всех высших организмов, животных, растений и простейших содержат митохондрии - энергетические станции клетки, главная функция которых кислородное дыхание и производство энергии в доступной форме. Так вот, митохондрии -потомки симбиотических бактерий, которые когда-то были приручены предками эукариот. У митохондрий даже сохранилась своя маленькая кольцевая хромосома, они самостоятельно размножаются внутри клеток, отчасти сохранили свою индивидуальность и самостоятельность. То же самое относится к пластидам - органам растительной клетки, которые отвечают за фотосинтез. Пластиды - это потомки симбиотических бактерий, они очень похожи на свободно живущих цианобактерий, которых раньше называли сине-зелеными водорослями. Когда клетка приобретает внутриклеточного симбионта, какую-то бактерию, то понятно, что в одном организме объединяются два разных генома. И в дальнейшем, как правило, происходит перенос части генов симбионта в центральный геном хозяина. Именно это произошло и с митохондриями, и с пластидами. И продолжает происходить в наше время с другими симбиотическими бактериями. Вообще клетки многих высших организмов буквально напичканы бактериями, паразитическими и симбиотическими, и гены таких внутриклеточных бактерий достаточно часто попадают в центральный, ядерный геном высшего организма. Но, тем не менее, чем выше уровень организации живого существа, тем реже у него происходит такой бесконтрольный генетический обмен. Вот, скажем, животные выработали целый ряд специальных приспособлений, чтобы ограничить эти процессы. Вообще для высших организмов, эукариот, которые достаточно рано приобрели половое размножение, бессистемный горизонтальный обмен генами с кем попало не нужен и не выгоден. Они предпочитают целенаправленно выбирать, с кем им меняться генами, поэтому выставляют специальные барьеры на пути хаотического горизонтального обмена. Но иногда их все же удается преодолеть каким-то вирусам и фрагментам ДНК. В этих случаях чужие, прежде всего вирусные и бактериальные гены, попадают в геном высших организмов, таких, как многоклеточные животные. Например, червячки нематоды  таким образом наносят большой урон сельскому хозяйству. Они живут в тканях растений, и умеют переваривать целлюлозу и другие компоненты клеточной стенки растений, хотя животным это удается плохо. Почему это умеют делать нематоды? Оказывается, они нахватали очень много генов у бактерий, которые имеют специальные ферменты для переваривания целлюлозы, и эти гены были заимствованы очень давно предками нематод. И теперь червь, многоклеточное животное, переваривает пищу при помощи ферментов, заимствованных у бактерий. А у млекопитающих есть примеры заимствования генов у бактерий? У бактерий – пока нет. Но есть примеры заимствования генов у вирусов и транспозонов, мобильных генетических элементов. Вообще между вирусами и транспозонами четкой границы нет, это объекты достаточно родственные друг другу. Можно сказать что транспозон - это вирус, утративший инфекционность, то есть способность переходить из клетки в клетку и заражать другие организмы. А можно сказать, что вирус - это транспозон, который приобрел инфекционность, получив два-три дополнительных гена, которые позволяют ему выходить из клетки и заражать другие организмы. По-видимому, в эволюции неоднократно происходили переходы туда-сюда, - от вируса к транспозонам, точнее к ретро-транспозонам, и от ретро-транспозонов к вирусам. И для млекопитающих показано, что гены, изначально бывшие генами каких-то вирусов или мобильных элементов, впоследствии стали полноправными генами самого животного и начали выполнять полезную функцию в его организме. Кстати, система приобретенного иммунитета, характерная для позвоночных, - это совершенно гениальная конструкция, позволяющая в течение жизни вырабатывать белки, защищающие нас от таких инфекций, которые мы никогда в жизни не встречали, и которых, может быть, не было в природе. Появится новый возбудитель, бактерия или вирус, попадет к нам в организм, и через несколько дней у нас в крови уже будут специализированные белки, которые успешно обезвреживают именно этого возбудителя. В течение жизни в организме происходит конструирование  и изобретение специализированных белков. И в основе этого приобретенного иммунитета у нас лежат как раз прирученные гены мобильных генетических элементов. Каким образом в организме происходит конструирование и изобретение специализированных белков? Новые антитела формируются из заготовок у нас в геноме, который мы получаем от папы с мамой. Нет готовых генов антител, есть только наборы заготовок. Грубо говоря, есть три типа заготовок, и у каждого типа - по несколько десятков или сотен вариантов. Специальные ферменты