Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной - Ричард Докинз

У живых организмов тоже известны случаи, когда “ископаемые гены” возвращаются к активной жизни после спячки, длившейся миллионы лет. Не буду сейчас вдаваться в подробности: это увело бы нас слишком далеко в сторону, а мы, как вы помните, и так уже отклонились от основной темы данной главы. Здесь важен сам факт: “генетическая емкость” вида может увеличиваться за счет дупликации генов. Одним из способов, которыми это происходит, является повторное использование “ископаемых” копий существующих генов. Существуют и другие, более прямые пути переноса копий генов на рассредоточенные в пространстве участки хромосом. Это напоминает многократное сохранение файла на разных частях диска или на разных дисках.

У человека имеется восемь отдельных генов, называемых глобинами, которые используются в числе прочего для образования гемоглобина и располагаются на разных хромосомах. Считается несомненным, что все восемь происходят в конечном итоге от одного предкового глобинового гена. Примерно 1100 млн лет назад исходный глобин дуплицировался, и генов стало два. Датировать это событие нам позволяют независимые данные о том, с какой скоростью глобины обычно эволюционируют (см. главы 5 и 11). Один ген из пары, получившейся в результате этой первоначальной дупликации, стал предком всех тех генов, что производят гемоглобин у позвоночных. Другой стал предком миоглобинов — родственного гемоглобинам семейства белков, функционирующих в мышцах. Ряд последующих дупликаций привел к возникновению так называемых альфа-, бета-, гамма-, дельта-, эпсилон— и дзета-глобинов. Потрясает то, что мы можем нарисовать полное генеалогическое древо глобиновых генов и даже поставить дату возле каждой точки ветвления (к примеру, дельта-глобин и бета-глобин разошлись около 40 млн лет назад, а эпсилон-глобин и гамма-глобин — 100 млн лет назад). Однако все восемь глобинов, давным-давно возникшие у наших далеких предков, по-прежнему присутствуют все вместе внутри каждого из нас. Они разбрелись по различным участкам хромосом наших предков, и мы тоже унаследовали их в составе разных своих хромосом. Молекулы делят один и тот же организм со своими дальними молекулярными родственниками! Доподлинно известно, что повсюду в хромосомах произошло множество таких дупликаций за время эволюции. И это одна из тех важнейших особенностей реальной живой природы, которые делают ее более сложной по сравнению с биоморфами из главы 3. У всех биоморф было по девять генов. Эволюция шла у них только за счет изменения этих генов, и никогда — за счет увеличения их числа до десяти. Даже у реальных животных подобные дупликации достаточно редки, так что мое утверждение, что ДНК всех представителей одного вида имеет общую “систему адресации”, по-прежнему остается в силе.

Генная дупликация внутри вида — не единственный способ, каким число сотрудничающих друг с другом генов может возрастать в ходе эволюции. Другое важное явление, еще более редкое, но все-таки возможное, — это случайное встраивание генов другого вида, порой чрезвычайно далекого с эволюционной точки зрения. Так, например, гемоглобины были обнаружены в корнях растений семейства бобовых. Больше ни в каких других растительных семействах они не встречаются, и почти наверняка бобовые “заразились” ими от животных. В качестве посредников, вероятно, выступили вирусы.

Согласно получающей все большее признание теории американского биолога Линн Маргулис, особенно важным событием в этом ряду было возникновение так называемой эукариотической клетки. К эукариотическим относят все клетки, за исключением бактериальных[7]. Мир живой природы делится на две принципиально разные части: бактерии и все остальное. Мы с вами являемся частью всего остального и, таким образом, принадлежим к эукариотам. От бактерий нас отличает главным образом то, что наши клетки содержат внутри себя своего рода обособленные “мини-клетки”. К числу последних относится клеточное ядро, являющееся хранилищем хромосом, а также митохондрии (те самые, которые мы мельком увидели на рис. 1), напоминающие миниатюрные бомбы и начиненные замысловато упакованными мембранами. В клетках растений (эукариотических) содержатся еще и хлоропласты. Митохондрии и хлоропласты имеют свою собственную ДНК, которая реплицируется и распространяется независимо он основной клеточной ДНК, находящейся в хромосомах ядра. Все ваши митохондрии являются потомками маленькой группы митохондрий, полученной вами от вашей матери в составе ее яйцеклетки. Сперматозоиды слишком малы и не содержат митохондрий, так что митохондрии передаются исключительно по женской линии, а мужские особи в том, что касается размножения митохондрий, представляют собой тупик. Кстати говоря, это означает, что с помощью митохондрий мы можем проследить свою родословную, но только строго по женской линии.

