Энергия, секс, самоубийство - Ник Лэйн

Суть проблемы эгоистичного гена в том, что только ген передается из поколения в поколение. Поэтому он является самой стабильной эволюционной единицей: ген — это «репликатор». Докинз поясняет, что это относится только к организмам, размножающимся половым путем, то есть к большинству эукариот, хотя и не ко всем. Применительно к бактериям эта концепция не имеет такой же силы, потому что они размножаются бесполым путем. В данном случае можно сказать, что отдельная клетка переходит из поколения в поколение, а накопление мутаций означает, что сами гены все же меняются. Собственно говоря, в стрессовых условиях бактерии могут даже ускорять частоту мутаций в генах. Поэтому не совсем понятно, на что действует отбор у бактерий — на гены или на клетку в целом. Во многих отношениях именно клетка является репликатором.

Мутации необязательно меняют фенотип (внешний вид или функцию организма), но они по определению меняют сам ген, и даже могут до неузнаваемости исказить его последовательность, хотя для этого должны пройти эпохи. Мутации накапливаются потому, что многие из них не влияют или почти не влияют на функции, и поэтому естественный отбор «не замечает» их (нейтральные мутации). Большинство генетических различий между людьми, в среднем одно различие на каждые 1000 «букв» ДНК (всего — миллионы букв), скорее всего, являются результатом нейтральных мутаций. Когда мы рассматриваем очень разные виды, две последовательности могут различаться настолько, что практически невозможно усмотреть в них какое-либо родство, если не принять во внимание весь спектр промежуточных форм (более близкородственных видов). Тогда можно увидеть, что якобы неродственные гены на самом деле находятся в состоянии родства. Физическое строение и функции белков, кодируемых абсолютно непохожими генами, часто удивительно хорошо сохраняется в процессе эволюции, несмотря на существенные изменения аминокислотных компонентов. Очевидно, строение и функции белка подвергаются действию отбора, в то время как нуклеотидная последовательность гена может быть относительно пластичной. Представьте, что вы вернулись в компанию, где работали прежде: никто из ваших бывших коллег там уже не работает, но организационно-правовая форма, административные структуры и общий дух остались точно такими, какими вы их помните.

Поскольку гены могут меняться, а клетка и ее составные части, по сути, не меняются, бактериальную клетку можно считать более устойчивой эволюционной единицей, чем ее гены. Например, цианобактерии («изобретатели» фотосинтеза), несомненно, модифицировали свои генетические последовательности с течением эволюции, но, как говорят ископаемые свидетельства, за миллиарды лет почти не изменились внешне. Если, как утверждал Докинз, худший враг эгоистичного гена — эта конкурирующая (полиформная, или измененная) форма того же гена, то нейтральные мутации, искажая гены, путают им все карты. По мере накопления нейтральных мутаций генетические последовательности расходятся. Один и тот же ген может иметь миллионы разных форм (у разных видов), и все эти формы в той или иной степени искажены. Этот факт лежит в основе любых построений, основанных на расхождении генов. Итак, эволюция противопоставляет случайную силу мутаций, которые все время искажают генетические последовательности, превращая эгоистичный ген в его злейшего врага и эгоистичные интересы генов, которые «хотят» точно копировать самих себя.

О том, что ген не является «единицей отбора» у бактерий, свидетельствует еще целый ряд фактов. Говорят, что при клональном размножении все гены передаются «скопом», так что их судьба является общей с судьбой клетки. Это не совсем так. Во-первых, бактерии меняются генами, а во-вторых, они часто оказываются жертвой вирусов-бактериофагов, которые «заряжают» их эгоистичной ДНК. Тем не менее, в то время как эукариоты напичканы «паразитической» ДНК («эгоистичными» последовательностями, бесполезными для организма в целом), бактерии имеют маленькие геномы и почти лишены «паразитической» ДНК. Как мы видели в части 3, бактерии теряют лишнюю ДНК, включая функциональные гены, потому что это ускоряет их размножение. «Эгоистичных» генов то и дело наказывают изгнанием в недружественную окружающую среду. Возможно, горизонтальный перенос генов у бактерий стоит считать диверсией со стороны эгоистичных генов, но, в общем, он продолжается только до тех пор, пока клетке нужны дополнительные гены, а потом они снова теряются наряду с любыми другими ненужными генами. Не сомневаюсь, что при желании все это можно истолковать с точки зрения теории эгоистичного гена, но, по-моему, такое поведение гораздо проще объяснить с точки зрения издержек и выгод самих клеток.

