3 новые биологические теории, которые изменили наши представления о мире

Три часа ночи. Трид­ца­тая стра­ни­ца в Ви­ки­пе­дии. И неумо­ли­мая жаж­да по­зна­ния. Узна­ли себя? Если да, то ло­ви­те несколь­ко тео­рий по био­ло­гии и эво­лю­ции, ко­то­рых точ­но хва­тит, что­бы с поль­зой про­ве­сти пару бес­сон­ных но­чей. И ко­неч­но, пе­ре­ска­зать по­том их всем дру­зьям.

РНК-мир

В на­ших клет­ках по­всю­ду пла­ва­ют мель­чай­шие ча­сти­цы — мо­ле­ку­лы. Две са­мые важ­ные из них — это кис­ло­ты ДНК и РНК (дез­ок­си­ри­бо­ну­кле­и­но­вая и ри­бо­ну­кле­и­но­вая).

Обе эти мо­ле­ку­лы за­ни­ма­ют свои ме­ста в цен­траль­ной дог­ме мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии «ДНК — РНК — бе­лок». Цен­траль­ная дог­ма био­ло­гии — это пра­ви­ло, ко­то­рое опи­сы­ва­ет, как ге­не­ти­че­ская ин­фор­ма­ция из «ин­струк­ций» пре­вра­ща­ет­ся в кон­крет­ный ре­зуль­тат (то есть в бе­лок).

Если вы со­всем не в кур­се, о чем речь, по­про­буй­те пред­ста­вить это так: у вас есть пас­порт (ДНК), с пас­пор­та мож­но снять ко­пию (РНК), если вы от­не­се­те ко­пию в ка­кое-ни­будь учре­жде­ние (ри­бо­со­ма^[1]), то по­лу­чи­те, к при­ме­ру, справ­ку (бе­лок), ко­то­рой по­том мож­но поль­зо­вать­ся в кон­крет­ных це­лях.

©

BigBearCamera / Shutterstock / Fotodom

---

Итак, в чем же суть и но­виз­на тео­рии РНК-мира? А она в том, что, ис­хо­дя из дан­ных, по­лу­чен­ных в по­след­ние несколь­ко лет, на пред­по­ла­га­е­мом эта­пе за­рож­де­ния жиз­ни на Зем­ле един­ствен­ной слож­ной био­мо­ле­ку­лой была РНК. А ни ДНК, ни бел­ков то­гда еще не су­ще­ство­ва­ло. Уче­ные вы­дви­ну­ли эту ги­по­те­зу, ос­но­вы­ва­ясь на том, что РНК вы­пол­ня­ет в клет­ке дво­я­кую функ­цию, то есть бе­рет на себя роль и ДНК, и бел­ков.

РНК мо­жет хра­нить на­след­ствен­ную ин­фор­ма­цию, как это де­ла­ет ДНК. Един­ствен­ная про­бле­ма — из-за сво­ей по­движ­но­сти она склон­на быст­ро де­гра­ди­ро­вать: на­при­мер, мат­рич­ная РНК (ко­то­рая непо­сред­ствен­но спи­сы­ва­ет­ся с ДНК) в бак­те­ри­аль­ных клет­ках в сред­нем жи­вет от несколь­ких се­кунд до часа. В то вре­мя как пе­ри­од по­лу­рас­па­да ДНК — 521 год. По фак­ту эти мо­ле­ку­лы — как две раз­ные флеш­ки: ДНК — жест­кий диск на 1 Тб, а РНК — флеш­ка на 16 Гб со встро­ен­ным фо­на­ри­ком.

