Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Эволюционная теория оказала глубокое влияние на умы. Многое написано о том, как она повлияла буквально на все проявления человеческой мысли и жизни. Например, выдающийся французский биолог Жак Моно, получивший вместе со своим соотечественником Франсуа Жакобом Нобелевскую премию за изучение производства живыми клетками закодированных геномом белков, весьма характерно выразился в своей книге «Случай и необходимость»: «Даже сегодня многие выдающиеся умы не в силах принять или хотя бы понять, что естественный отбор мог из бесформенного шума создать безо всякой помощи всю музыку биосфер». Книга Моно увидела свет в 1970 году — по иронии судьбы, одновременно с первой публикацией воистину пионерских взглядов Линн Маргулис на критическую важность симбиоза в эволюции клеток, обладающих ядром, и работы Сусуми Оно о роли генной и геномной дупликации в происхождении животных и растений.

Признаюсь: я поклонник Моно и высоко ценю его вклад в биологию. Но эволюционные его взгляды были строго редукционистскими и селекционерскими. Как большинство его современников, он полагал: эволюция происходит посредством естественного отбора результатов единственного источника генетических изменений — мутации. Поскольку мутация дает, в сущности, случайный результат, Моно даже употреблял для описания ее роли термин «неинформативность». В приведенной выше цитате под «шумом» понимались именно такие случайные генетические изменения, сравнимые со случайным шумом радио. И лишь когда бессмысленные статические помехи — случайные мутации — попадают в жернова естественного отбора — возникает «музыка». Очень сомневаюсь, что кому-либо удалось лучше передать дух тогдашнего (да и нынешнего) дарвинизма.

Схема «случайные мутации — отбор» кажется весьма привлекательной. Более того, она легко укладывается в математическое модели, позволяя с прекрасной точностью описывать вероятность выживания и динамику популяции. Разве такая модель может оказаться неверной?

В общем-то, она и не оказалась неверной — но она всего лишь часть большого и весьма нетривиального целого. В этой книге я обрисую картину эволюции, весьма отличающуюся от простой схемы «неинформативный шум — отбор». Центральное утверждение этой книги следующее: случайные мутации — столь блестяще концептуализированные великим Моно — далеко не единственный источник генной и даже геномной изменчивости. В этой книге я намерен продемонстрировать и доказать со строго научной точки зрения, что один-естественный отбор не мог дать начало жизни и породить ее существующее разнообразие. Наряду с ним действовал ряд факторов, каждый из которых — важный источник наследуемых генетических изменений. Без этих факторов естественный отбор не привел бы к положительному результату. Великие эволюционные силы, такие, как симбиоз и гибридизация, принципиально важны для возникновения видового разнообразия. Именно знания о них так отчаянно не хватало Дарвину. Эти силы весьма отличаются от «случайного шума» и куда плодотворнее его. Они приносят в объединенный геном новые комбинации работающих, функциональных генов, они создают новые геномы с лучшим потенциалом выживания. Наше понимание этих сил эволюции сильно продвинулось за последнюю пару десятилетий, и теперь мы видим: они играли и играют не менее важную роль в эволюции, чем естественный отбор, необходимым образом его дополняя. Но исследования по симбиозу и гибридизации никогда ранее не выставлялись на широкую публику, не приобрели известности. В этой книге я продемонстрирую: эти силы — не просто теория, но научно подтвержденный факт. Роль их может быть воспроизводимо доказана с куда большей определенностью, чем криминалист может заключить о принадлежности ДНК по найденному биоматериалу.

Наиболее удивительным в области эволюционных исследований является новый взгляд на человеческую эволюцию, оказавшуюся тайной куда загадочнее и страннее, чем кто-либо мог предположить еще десятилетие назад. Более того, новый взгляд на эволюцию имеет большое практическое значение — не только из-за возможности понять глубже и полнее наше происхождение, но и из-за того, что он может предоставить более глубокое понимание эмбрионального развития человека, его физиологии, генетики и химии метаболизма. Для меня как физиолога и эволюционного биолога этот новый взгляд представляет огромный интерес, сводя в единое целое многие направления исследований, занимавших меня долгие годы. Современная медицина все более нуждается в понимании процессов, происходящих на молекулярном уровне, — ведь это необходимо для полноценного развития и применения генной терапии. Медикам нужно знать, как работают наши гены, как процессы происходят в клеточном ядре, как ведут себя хромосомы в отдельности и та совокупная цельность, какую мы зовем «человеческим геномом». А чтобы это знать, надо разобраться в процессах, приведших к появлению клетки и генома. Постичь это мы сможем, лишь разгадав от и до великую тайну человеческой эволюции.