вырезают эти заготовочки прямо из нашей ДНК: одну первого типа, одну второго типа и одну третьего, и собирают из них ген антитела. Вариантов очень много, комбинаторика большая. И затем это антитело проверяется на эффективность. Если оно работает, то начинает производиться в больших количествах, если не работает, то в него вносятся изменения. Таким образом, используется все тот же дарвиновский механизм, только прямо внутри нашего организма. Лимфоциты, которые производят это антитело, ведут себя внутри нашего организма как популяция каких-то эволюционирующих амеб. И по дарвиновской эволюции путем мутаций и отбора подбирается подходящее к данному возбудителю антитело. Так вот, те белки, которые вырезают заготовки и собирают из них гены антител, происходят от прирученных транспозонов. Именно транспозоны специализируются на вырезании и склеивании кусочков ДНК. Вероятно, когда-то возник такой симбиоз, который лег в основу приобретенного иммунитета у позвоночных. Таким образом, можно говорить об эволюционировании иммунной системы? Да. Скажите, а развитие раковой опухоли – это тоже отображение эволюции? Ведь раковые клетки часто мутируют, это их суть… Все начинается с того, что в результате случайных мутаций какая-то клетка нашего тела выходит из под контроля и начинает делиться. Не очень понятно, эти мутации случайны или чем-то обусловлены, в частности, генами? Для того, чтобы клетка вела себя по правилам и делилась только тогда, когда это нужно организму, существуют сложные молекулярные системы. Их много, они разные. А если та или другая система в результате мутации дает сбой, то клетка может начать просто делиться. Чтобы клетка стала раковой, должна произойти не какая-то конкретная мутация, а самые разные мутации приводят к одному и тому же результату. Когда клетка выходит из-под контроля, она как бы забывает, что является частью многоклеточного организма. Она начинает вести себя как одноклеточное индивидуальное существо и активно размножается. Известно определенное количество онкогенов - это те гены, мутации в которых могут привести к перерождению в раковую клетку. Есть комбинации определенных мутаций. Например, чтобы клетка превратилась в раковую, должно произойти четыре-пять определенных мутаций. А у нас, может быть, от рождения, от папы с мамой три или четыре такие мутации уже есть, а рака нет, потому что нет пятой мутации. Но если где-то в организме такая мутация произойдет, то мы получаем рак. Так что в развитии раковых опухолей есть и наследственная составляющая, и случайная. Раковой опухоли тоже свойственны эволюционные процессы? Когда клетка вышла из-под контроля и начала делиться, автоматически начинается дарвиновская эволюция внутри раковой опухоли, где идет отбор среди этих размножающихся клеток. Понятно, что чем быстрее эта клетка растет и делится, тем больше будет потомков этой клетки внутри раковой опухоли. Поэтому начинается вытеснение медленно делящихся клеток более быстро делящимися клетками. Так что, к сожалению, в процессе роста раковой опухоли накапливаются мутации, еще сильнее ускоряющие ее рост. Эта эволюция абсолютно тупиковая, понятно, что все кончается смертью этих клеток. А каков эволюционный смысл рака? Когда мы говорим об эволюционном смысле, то всегда нужно очень аккуратно обращаться с терминами. Я хотел бы подчеркнуть, что эволюция - это процесс автоматический, никакого априорного смысла не имеющий. Просто природный процесс, который происходит. Это понятно. Но обычно эволюция оставляет что-то полезное, жизнеспособное, а не то, что приносит вред. Вопрос вред кому и выгода кому. А кому выгоден рак? Ведь его же прообразы есть не только у млекопитающих, мы можем видеть его и у других организмов. Да, в долгосрочной перспективе рак не приносит выгоду никому. Это сбой системы. Почему же эволюция не отделалась от этого сбоя? Наоборот он развивается, и у высших становится сильнее… Во-первых, не факт, что есть четкая корреляция, между уровнем сложности организма и частотой появлением рака. Нечто подобное есть и у низших многоклеточных. Давайте поставим вопрос так – в чьих интересах рост раковой опухоли и эволюция, которая происходит внутри нее? Ответ - в интересах раковых клеток и генов, сидящих в этих раковых клетках. Причем преследуются исключительно их краткосрочные интересы, размножиться здесь и сейчас. А долгосрочные их интересы понятно какие, они обречены. Почему многоклеточные организмы до сих пор не избавились от этой проблемы? Существуют причины общего характера, которые нужно понимать в целом, это не только рак. В организмах человека и животных огромное количество несовершенств, слабостей, недоработок, и, так сказать, дефектов конструкции. Эволюция не может создать абсолютных, совершенных