Те­перь про функ­цию бел­ков. Бел­ки — это слож­ные по­ли­ме­ры^[2], ко­то­рые об­ла­да­ют ку­чей функ­ций, одна из ко­то­рых — ка­та­ли­ти­че­ская. Бел­ки-ка­та­ли­за­то­ры на­зы­ва­ют­ся фер­мен­та­ми, и они уме­ют уско­рять про­те­ка­ние био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций (на­при­мер, рас­щеп­ле­ние кон­фет) в ор­га­низ­ме. РНК-фер­мен­ты — ри­бо­зи­мы — были спо­соб­ны удли­нять и чи­нить це­поч­ки РНК, со­би­рать бел­ки и даже ре­гу­ли­ро­вать экс­прес­сию (вклю­че­ние/​​вы­клю­че­ние) ге­нов. Од­на­ко в про­цес­се эво­лю­ции бел­ки ста­ли ос­нов­ны­ми ка­та­ли­за­то­ра­ми хи­ми­че­ских пре­вра­ще­ний, по­то­му что они бо­лее ста­биль­ные и раз­но­об­раз­ные по функ­ци­ям: бел­ки со­сто­ят из 20 кир­пи­чи­ков (ами­но­кис­лот), а РНК — толь­ко из че­ты­рех кир­пи­чи­ков (нук­лео­ти­дов), а еще у пер­вых бо­лее раз­ви­ты ар­хи­тек­тур­ные воз­мож­но­сти.

Ос­нов­ная кри­ти­ка тео­рии РНК-мира за­клю­ча­ет­ся в том, что РНК яв­ля­ет­ся до­ста­точ­но слож­ной по стро­е­нию мо­ле­ку­лой, по­это­му ее «са­мо­за­рож­де­ние» име­ет крайне низ­кую ве­ро­ят­ность. А если мы до­пус­ка­ем, что нук­лео­ти­ды (те са­мые кир­пи­чи­ки) мог­ли слу­чай­ным об­ра­зом син­те­зи­ро­вать­ся, то бла­го­да­ря чему они скле­и­ва­лись в длин­ную мо­ле­ку­лу?

Ис­сле­до­ва­ния по­ка­зы­ва­ют, что, ве­ро­ят­но, длин­ных мо­ле­кул РНК из­на­чаль­но и не об­ра­зо­вы­ва­лось. Этот вы­вод сде­ла­ли на ос­но­ве опы­та: ри­бо­зим ис­кус­ствен­но уре­за­ли все­го до 5 нук­лео­ти­дов, и он смог со­хра­нить свою ка­та­ли­ти­че­скую ак­тив­ность. А это зна­чит, что ко­рот­кие ри­бо­зи­мы по­яви­лись рань­ше длин­ных, про­сто с те­че­ни­ем вре­ме­ни в них на­кап­ли­ва­лись удли­ня­ю­щие му­та­ции, что по дар­ви­нов­ско­му есте­ствен­но­му от­бо­ру ока­за­лось бо­лее по­лез­ным и жи­ву­чим.

Для био­ло­гии эта ги­по­те­за цен­на тем, что она со­зда­ет кон­цеп­ту­аль­ный кар­кас, ко­то­рый свя­зы­ва­ет хи­мию, мо­ле­ку­ляр­ную био­ло­гию и эво­лю­цию в одну кра­си­вую ис­то­рию: мы не толь­ко по­ни­ма­ем, с ка­ких мо­ле­кул всё на­ча­лось, но и ка­ким об­ра­зом это про­изо­шло. От ха­о­са — к си­сте­ме.

Если вам не хо­чет­ся жить в РНК-мире, по­про­буй­те по­ис­сле­до­вать ко­ацер­ват­ный мир (мир обособ­лен­ных ка­пель из бел­ков и нук­ле­и­но­вых кис­лот), же­ле­зо-сер­ный мир или во­об­ще мир аль­тер­на­тив­ных ге­не­ти­че­ских си­стем — трео­зо-нук­ле­и­но­вых кис­лот. И не за­бы­вай­те, что, воз­мож­но, все мы при­ле­те­ли из кос­мо­са — об этом го­во­рит тео­рия пан­спер­мии.