Представляя книгу «Виролюция», я приглашаю вас, читатель, отправиться со мною в необычное путешествие. Я приглашаю вас заглянуть в самую суть генетических и геномных процессов, приведших к появлению человеческого генома. Для меня, врача и биолога-эволюциониста, было большой радостью открыть в этом путешествии много важного для медицины, найти новые идеи о том, как именно гены обуславливают возникновение многих распространенных и нелегких заболеваний: рака, множественного склероза, аутоиммунных заболеваний и даже душевных расстройств, таких, как шизофрения. Для меня тут есть и еще кое-что: поначалу я как врач заинтересовался — причем довольно-таки въедливо — природой заразных болезней. Благодаря помощи знающих и опытных коллег этот интерес из любительского перерос в научный, дал начало новым исследованиям — и появлению у меня новых важных идей. Надеюсь, вам понравится история о том, как же именно это произошло, и новые идеи покажутся вам столь же вдохновляющими и расширяющими кругозор и понимание, как и мне.

Добро пожаловать в путешествие! Возможно, местами оно покажется вам странноватым, а иногда и попросту пугающим, но уверяю вас: в конце концов вы будете впечатлены и захвачены удивительной картиной могучих сил, сотворивших нас и по сей день активно работающих в нас, продолжая эволюцию человечества как биологического вида.

1. Загадка из мира заразных болезней

Elysia chlorotica — очень красивый листовидный морской слизень, обитающий в соленых болотах восточного побережья Соединенных Штатов от Новой Шотландии на далеком севере до теплой Флориды на юге. Как и гласит латинское название, слизень этот полупрозрачен, чудесного изумрудно-зеленого цвета, а плавает он, элегантно взмахивая отороченными золотом юбками — разросшимися ажурными краями ноги. Цвет его — знак глубокой тайны, ибо слизень Elysia — существо удивительное, одно из «животных-растений», как их удачно назвал английский ботаник Фредерик Кибл в конце девятнадцатого столетия [1]. Эти создания соединяют в себе черты растений и животных. Но таинственность Elysia этим далеко не исчерпывается, ибо его существование кроет в себе загадку очень непростую, и ответ на нее, хотя и чрезвычайно познавательный, — ужасающ. Чтобы понять, в чем дело, рассмотрим сперва чрезвычайно любопытный жизненный цикл Elysia в прибрежных болотах.

Жизнь червя-гермафродита начинается, когда первое тепло весны пробуждает его от зимней спячки. Тогда слизень откладывает яйца в стоячую воду, и через неделю или около того из яиц выходят личинки. Следующие несколько недель личинки проводят, плавая туда и сюда в слоях планктона в поисках зеленых отростков единственного вида водорослей — Vaucheria litorea. Найдя, накрепко к нему прицепляются и завершают метаморфоз, превращаясь в крохотных слизней. Едва родившись, те начинают питаться, проедают оболочку водоросли и высасывают содержимое ее клеток. Vaucheria litorea — зеленая водоросль, полная — как, например, листья деревьев — крохотных округлых органелл, известных как «хлоропласты». Они поглощают солнечную энергию и в процессе фотосинтеза, фундаментально важном для земной жизни, превращают ее в энергию химическую. Ее же можно запасать впрок — и ею же, запасенной, питаются растительноядные животные. В сущности, все живое, окружающее нас, зависит от фотосинтеза и неразрывно с ним связано. Без фотосинтеза наш мир выглядел бы совсем по-другому. Не было бы кислорода в атмосфере, деревьев, цветов, не плавали бы рыбы в морях, не существовало бы ни птиц, ни зверей, ни человека.