существ. Эволюция  - это всегда поиск компромисса между тысячами разных требований. Жизнь вообще штука очень сложная, и каждый живой организм сталкивается с огромным количеством проблем, которые надо решать. Нужно вырасти, размножиться, добывать пищу, прятаться от хищников, бороться с паразитами, с инфекциями, переживать перепады температур, погоды, освещенности. Огромное количество проблем, которые надо решать организму. Одна из проблем в том, что есть всякие болезни, в том числе рак. Невозможно оптимизировать сложную систему по всем критериям одновременно. Это из области вопроса о том, почему у свиней нет крыльев. Пригодились бы летать, полезно… Одним словом, в любом живом организме есть масса несовершенств, и рак - одно из них. В большинстве случаев он развивается на поздних стадиях, когда организм уже успел оставить потомство, и естественный отбор его больше не касается. Это нашло отражение в эволюционной теории старения? Да. Центральная идея этой теории, которую придумал великий теоретик 20 века, биолог Уильям Гамильтон, очень проста. Он показал на математических моделях, что чем позже в течение жизни проявляется эффект какой-то мутации, тем слабее действует на эту мутацию очищающий отбор. Допустим, у нас есть некая мутация, которая в молодости не вредна, но, когда организм доживает до 100 лет, она начинает проявляться и сводит его в могилу. Так вот, чем позже эта мутация начинает проявляться, тем слабее на нее действует отбор. Даже если организм не стареет, он все равно смертен, потому что гибель может произойти по 1000 разных причин. Его может съесть хищник, на него может упасть скала, он может свалиться в пропасть, его может заразить страшный чумной микроб. Какая-то смертность все равно есть, даже у нестареющих организмов. Следовательно, в этой ситуации численность нестареющих организмов, родившихся в определенный год, будет в дальнейшем убывать по правильной экспоненте, по такой математической функции как радиоактивный распад. Будет период полураспада, и, зная уровень смертности, который не бывает нулевым, можно рассчитать, какая вероятность для данной нестареющей особи дожить до возраста в 100, 200, 1000 лет. Поскольку смертность не бывает нулевой, вероятность нестареющего организма дожить до очень большого возраста очень мала. А если она очень мала, то отбор уже не будет действовать на мутации, которые проявляются в этом возрасте.  И поэтому вредные мутации с поздними фенотипическими проявлениями неизбежно накапливаются в геноме. Отбор  их не может отсеять и уже этого достаточно для того, чтобы возникала такая вещь, как старение. Соответственно и мутации, ведущие к раку, если они проявляются поздно, в течение жизни не отсеиваются отбором, и в ходе эволюции постепенно накапливаются. Поскольку это мутации типа поломки каких-то генов, а не создания новых функций, вероятность их возникновения достаточно высока. Конечно, в организме у нас масса адаптаций для борьбы с раком. Если бы их не было, мы бы умирали от рака в раннем детстве. А существует эволюция человеческой психики, идет эволюция сознания? Да, идет. Но чтобы понять ситуацию, сначала нужно разобраться с тем, что я подразумеваю, когда говорю, что эволюция психики продолжается. Пока известно не очень много конкретных генов, генетических вариантов, влияющих на те или иные аспекты нашей психики. И по этим аллелям, генетическим вариантам может идти отбор. Это значит что носители варианта А оставляют в среднем чуть больше потомков, чем носители варианта В.  И то это зависит от условий. Есть такой аллель, который условно называют геном авантюризма, - ген поиска новизны. Носители этого варианта могут чаще других стать путешественниками, летчиками, моряками, альпинистами. Так вот показано, что в кочевых обществах этот ген дает адаптивное преимущество и увеличивает свою частоту. Когда люди ведут кочевой образ жизни, ген поиска новизны может быть им полезен. А когда они переходят к оседлости, к земледелию, все меняется, и тогда этот ген уже немного вреден, и его частота начинает уменьшаться. Вот что я имею в виду, когда я говорю, что эволюция человеческой психики продолжается. Это значит, что у нас по-прежнему есть наследственная изменчивость по определенным психическим качествам, таким как доброта, отношение к новизне, склонность влюбляться на всю жизнь, скажем, формировать постоянную привязанность, доверчивость. Всякие такие психические черты отчасти зависят от генов, и в человеческой популяции до сих пор сохранилась изменчивость по генам, влияющим на эти признаки. И в некоторых случаях, в разных ситуациях те или иные варианты этих генов могут давать какое-то селективное преимущество или наоборот. А существует ли эволюция интеллекта? Прямым