Спер­мо­вые вой­ны

Star Wars? А мо­жет, луч­ше Sperm Wars? Нач­нем с на­ча­ла… На­ли­чие у сам­ки де­те­ны­шей вли­я­ет на гор­мо­наль­ный фон и вле­че­ние к парт­не­рам: недав­но ро­див­шие сам­ки име­ют по­сле­ро­до­вое бес­пло­дие. Гру­бо го­во­ря, они не мо­гут за­бе­ре­ме­неть, пока кор­мят де­те­ны­шей мо­ло­ком. По­это­му сам­цы, что­бы вер­нуть по­ло­вое вле­че­ние сам­ки и ин­те­рес к за­ча­тию, ча­сто при­бе­га­ют к кон­ку­рент­но­му де­то­убий­ству. Это по­ве­де­ние фик­си­ру­ет­ся у со­тен ви­дов мле­ко­пи­та­ю­щих (от хо­мя­ков до при­ма­тов). Осо­бен­но у тех сам­цов, у ко­то­рых есть склон­ность к мо­но­по­ли­за­ции са­мок, на­при­мер, как у львов в прай­дах. По­ми­мо прак­ти­че­ско­го смыс­ла раз­мно­же­ния, эта так­ти­ка по­мо­га­ет иг­рать вдол­гую: в по­пу­ля­ции со­хра­ня­ют­ся гены, ко­то­рые скло­ня­ют горе-от­цов к де­то­убий­ству.

В ка­че­стве контр­ме­ры у са­мок фор­ми­ру­ет­ся про­мис­ку­и­тет. Го­во­ря че­ло­ве­че­ским язы­ком, по­ло­вая рас­пу­щен­ность

Они спа­са­ют де­те­ны­шей, «раз­мы­вая» от­цов­ство, по­то­му что уби­вать сво­их невы­год­но, а ДНК-те­ста под ру­кой нет. У ви­дов, в ко­то­рых сам­ки спа­ри­ва­ют­ся сра­зу с несколь­ки­ми парт­не­ра­ми, на­чи­на­ет­ся гон­ка во­ору­же­ний, а точ­нее, со­рев­но­ва­ние спер­мы. Один из клю­че­вых при­зна­ков — уве­ли­че­ние объ­е­ма се­мен­ни­ков^[3]. Имен­но по их раз­ме­ру мож­но уста­но­вить це­ло­муд­рен­ность са­мок вида. Уче­ные вы­яви­ли за­ко­но­мер­ность: по­яв­ле­ние де­то­убий­ства → уве­ли­че­ние се­мен­ни­ков → раз­мы­ва­ние от­цов­ства → сни­же­ние де­то­убий­ства.

Что ка­са­ет­ся непо­сред­ствен­но спер­мо­вых войн. В ис­сле­до­ва­нии эво­лю­ци­он­но­го био­ло­га Ро­би­на Бей­ке­ра по­ли­мор­физм^[4] спер­ма­то­зо­и­дов объ­яс­ня­ет­ся с точ­ки зре­ния их сра­же­ния за пра­во опло­до­тво­рить яй­це­клет­ку. К при­ме­ру, по­ми­мо нор­маль­ных форм вы­де­ля­ют спер­ма­то­зо­и­дов-ка­ми­кад­зе, ко­то­рые либо бло­ки­ру­ют про­хож­де­ние чу­жой спер­мы по по­ло­вым пу­тям жен­щи­ны, либо на­пря­мую уни­что­жа­ют со­пер­ни­ков с по­мо­щью хи­ми­че­ских ве­ществ. А еще само стро­е­ние по­ло­во­го чле­на пред­по­ла­га­ет, что он дол­жен «вы­тал­ки­вать» чу­жую спер­му. Та­кие дела…

Од­на­ко в дру­гом ис­сле­до­ва­нии эта ги­по­те­за опро­вер­га­ет­ся на прак­ти­ке. При сме­ши­ва­нии спер­ма­то­зо­и­дов от раз­ных и от од­но­го до­но­ра не на­блю­да­ет­ся ста­ти­сти­че­ски зна­чи­мо­го ре­зуль­та­та: спер­ма­то­зо­и­ды в обо­их слу­ча­ях об­ра­зу­ют аг­ре­га­ты^[5]. По­это­му ги­по­те­за спер­мы-ка­ми­кад­зе, ве­ро­ят­но, не яв­ля­ет­ся вер­ным ме­ха­низ­мом кон­ку­рен­ции спер­мы че­ло­ве­ка.

