Предисловие
Проблема развития жизни на Земле является одной из весьма существенных проблем современной науки. После того как в 1859 г. Дарвин предложил свою идею эволюционного развития, ученое сообщество в целом приняло ее. Однако, хотя прошло уже почти 150 лет, эта теория не смогла дать объяснения многим биологическим явлениям.
Споры вокруг теории Дарвина осложняются тем, что вопрос о развитии жизни играет весьма большую идеологическую роль. Идеологическая же проблема в том, что в сознании общества единственной альтернативой дарвинизму представляется креационизм. Классический же креационизм настаивает на необходимости буквального понимания картины происхождения мира, представленной в Библейском тексте. Приверженцы этой идеи, настаивают на том, что возраст Земли составляет 6 тыс. лет, а не 4,5 млрд., как утверждает современная наука. Такой «классический креационизм» имеет два существенных изъяна: во-первых, он не дает никакую развернутую научную картину, которая, даже теоретически, могла бы быть хоть как-то поддержана или опровергнута результатами исследований; и, во-вторых, его обычно провозглашали представители религиозного истеблишмента, недостаточно сведущие в науке, – что облегчало сторонникам эволюции возможность отвергать ее.
Однако нам кажется, что суть спора не в том, сколько лет существует Земля и была ли эволюция. Вопрос на самом деле в том, каковы могут быть механизмы этой возможной эволюции и действительно ли эволюционная наука противоречит религиозному пониманию мира, – или же, наоборот, религиозное и научное понимание органично дополняют друг друга?
В нижеследующей статье, однако, мы не будем касаться различных существующих в теологии подходов к пониманию Библейского текста, и также оставим для отдельного дальнейшего философского обсуждения вопрос о соотношении религии и науки. Наше же изложение будет вестись целиком с чисто научных позиций; мы рассмотрим последние данные, связанные с теорией эволюции и ее механизмами, и изложим новый (предлагаемый нами) подход к их пониманию.
Теория Дарвина и ее исходная проблема – возникновение сложных органов и систем
Чарльз Дарвин («Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь») первым сформулировал гипотезу, согласно которой в основе механизма эволюции лежат два принципа: случайная изменчивость и затем естественный отбор более приспособленных особей. По предположению Дарвина, с некоторой (хотя и малой) вероятностью у отдельных особей случайно появляются новые полезные качества, в результате чего они получают преимущество перед другими и имеют больше шансов выжить в данной среде обитания. Поэтому приобретенные ими качества закрепляются и передаются потомкам.
После того, как было открыто наличие генов и хромосом, дарвиновская теория эволюции была дополнена тем, что изменения (подлежащие затем естественному отбору) имеют своей причиной мутации в генах. Таким образом, говоря об эволюции, следует понимать её не как изменение признаков, а как изменение эмбриональных программ (например, удлинение шеи жирафа возникло не потому, что жираф тянулся к высокорасположенным листьям, но, как и любое другое изменение, является отражением изменения эмбрионального развития, вызванного мутацией). Мутации случайны, поэтому абсолютное большинство из них нейтральны или вредны. Конкуренция между организмами и связанный с ней естественный отбор «оценивает» вредность и полезность каждой из небольших мутаций по их эффектам на размножение и на выживание мутировавших организмов в конкретных экологических условиях.
Как отметил Ч. Дарвин, природа не делает скачков и все большие изменения являются результатом длительной серии мелких изменений, каждое из которых полезно для выживания животного и поэтому закрепляется в ходе эволюции. В своей книге он пишет: «Несомненно, верно то, что новые органы, как бы созданные для некоторой специальной цели, редко или даже никогда не возникают сразу у одного какого-нибудь существа, – это выражено в старинном, хотя может быть, и несколько преувеличенном естественноисторическом изречении: «Natura non facit saltum» («Природа не делает скачков»). Ни одна сложная структура в принципе не может возникнуть сразу «готовой» в результате мутации с сильным эффектом. Фундаментальным представлением дарвиновской теории является то, что новые сложные признаки не возникают мгновенно, они формируются постепенно, путем длительного естественного отбора множества случайных мутаций со слабыми эффектами, каждый из которых – т.е.каждый этап накопления – «выгоден», и которые поэтому постепенно улучшают старые признаки.
