Ознакомительная версия.
И вот мы, допустим, создали таких живых существ. И получились эти существа точь в точь похожими на известных нам бактерий.
Понятно, что и перед этими существами тоже будет стоять задача эффективного реагирования на многочисленные мелкие изменения среды (в том числе, и на непредсказуемые). Стоит ли снабжать этих живых существ специальными механизмами решения возникающих проблем? Например, мы можем каким-то образом попытаться «всунуть» в эти существа нервную систему. Но насколько в этом случае замедлится рост и размножение этих микроскопических созданий? Ведь тогда каждой «бактерии» придётся строить и содержать весьма дорогостоящую структуру (нервную систему). А нам была нужна от этих существ максимальная численность и максимальная продуктивность (создание биомассы в единицу времени).
И после небольших раздумий на эту тему мы понимаем, что никаких особо сложных механизмов выживания в такие существа «встраивать» не надо. Вполне достаточно минимума процедур, необходимых для выживания.
Но что же делать со средствами быстрого реагирования на вызовы окружающей среды? Ведь нашим «бактериям» всё-таки нужно как-то бороться с постоянными колебаниями природных условий. И опять после небольших раздумий мы понимаем, что никаких особенных средств в этом случае – тоже не нужно. Поскольку наши микроскопические создания имеют колоссальную численность (в колониях), и не менее колоссальную скорость смены поколений (по сравнению с озвученными выше «тиграми»), то для эффективного реагирования на непредсказуемые изменения среды этим созданиям вполне достаточно того самого метода полного перебора, о котором мы говорили чуть выше. Действительно, если частота точечных мутаций у наших «бактерий» будет такой же, как и у созданных нами «тигров», то есть, 1 к 1 млрд. (на конкретный нуклеотид), тогда поставленная выше задача по «подбору необходимого ключа» к новому смертельно опасному вирусу – может быть успешно решена даже внутри одной единственной колонии бактерий (в первом же поколении). Потому что единственная колония бактерий может насчитывать многие миллиарды особей. Что уж тогда говорить о сотнях и тысячах подобных колоний (которые могут находиться всего на одном метре площади) и о сотнях сменившихся поколений в этих колониях (которые могут смениться в течение одного месяца).
Получается, что механизм случайные мутации+естественный отбор является вполне достаточным для поддержания способности приспосабливаться к мелким изменениям окружающей среды конкретно у бактерий. И способен обеспечить надежное выживание в природе этих микроскопических созданий.
То есть, получается, что Дарвин, когда-то опубликовавший принцип случайные изменения+естественный отбор в качестве механизма глобальной эволюции, на самом деле, может быть, действительно кое-что открыл. Он открыл конкретный адаптивный механизм, с помощью которого бактерии подстраиваются под мелкие изменения окружающей среды. Ну что же, и этот результат – тоже результат.
Итак, давайте подведем предварительные итоги. Ясно, что бактерии и эукариоты – это настолько разные формы жизни, что возникает большой вопрос, насколько вообще корректно сравнивать механизмы эволюции этих двух форм жизни, даже если бы такие механизмы (эволюции) действительно существовали.
Допустим (еще раз) на минуту, что бактерии на самом деле способны эволюционировать, причем именно по механизму случайные мутации+естественный отбор. Ну и какие же результаты этой эволюции? Результаты весьма скромные – отсутствие каких-либо видимых морфологических изменений на протяжении миллиардов лет (см. выше). Этот факт косвенно демонстрирует нам, насколько маломощной эволюционной силой является озвученный механизм эволюции. А вот конкретно слоны (точнее, отряд хоботные), в отличие от бактерий, морфологически изменялись весьма интенсивно (в ходе предполагаемой эволюции). И это несмотря на очень малую численность популяций (в сравнении с бактериями) и несмотря на очень низкую скорость смены поколений (в сравнении с этими же бактериями). Так на каком основании мы должны считать механизмы изменения бактерий и механизмы изменения слонов – одинаковыми?!
Можно, конечно, предположить, что бактерии – это просто такой биологический таксон, для которого именно морфологическая эволюция – крайне затруднена по тем или иным причинам (например, в силу воображаемой исходной «жесткости» организации бактериальных клеток). А вот во всех остальных отношениях бактерии вполне способны эволюционировать. Но это лишь теоретические спекуляции. А по факту у нас получается, что за 3 млрд. лет собственного существования бактерии продемонстрировали очень скромные способности к эволюции форм. И если бы слоны в этом отношении были подобны бактериям, то они бы вообще никуда не сэволюционировали.