По­де­ли­тесь эти­ми зна­ни­я­ми со зна­ко­мы­ми, ко­то­рые не ве­рят в мо­но­га­мию, по­то­му что имен­но она:

1. Сни­жа­ет риск спер­ма­то­зо­ид­ной кон­ку­рен­ции (из-за чего об­ра­зу­ют­ся пре­иму­ще­ствен­но нор­маль­ные фор­мы, а не те, кто долж­ны пасть смер­тью храб­рых).
2. Эко­но­мит ре­сур­сы ор­га­низ­ма (как у сам­ки, так и у сам­ца).
3. Уве­ли­чи­ва­ет шан­сы сам­ца на раз­мно­же­ние (но не с по­мо­щью са­мых силь­ных спер­ма­то­зо­и­дов, как при по­ли­га­мии, а за счет за­щи­ты парт­нер­ши и за­бо­ты о потом­стве).
4. Осво­бож­да­ет от по­ве­ден­че­ской за­щи­ты от кон­ку­рен­ции, а имен­но рев­но­сти.

Эго­и­стич­ный ген: всё наше по­ве­де­ние пред­опре­де­ле­но ге­на­ми

Сно­ва по­го­во­рим про эво­лю­цию. Это­лог и эво­лю­ци­он­ный био­лог Ричард До­кинз в од­но­имен­ной кни­ге объ­яс­ня­ет эво­лю­цию и по­ве­де­ние ор­га­низ­мов че­рез приз­му ге­нов^[6]. Суть в том, что есте­ствен­ный от­бор^[7] остав­ля­ет себе са­мые класс­ные гены, а гены «на тро­еч­ку» от­прав­ля­ет на пол­ку. Но­виз­на кон­цеп­ции в том, что глав­ны­ми еди­ни­ца­ми от­бо­ра (теми, кого от­би­ра­ют) боль­ше не счи­та­ют­ся осо­би и по­пу­ля­ции^[8], как в дру­гих ги­по­те­зах.

При­спо­соб­лен­ность ор­га­низ­ма к внеш­ним усло­ви­ям обу­слов­ле­на ге­не­ти­кой (вспом­ни­те первую тео­рию — у нас всё ко­пи­ру­ет­ся с ДНК), ко­то­рая стре­мит­ся мак­си­маль­но на­дол­го за­кре­пить­ся в ор­га­низ­мах и уве­ли­чить ве­ро­ят­ность соб­ствен­но­го ко­пи­ро­ва­ния.

По­это­му лю­бое по­ве­де­ние, будь то агрес­сия, за­бо­та о потом­стве или аль­тру­изм, мож­но рас­смат­ри­вать не как про­яв­ле­ние сво­бо­ды воли, а как вы­пол­не­ние скрип­та про­грам­мы, ко­то­рый в нас за­пу­щен еще до рож­де­ния

С этой точ­ки зре­ния люди, жи­вот­ные и рас­те­ния — это ма­ши­ны вы­жи­ва­ния ге­нов. Но важ­но по­ни­мать, что это всё при­бли­же­ние и упро­ще­ние — гены не жи­вые, у них нет со­зна­ния, а всё, на что они, по сути, спо­соб­ны, — это кон­тро­ли­ро­вать син­тез бел­ка.