Есть еще один аспект, в котором именно клетку, по крайней мере клетку бактерий, логичнее рассматривать в качестве эгоистичной единицы. Дело в том, что гены кодируют не клетки, а аппарат, который их создает. Они кодируют белки и РНК, а они потом строят все остальное. Это не мелочная придирка, а существенная разница. Все клетки, даже бактериальные, имеют сложнейшую структуру, и чем больше мы их изучаем, тем лучше понимаем, что от нее зависит функционирование клетки. Мы уже убедились в части 2, что клетки — это не мешки с ферментами. Как ни странно, в генах, по-видимому, нет ничего, что кодировало бы структуру клетки. Например, мембранные белки направляются в конкретные мембраны за счет хорошо известных кодирующих последовательностей, но никакие последовательности не указывают, как создать такую мембрану с нуля, и не определяют, где ее нужно создать: липиды и белки добавляются к уже существующим мембранам. Сходным образом новые митохондрии всегда образуются путем деления старых; их нельзя создать на ровном месте. То же самое относится, например, к центриолям — тельцам, принимающим участие в формировании микротрубочек цитоскелета при делении клетки.

Это значит, что на фундаментальном клеточном уровне природа определяет воспитание, а воспитание — природу. Иными словами, гены целиком и полностью завязаны на существование клетки, а она может быть создана только за счет действия генов. Соответственно, гены всегда передаются в клетке, например в яйцеклетке или в бактерии, и никогда не передаются «отдельным пакетом». Вирусы, а они-то как раз и представляют собой «отдельный пакет», «оживают», только получив доступ к механизму существующей клетки. Вот как это сформулировал примерно двадцать лет назад выдающийся микробиолог Фрэнклин Харольд (мы с ним уже встречались в части 2 книги), и с тех пор почти ничего не изменилось:

«Геном — единственное вместилище наследственной информации, и именно он определяет форму, а окружающая среда лишь вносит мелкие корректировки. Но в попытках разобраться, как именно геном это делает, мы открываем одну китайскую коробочку за другой, а последняя коробочка в наборе оказывается пустой. Продукты генов поступают в уже имеющийся организованный матрикс, который состоит из образовавшихся раньше продуктов генов, а функциональная экспрессия генов зависит от места, где они оказываются, и от сигналов, которые они получают. Форма не прописана однозначно ни в одном из сигналов, но подразумевается сочетанием сигналов с определенным структурным контекстом. В конечном счете, только клетки делают другие клетки».

Подведем итог: есть много причин считать эгоистичной единицей эволюции бактериальную клетку, а не ее гены. Может быть, как говорил Докинз, с появлением пола у эукариот все изменилось, но если мы хотим понять глубинную подоплеку эволюции, мы должны присмотреться к бактериям, два миллиарда лет царившим на Земле.

Эти различия в подходах проясняют, почему самыми выдающимися критиками теории эгоистичного гена были микробиологи, например Линн Маргулис. На самом деле, Маргулис откровенно критиковала математический неодарвинизм в целом. Она даже сравнивала его с френологией — викторианской зацикленностью на связи между формой черепа и преступными наклонностями — и утверждала, что неодарвинизм придет к столь же бесславному концу.

Чувствуется, что концепция эгоистичного гена вызывает у Маргулис отвращение, но дело не только в этом. Бактерии действительно ведут себя более прилично: они не поедают друг друга, а образуют гармоничные сообщества. Укоренившееся представление о бактериях как злобных патогенах ложно. Маргулис считала, что эволюция, в общем, бактериальное дело, и ее можно объяснить сквозь призму взаимного сотрудничества бактериальных консорций, в том числе эндосимбиозов, включая тот, что дал начало эукариотической клетке. Эти консорции хорошо подходят бактериям, потому что хищническое поведение у них не окупается. Как мы видели в части 3, процесс дыхания через клеточную мембрану не дает появиться крупным бактериям, способным физически захватывать другие клетки. Для бактерий существенно, кто быстрее растет, а не у кого больше пасть. Учитывая, что в бактериальных экосистемах пищи всегда мало, бактериям выгоднее питаться экскрементами других бактерий, а не драться с ними за ресурсы. Если одна бактерия живет за счет сбраживания глюкозы с образованием молочной кислоты, другая может окислять молочную кислоту до углекислого газа, третья — превращать углекислый газ в метан, четвертая — окислять метан и т. д. Жизнь бактерий — постоянная переработка отходов производства, а это проще всего делать, объединившись.