Итак, даже если бы сегодняшние бактерии действительно демонстрировали нам совершенно ясную «эволюцию в пробирке», то такие примеры всё равно вряд ли могли бы считаться корректными для объяснения эволюции слонов.
Но мы уже выяснили, что бактерии, скорее всего, демонстрируют нам не «эволюцию в пробирке», а просто «адаптацию в пробирке» (к мелким изменениям окружающей среды), которая конкретно у этих живых существ осуществляется методом «грубой силы» (то есть, собственно, естественным отбором всех возможных случайных мутаций). И никуда дальше этого «эволюция» бактерий не заходит.
Интересно, что для достижения адаптации к локальным изменениям среды, бактерии могут использовать не только метод «грубой силы», но и другие, специальные генетические механизмамы, гораздо более эффективные, чем обычный «полный перебор». Во всяком случае, результаты некоторых исследований в этой области явно свидетельствуют в пользу наличия таких специальных механизмов у бактерий.
Например, весьма впечатляют результаты знаменитых опытов Холла (Hall, 1991). В этих исследованиях Холл получил двойных мутантов, у которых с помощью мутаций было сломано сразу два гена, необходимых для синтеза аминокислоты триптофан. Причем каждая из этих двух мутаций в отдельности – уже лишала бактерию способности синтезировать триптофан. Поэтому мутантные бактерии не могли самостоятельно синтезировать триптофан, а усваивали его только в готовом виде. Далее Холл сажал этих бактерий в среду, в которой отсутствовал готовый триптофан. Триптофан необходим для нормальной жизнедеятельности бактерий, но получить сразу нужного двойного мутанта, то есть, такого мутанта, у которого нужные нуклеотиды восстановлены обратно (необходимой двойной мутацией), вряд ли стоило ожидать, поскольку вероятность такой (двойной) мутации слишком низка. Поэтому будущее этих несчастных бактерий в среде без готового триптофана представлялось совершенно печальным. Однако к удивлению Холла (и всей остальной научной общественности), эти бактерии по-быстрому умудрились отремонтировать себе нужные гены обратно, и снова стали синтезировать триптофан, как ни в чем не бывало. То есть, бактерии продемонстрировали (по факту), что они способны получать жизненно необходимые им двойные мутации примерно в 100.000.000 раз чаще (!), чем это ожидалось при чисто случайном распределении мутаций. Такой результат опытов Холла выглядел чуть ли не мистически. Создавалось ощущение, что бактерии просто знают, что и как им надо отремонтировать у себя в ДНК, чтобы выжить.
Позже были обнаружены такие факты, в свете которых мистичность результатов, полученных Холлом, немного поуменьшилась. Оказалось, что бактерии, помимо обычного метода «полного перебора», всё-таки имеют еще один, специально встроенный «решатель проблем». Видимо, для таких ситуаций, которые совсем уже «из ряда вон».
Бактерии (и не только бактерии) имеют особый генетический комплекс – SOS-систему, которая в нормальных условиях почти бездействует. SOS-система начинает активно работать в случае возникновения множественных повреждений молекул ДНК. Эти повреждения могут быть вызваны самыми разными причинами – начиная от ультрафиолетового излучения и кончая воздействием ряда антибиотиков. В таких случаях SOS-система производит экстренный ремонт молекул ДНК.
И вот (как выяснилось) SOS-система бактерий устроена таким образом, что в совсем уже экстремальных случаях (когда повреждения ДНК становятся особенно массированными), SOS-система начинает ремонтировать ДНК специфическим образом – она начинает специально допускать гораздо больше генетических ошибок, чем в своем обычном режиме работы. По сути, SOS-система бактерий переключается с режима ремонта ДНК в режим гипер-мутагенеза этой ДНК. Переход SOS-системы из режима репарации в режим гипермутагенеза обеспечивается включением целого ряда специальных генов, которые в свою очередь, достаточно «умны», чтобы включаться только в самых экстренных случаях (так устроена эта генетическая система).
Ознакомительная версия.