Ав­тор гло­баль­но вы­де­ля­ет две стра­те­гии вы­жи­ва­ния: аль­тру­изм и эго­изм. Оче­вид­но, что один эго­ист в аль­тру­и­сти­че­ской груп­пе име­ет боль­ше шан­сов на вы­жи­ва­ние, но при этом в эво­лю­ции за­креп­ля­ют­ся и аль­тру­и­сти­че­ские фор­мы по­ве­де­ния. Это про­ис­хо­дит, по­то­му что для гена вы­год­но, что­бы его но­си­те­ли спо­соб­ство­ва­ли не толь­ко соб­ствен­но­му вос­про­из­вод­ству, но и раз­мно­же­нию дру­гих но­си­те­лей это­го же гена. По­это­му эво­лю­ция дви­жет­ся в сто­ро­ну уве­ли­че­ния со­во­куп­ной при­спо­соб­лен­но­сти, учи­ты­ва­ю­щей не толь­ко пря­мых по­том­ков, но и близ­ких род­ствен­ни­ков. Та­кой био­ло­ги­че­ский аль­тру­изм, то есть са­мо­по­жерт­во­ва­ние, фор­ма­ли­зо­ван в пра­ви­ле Га­миль­то­на: ко­пия гена мо­жет «по­гиб­нуть» в тебе, если это поз­во­ля­ет со­хра­нить боль­ше ко­пий того же гена в тво­их род­ствен­ни­ках. По­лу­ча­ет­ся очень за­пу­тан­ная ди­лем­ма ва­го­нет­ки^[9], ко­то­рую эво­лю­ция ре­ша­ет еже­днев­но.

Если вы­ше­из­ло­жен­ное вас ни кап­ли не уди­ви­ло, то вот еще факт: имен­но До­кинз при­ду­мал сло­во «мем», взяв за ос­но­ву гре­че­ское сло­во mimeme («по­до­бие»). По опре­де­ле­нию уче­но­го, мемы — это не толь­ко смеш­ные кар­тин­ки, но и все идеи и сим­во­лы, ко­то­рые яв­ля­ют­ся зна­чи­мы­ми для куль­ту­ры. По идее До­кин­за, мемы и гены име­ют об­щую суть: это услов­ные мо­ле­ку­лы, ко­то­рые раз­мно­жа­ют­ся са­мо­ко­пи­ро­ва­ни­ем.

Вот в чем мемы по­хо­жи на гены:

1. Мемы ко­пи­ру­ют­ся и пе­ре­да­ют­ся меж­ду ор­га­низ­ма­ми (людь­ми).
2. Мемы кон­ку­ри­ру­ют за вни­ма­ние и па­мять лю­дей: бо­лее удач­ные из них быст­рее рас­про­стра­ня­ют­ся и доль­ше за­дер­жи­ва­ют­ся в па­мя­ти.
3. Мемы мо­гут ви­до­из­ме­нять­ся при пе­ре­да­че и на­кап­ли­вать ва­ри­а­ции — это те же му­та­ции у ге­нов.
4. Мемы не за­ви­сят от кон­крет­но­го ор­га­низ­ма: они бу­дут рас­про­стра­нять­ся и по­сле смер­ти ав­то­ра.

Идеи До­кин­за ча­сто кри­ти­ко­ва­ли за то, что он объ­яс­ня­ет все яв­ле­ния с точ­ки зре­ния толь­ко ге­нов, иг­но­ри­руя со­ци­аль­ные и эко­ло­ги­че­ские фак­то­ры, име­ю­щие нема­лое вли­я­ние на жи­вые ор­га­низ­мы. Кро­ме того, мно­гие чи­та­те­ли вос­при­ня­ли опи­сан­ную ге­не­ти­че­скую пред­опре­де­лен­ность слиш­ком бук­валь­но, хотя сам ав­тор дает че­ло­ве­ку шанс на вы­бор: «Че­ло­век об­ла­да­ет си­лой, поз­во­ля­ю­щей ему вос­про­ти­вить­ся вли­я­нию эго­и­стич­ных ге­нов, име­ю­щих­ся у него от рож­де­ния, и, если это ока­жет­ся необ­хо­ди­мым, — эго­и­стич­ных ме­мов, по­лу­чен­ных в ре­зуль­та­те вос­пи­та­ния». По­это­му от сво­бо­ды воли тоже от­кре­щи­вать­ся не сто­ит!

Об­лож­ка: © Con­nect Im­ages / Shut­ter­stock / Fotodom