Уже со времен самого Дарвина критики его гипотезы указывали, что постепенное накопление изменений возможно только там, где просто увеличивается или уменьшается уже имеющаяся форма, – например, становится длиннее хвост или короче шерсть. Так, удлинение шеи жирафа, которое дает ему возможность поедать листья с более высоких веток, создает ему эволюционное преимущество и поэтому представляется логичным, что оно могло возникнуть в результате серии небольших мутационных изменений программы развития шейных позвонков. Но подобным образом принципиально невозможно объяснить возникновение сложных органов, – таких например, как печень или мозг, или сложных программ поведения, таких как танец пчел – поскольку эти объекты и явления помогают выживанию только в том случае, когда они полностью «укомплектованы», а отдельные мелкие изменения не дают никакого эволюционного преимущества и поэтому не могли бы закрепиться. Довольно яркий пример такой сложной программы представляет танец пчел. Когда одна из пчел-разведчиц находит пищу, она возвращается в улей и сообщает другим пчелам о расположении корма пчелиным «танцем». В танце углы поворота тела и биение крыльев кодируют информацию о расстоянии до корма и о направлении по отношению к солнцу, причем учитывается изменение расположения солнца в связи со временем возвращения в улей. Пчела-разведчица должна представить информацию, а рабочие пчелы должны понять ее. Очевидно, что подобная система не может возникнуть в результате постепенного накопления небольших изменений, т.к. если она не является точной и полной (например если разведчица может показать информацию, но рабочие пчелы не могут ее понять, или если информация не полна, или если не учитывается изменение положения солнца и т.п.), то вся система становится бесполезна и не улучшает возможности добывать корм, а поэтому она (или ее «зачатки») должны были бы отмереть, а вовсе не закрепиться в ходе эволюции. Примеров таких систем в биологии множество, и дарвинизм принципиально не может объяснить их возникновение.
Дарвин и сам признавал, что его теория не дает удовлетворительного объяснения механизма возникновения сложных структур. Он писал: «Предположение о том, что глаз, со всеми его филигранными механизмами регулировки фокуса хрусталика, настройки на яркость света и коррекции сферических и хроматических аберраций, возник в результате естественного отбора, – может показаться, будем смотреть правде в глаза, в высшей степени абсурдным».
Далее Дарвин выдвигает предположение о том, что глаз млекопитающих возник в результате постепенных изменений светочувствительных мембран примитивных организмов. Однако это предположение не дает описания того, как формируется каждая промежуточная ступень и почему каждая из ступеней, взятая сама по себе, полезна для выживания организма, и аргументы в пользу этой гипотезы чрезвычайно слабы. Вообще, дарвинизм это единственная область современной биологии, где соображение «возможности», предположение о том, что «так могло бы быть», принимается научным сообществом как достаточное. И причина того, что несмотря на эту очевидную слабость дарвинизм остается весьма распространенным среди биологов, состоит в том, что единственной альтернативой теории Дарвина до последнего времени считался креационизм – который, как мы об этом уже упоминали, в своей классической форме неприемлем с научной точки зрения из-за противоречия множеству фактов из палеонтологии, геологи и т.д., и кроме того, не дает экспериментально проверяемых предсказаний, и потому научно неинтересен. Таким образом, в рамках науки у идей дарвинизма вообще не было конкурентов, так что у биологов практически не было выбора в этом вопросе.