данных по современным человеческим популяциям, чтобы шла эволюция интеллекта, нет. Можно строить только домыслы. Но если взять хотя бы 2000 лет, то сложность решаемых задач увеличилась в тысячи раз. Взять хотя бы квантовую физику… Если бы мы при помощи машины времени взяли сотню древних греков в виде оплодотворенных яйцеклеток, вырастили бы их сейчас и отдали в университет, вы можете нисколько не сомневаться, что эти древние греки выучились бы и стали ничуть не менее компетентными квантовыми физиками, чем современные люди. За последние 10-20 тысяч лет никаких серьезных сдвигов в уровне интеллекта в человеческой популяции не было. Это 100 %. Но что-то же изменилось. Представьте себе, что инопланетянин посетил нашу планету 100 лет назад и сейчас прилетает. Он же с ума сойдет от количества перемен. Земля как раскаленный шар, наверное, выглядит из космоса, железные птицы, экосистема поменялась, дороги, небоскребы. И все это создала жизнь. Это создала жизнь, но это не биологическая эволюция, это культурная, социальная эволюция. А социальная эволюция разве не предопределена природой? Разве общество не развивается по эволюционным законам? Появление организмов, способных к культурной эволюции, - это следствие биологической эволюции. Но это процессы разные. Биология изучает только биологическую эволюцию, которая основана на генах, наследовании, мутации. А культурная эволюция? Ею занимаются социологи, макросоциологи и историки. Конечно, все переплетается. Но научно-техническая революция, рывок науки в последние 300 лет не имеет никакого отношения к генам, к биологии, к мутациям. Это чисто культурный феномен, эволюция идей в человеческой культуре. И тогда идея является эволюционным кодом? Да, есть такая теория. То есть мы возьмем ценности, и они будут тем кодом, который можно экстраполировать на общество? Совершенно верно. Вот как раз Докинз предложил концепцию мемов. Проблема в том, что генетическая эволюция поддается нормальному научному изучению, там есть математика, есть эксперимент и повторяемость. С момента появления идеи мемов прошло 34 года. За это время было опубликовано немало толстых книг, в которых разные в основном философы пытались развить идею мемов, меметической эволюции, мемофондов, мемплексов. Но строгой науки пока никто не создал, это остается на уровне общефилософских рассуждений. И вообще непонятно, насколько далеко можно проводить аналогии между генами и мемами, биологической и социальной эволюцией… Можно исходить из того, что какая-то математика должна стоять за всем, что происходит в обществе. Да, есть демография. Я имею в виду не только это. Облик планеты меняется, изменения происходят по законам, очень похожим на эволюционные. И если мы говорим об изменении биосистемы, мы его наблюдаем, его нужно как-то описывать, в том числе и математически. Нужно, но пока кроме общефилософских рассуждений в этой области мало что сделано. Скорее этим занимаются макросоциологи. С Андреем Коротаевым мы даже написали несколько статей в соавторстве о сходных закономерностях в развитии общества. Вы мне назовите, что не совпадает. Закономерностей много… Главное отличие - совершенно разный механизм, основа. Можно, конечно, провести аналогии, но все они достаточно поверхностные, не очень глубокие. Конкретные примеры - машины, самолеты, подводные лодки, телефоны, они получают новые признаки, мутируют… Для начала они не размножаются. Их штампуют люди. Разумное проектирование - это никаких случайных мутаций. Конструктор же не вносит случайные изменения в конструкцию машины, чтобы потом потребитель выбрал из множества вариантов то, что ему понравится. Но в мозгу у конструктора происходит отбор. Может, в мозгу и происходит, но мы этого не видим. Вот и первая мутация – в голове Да, есть теория, что творческий процесс идет методом проб и ошибок, напоминающих дарвиновский отбор идей. Может быть. Главное, пожалуй, радикальное отличие, в чьих интересах идет эволюция. Эволюция автомобилей идет в интересах торговцев автомобилями, проектировщиков, немного потребителей, но ни в коем случае не в интересах самих автомобилей. У самих автомобилей никаких интересов нет… Но и у генов интересов нет. На мой взгляд, идея автомобиля сама себя рождает, человек является рабом идеи. Если у человека хороший автомобиль, он начинает его рекламировать, что это хорошо, удобно, на него растет спрос и затем растет производство. Получается, что автомобиль продуцирует все больше и больше себе подобных. Или есть вот футбол, бессмысленное занятие, но он ценность сама по себе, он продуцирует – давайте увлекаться… Да, мы написали целую книжку по сходству общих тенденций.Часть 3 интервью - ЗДЕСЬ. 

Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)