Теория Маргулис состоит в том, что митохондрии, хлоропласты и еще кое-какие клеточные структуры — все они происходят от бактерий. Эукариотическая клетка возникла предположительно 2 млрд лет назад, когда несколько бактерий разного типа объединили свои усилия, поскольку такое сотрудничество сулило большую выгоду каждому из участников. По прошествии эонов они настолько тесно интегрировались в единую рабочую единицу, называемую эукариотической клеткой, что стало практически невозможно выявить тот факт, если это действительно факт, что некогда они были отдельными бактериями.

По-видимому, изобретение эукариотической клетки сделало возможным целый ряд новых планов строения. Теперь, и это для нас интереснее всего, смогли появиться крупные организмы, состоящие из многих миллиардов клеток. Все клетки размножаются делением надвое, причем каждая половинка получает полный набор генов. Как мы уже видели на примере бактерий на булавочной головке, путем последовательных удвоений может образоваться очень большое число клеток за довольно короткий срок. Все начинается с одной клетки, которая разделяется на две. Каждая из этих двух делится, и получается четыре. С каждым делением количество клеток удваивается: из 8 их становится 16, затем 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192… Спустя каких-то 20 делений, которые займут совсем немного времени, счет идет уже на миллионы. А по прошествии всего лишь 40 делений у нас будет больше триллиона клеток. В случае бактерий все клетки, в огромных количествах образующиеся следующим друг за другом делениям, расходятся и живут сами по себе. То же самое справедливо и для многих эукариотических клеток, в частности для простейших животных — например, для амеб. Когда клетки, образованные путем таких последовательных делений, не разошлись каждая своей дорогой, а остались склеенными друг с другом, был сделан важнейший эволюционный шаг. Тогда стало возможным появление структур более высокого порядка, как мы могли это видеть в неизмеримо более скромном масштабе на примере разветвляющихся надвое компьютерных биоморф.

Впервые в истории появилась возможность увеличивать размеры тела. Организм человека — это в полном смысле слова колоссальное множество клеток; все они происходят от общего предка — оплодотворенного яйца — и, таким образом, приходятся другим клеткам организма двоюродными сестрами, дочерьми, внучками, тетками и прочей родней. Те 10 трлн клеток, из которых состоит каждый из нас, образовались всего-навсего за несколько десятков последовательно удваивающихся клеточных поколений. Клетки эти принято подразделять на 210 (чуть больше или чуть меньше, в зависимости от вкуса того, кто классифицирует) различных типов, построенных одним и тем же набором генов. Однако в клетках разного типа включаются разные гены из этого набора. Выше уже упоминалось, что именно здесь кроется причина того, почему клетки печени отличаются от клеток мозга, а клетки костной ткани непохожи на мышечные клетки.

Воздействуя на органы и поведенческие схемы многоклеточных организмов, гены могут распространять себя такими способами, какие недоступны обособленным клеткам, функционирующим самостоятельно. Многоклеточные тела открывают генам возможность манипулирования миром при помощи инструментов, величиной на многие порядки превосходящих клеточные масштабы. Эти крупномасштабные косвенные манипуляции производятся посредством более прямых воздействий на микроскопическом клеточном уровне. Например, за счет изменения свойств клеточной мембраны. Взаимодействие клеток в составе гигантских популяций приводит в результате к таким макроскопическим образованиям, как рука, или нога, или (более косвенно) бобровая плотина. Большинство тех качеств организма, что мы можем видеть невооруженным глазом, являются так называемыми эмерджентными свойствами. Даже у компьютерных биоморф с их девятью генами есть эмерджентные свойства. У животных из реального мира эти свойства, присущие организменному уровню, возникают благодаря взаимодействиям между клетками. Организм работает как единое целое, и мы можем сказать, что гены влияют на весь организм, однако каждая копия каждого отдельно взятого гена оказывает свое непосредственное влияние только на ту клетку, внутри которой находится.