Однако, как мы уже отметили, за последние годы в придачу к исходным проблемам дарвинизма, (таким как возникновение сложных структур), добавилось много новых, т.к. возникло множество новых научных данных, которые весьма трудно или невозможно объяснить в рамках дарвинизма. Эти данные делают необходимым сформулировать альтернативную эволюционную гипотезу, которая бы объясняла существующие противоречия и была бы экспериментально проверяемой.
Новые данные, не описываемые теорией Дарвина
Данные палеонтологии: проблема отсутствия переходных форм в ископаемых отложениях
В соответствии с теорией Дарвина эволюция представляет собой медленное накопление мелких изменений. Но если это так, то в результате эволюции должно было быть образовано множество переходных форм, дающих «непрерывный» переход от одного вида к другому; а тогда в окаменелых отложениях мы должны были бы находить массу «бракованного (промежуточного) материала», постепенно формировавшего тот или иной признак.
Ч. Дарвин в книге «Происхождение видов» подчеркивает этот момент: «Если моя теория верна, то обязательно должны существовать переходные формы, связывающие виды между собой. Доказать их существование можно только с помощью ископаемых останков». В разделе под названием «Трудности теории» в его книге он пишет так: «Если на самом деле виды произошли друг от друга, постепенно развиваясь, то в таком случае, почему мы не сталкиваемся с бесчисленным количеством переходных форм? Почему в природе все на своих местах, а не в хаосе? Должны быть бесчисленные переходные формы в многочисленных слоях земли... Почему каждое геологическое строение и каждый слой не наполнены этими связующими звеньями? Геология не смогла выдвинуть поэтапного процесса, не обнаружила переходных форм и, возможно, в будущем это будет самым веским аргументом против моей теории».
Единственным объяснением, которое Дарвин в предлагал для решения данной проблемы была нехватка в те годы палеонтологических находок. Он утверждал, что «при более детальном изучении останков, переходные формы будут обязательно найдены». Во времена Дарвина геолого-палеонтологический материал был действительно очень скудным, но с тех пор прошло полтора столетия и в огромном накопленном за это время палеонтологическом материале учеными было обнаружено множество «внутриродовых» переходных форм, например переходные формы в ряду эволюции лошадей или обезьян. Однако, при этом, не были найдены никакие переходные формы, связанные с появлением новых сложных систем, – например, новых органов.
Таким образом, палеонтологические находки не дают никакой возможности объяснить процесс возникновения происхождения новых типов многоклеточных организмов – которые, в частности отличаются друг от друга появлением новых систем органов, и которые хорошо изучены. (Мы не будем обсуждать возникновение и эволюцию бактерий и одноклеточных простейших, т.к. данные палеонтологии и геохимии о них лишь минимальны, и они не позволяют предложить разумную научно проверяемую гипотезу). Подчеркнем еще раз, что дарвинизм может неплохо объяснить микроэволюцию, т.е. эволюцию видов внутри рода; т.к. в таких рамках отличия одного вида от другого являются во многом, скорее количественным, чем принципиально-качественным. Наше же внимание будет сфокусировано прежде всего на проблеме скачков в эволюции, т.е. на появлении новых сложных систем и связанное с этим появлением новых типов и классов животных.
Данные палеонтологии: Кембрийский взрыв
Древнейшие остатки организмов на Земле датируются возрастом 3,5 млрд. лет. Окаменевшие части этих микроорганизмов хорошо сохранились и позволяют сделать заключение об их сходстве с современными бактериями и простейшими. Позже появляется наиболее древний и низкоорганизованный тип многоклеточных – губки. Эти первичные многоклеточные еще не образуют тканей, их клетки слабо дифференцированы и способны к взаимной трансформации. В течение сотен миллионов лет почти никаких изменений не происходит.
Линия развития настоящих многоклеточных начинается с типа кишечнополостных примерно 600 млн. лет назад или чуть позже. При этом, в кембрийских слоях, (это слои, датируемые примерно 570–520 млн. лет назад, различные типы многоклеточных организмов во множестве «вдруг» появляются сразу, причем в необыкновенном изобилии и разнообразии (так называемый «кембрийский взрыв»). Найденные в этом слое живые организмы имеют такие развитые и сложные физиологические системы, как глаза, жабры и система кровообращения. Наиболее удивительно то, что во время кембрийского взрыва одновременно появляются все существующие сегодня типы многоклеточных животных с громадным разнообразием тканей, органов и систем органов. Необходимо отметить, что появление всего этого разнообразия произошло практически одновременно (в масштабе геологии), а вовсе не на протяжении 50 млн. лет Кембрийского периода, т.к. все эти группы найдены во всем кембрийском слое.
С тех пор, за более чем 500 млн. лет, на Земле не появилось ни одного нового типа (= принципиально иного строения тела) животных. Различные типы беспозвоночных – кишечнополостные, членистоногие, моллюски, иглокожие – весьма существенно отличаются друг от друга планами строения тела; при этом связующие «звенья» между ними напрочь отсутствуют, и ни один класс ископаемых беспозвоночных не связан с другим какими бы то ни было промежуточными формами. Если бы, как утверждает Дарвин, эволюция происходила путем случайных небольших изменений – то переходные формы кембрийских существ должны были бы рождаться и умирать миллиардами. Однако, ничего подобного не наблюдается в наших палеонтологических коллекциях.
Таким образом, одновременное появление всех существующих типов указывает на то что идея Дарвина о том, что более сложные типы организмов развились из более простых путем многошагового постепенного усложнения, – не имеет подтверждения в палеонтологии.
Сравнение геномов
Основные характеристики организмов кодируются в их геномах. Концепция Дарвина о постепенном накоплении организмами уровня сложности непременно должна была бы проявляться в том, что у организмов различной сложности должны были бы быть соответствующие различия в сложности геномов. Однако, результаты геномных исследований разных типов животных оказались совершенно неожиданными. Оказалось, что геномы различных многоклеточных организмов, от плоских червей и до человека, находящиеся на гигантском эволюционном расстоянии, содержат весьма сходное количество генов – (примерно 17 тыс. у червя, 14 тыс. у мухи и 22 тыс. у человека. Как видно из этих цифр, >не существует корреляции между количеством генов и сложностью организма. Более того, ниже мы остановимся на факте, что многие системы генов, найденные у примитивных медуз, также существуют и функционируют у человека, однако при этом полностью отсутствуют у насекомых (далее мы выскажем гипотезу о том, что эти гены, вероятно, в процессе эволюции были утеряны). Кроме того, в то время как переход от одноклеточных к многоклеточным несет в себе существенные изменения в генах (появляется множество принципиально новых генов) – разница между геномами различных многоклеточных, хотя эволюционное расстояние между ними огромно, существенно менее велика. В процессе эволюции многоклеточных гены дуплицировались, изменялись, но принципиально новые гены почти не появились.
Такое сходство геномов многоклеточных организмов различных уровней сложности трудно объяснить в рамках дарвиновской концепции эволюции как системы, усложняющейся прогрессивно.
Эмбриология
В ходе развития организма формируются многочисленные органы и ткани. В последние годы были достигнуты огромные успехи в понимании того, как из начального яйца, представляющего собой одну клетку, и делящегося на две (и далее несколько) одинаковых клеток; развивается организм со сложной морфологией, множеством систем органов и сотнями различных тканей.
На ранних стадиях развития формируется общий план строения; это происходит с помощью морфогенов – веществ, индуцирующих образование, из тех или иных клеток эмбриона, определенных частей тела. Эти вещества диффундируют внутри эмбриона, образуя, под воздействием силы тяжести, градиенты концентрации морфогенов. Эти градиенты определяют далее оси организма: (верх-низ, право-лево, т.д.) Далее, вдоль осей формируются сегменты, и позднее внутри сегментов формируются системы органов
Формирование сегментов зародыша регулируют семейство генов Hox. Каждый из генов Hox регулирует формирование отдельного сегмента: головы, груди и т.д.
При этом оказывается, что общий план развития организма на анатомическом и генетическом уровне аналогичен у всех типов животных. Однако, согласно Дарвину, построение эволюционного древа по данным зоологии точно предполагает, что существуют, по крайней мере, две основных ветки эволюции, одна – первичноротые организмы, заканчивающаяся членистоногими, и другая – вторичноротые организмы, заканчивающаяся хордовыми и человеком; при этом утверждается, что эти ветки разошлись примерно на уровне очень примитивных червей. В связи с этим удивительно, что и у хордовых и у членистоногих функционально аналогичные системы органов управляются одинаково. Например, функционально сходные крылья насекомых и птиц (появившиеся, в соответствии с концепцией Дарвина, совершенно независимо друг от друга, и каждая в рамках процесса случайных мутаций и накопления мелких выгодных изменений и не имеющие поэтому никаких эволюционных связей между собой) контролируется одинаковыми способами – хотя при этом у их общего предка, червей, не было вообще никаких крыльев и механизма управления ими.
Другой пример: у червей, предполагаемых общих предков хордовых и членистоногих, не было глаз – и, следовательно, по теории Дарвина глаза у хордовых и глаза у членистоногих возникли совершенно независимо друг от друга через накопления случайных мутаций. Тем не менее, ген, включающий развитие глаза (т.е. воздействующий на клетку эмбриона так, чтобы из нее вырос глаз) у хордовых и членистоногих, практически один и тот же, он называется Pax6. В эксперименте слепым мухам (членистоногим) с мутацией в этом гене внедрили в ногу аналогичный ген-выключатель, ответственный за развитие глаза у мышей (хордовых), в результате чего мышиный ген-выключатель вызвал у мухи на ноге (в месте внедрения гена) развитие нормального глаза мухи.
Необходимо отметить, что глаза млекопитающих во многом принципиально отличны от глаз мух. Но при этом оказалось, что программы развития этих морфологически отличных, но функционально сходных органов, – включаются одним и тем же способом! Трудно представить себе, как вообще можно было бы объяснить этот факт в рамках концепции дарвинизма.
Еще один интересный случай аналогичной генной регуляции функционально сходных структур у двух разных эволюционных веток организмов мы можем видеть на примере механизма формирования речи человека и механизма обучения птиц пению. Нейробиологи обнаружили, что один и тот же ген FoxP2 является ключевым компонентом как певческих способностей у птиц, так и формирования речи у человека. Особенность (и подобие) человеческой речи и пения птиц состоит в том, что обе эти функции обучаемы (т.е. человек не рождается уже умеющим говорить, он учится этому от других людей в процессе взросления, и также птицы учатся петь одна у другой) – и оказалось, что эта обучаемость в обоих случаях зависит от гена FoxP2 (и если он поврежден, то данная особь – не обучаема). Интересно отметить, что ген FoxP2 имеется не только у человека и птиц, но он был найден и у многих других животных, включая, например, даже таких молчунов, как крокодилы. Однако у поющих птиц и у человека этот ген активно включается в определенной зоне мозга, зоне Брока, в то время как у неговорящих и непоющих животных этот ген хотя и имеется, но в зоне Брока не функционирует. И еще раз отметим, что ни у общих предков, ни даже у близких видов, никакой похожей функции не существует.
Таким образом, мы сталкиваемся с проблемой возникновения новых сходных качеств в параллельных ветвях эволюции, которых не было у общего предка, и эти качества контролируются одним и тем же образом. Все это наводит на мысль, что подобные качества и функции были «внедрены» в организмы заранее, хотя они и никак не проявляли себя у их общих предков.
Отметим еще одну особенность Hox-генов, отвечающих за основные программы развития организма. Исследования показали, что последовательность Hox-генов на хромосоме в точности соответствует порядку развития сегментов, которые они кодируют (т.е. они выстроены на хромосоме в точном порядке «от головы до хвоста» животного). Такая система расположения генов в хромосоме никак не объясняется концепцией Дарвина, в представлении которой различные элементы возникали в случайной последовательности. Более того, эта последовательность не следует ни из каких известных соображений строения хромосом и генетики вообще. С другой стороны, соответствие порядка «записей в хромосоме» функциональным свойствам генов и порядку кодируемых ими органов наводит на мысль о заранее задуманном точном плане организма – плане, которого можно было бы ожидать от инженера, заранее чертящего план будущего дома.
Новая модель эволюции
В связи со всеми вышеупомянутыми проблемами, мы предлагаем ниже новую модель эволюции. Наша модель предполагает, что многоклеточные организмы появились в начале Кембрийского периода в результате особого события, «вмешательства извне», когда организмы получили «универсальный геном».
Мы не знаем природы этого события и оставляем вне нашего рассмотрения вопрос о том, было ли это «актом Творения» или вмешательством какой-то другой, внешней по отношению к нашей жизни на земле Силы; но мы считаем, что не представляется возможным объяснить существующие факты как естественный «внутриземной» процесс.
Итак, наша модель предполагает, что все многоклеточные организмы, относящиеся к различным типам, обладали универсальным геномом. Все эти группы появились одновременно (Кембрийский взрыв в палеонтологии), и поэтому геномы различных многоклеточных так похожи. В универсальном геноме была записана информация об устройстве всех основных сегментов и систем органов у всех типов животных. Тем самым, организм, принадлежащий к каждому из типов, имел в своих генах информацию о развитии любого другого типа. Однако в одних организмах включались одни программы развития, а в других – другие. Эта разница во включении программ определила то, что одни животные стали червями, а другие хордовыми. Другими словами, мы утверждаем, что черви не обладают сердцем, легкими и мозгом не потому, что этого нет в их геноме – но из-за того, что требующиеся для этого эмбриональные программы не «включаются» у них – несмотря на то, что код этих программ закодированы в их геноме.
Это не означает, что исходные программы кембрийского периода полностью соответствуют существующим сегодня. Программы развития в универсальном геноме могли изменяться, при этом они могли как локально улучшаться, так и что-то терять. Более того, наша модель не отрицает, что локальные улучшения могли происходить даже и в соответствии с концепцией Дарвина, т.е. «небольших случайных изменений и закрепление полезных из них» – однако, с точки зрения нашей концепции, это касается только деталей, и «доводка» происходит после того, как все основные органы уже существуют (или, иначе говоря, после того, как с самого начала базовая информация об устройстве основных систем была заложена в организмы).
При этом, поскольку самыми примитивными многоклеточными являются кишечнополостные, то мы предполагаем, что искать универсальный геном нужно именно у них.
Потеря генов
Как известно, у примитивных организмов часто не находят определенных генов, присутствующих у более развитых форм. Например, у плоских червей отсутствуют белки семейства EphR, которые выполняют важные функции у человека. Теория Дарвина, конечно, объясняла этот факт таким образом, что человеческие гены развились из генов червей в результате прогрессивной эволюции, и поэтому новые гены появились в процессе этой эволюции. Однако, предлагаемое нашей моделью альтернативное объяснение заключается в том, что исходно у червей эти гены были, но впоследствии потерялись из геномов из-за неиспользования. Иными словами, в процессе эволюции имела место потеря неиспользуемой генетической информации. Из такого предположения может быть сделано экспериментально проверяемое предположение – а именно, что у организмов, более примитивных, чем черви, эти гены могли сохраниться.
Действительно, сравнивая геномы, мы можем легко убедиться, что примеров потери генов в эволюции имеется множество, однако, до недавнего времени мало кто отдавал себе отчет в том, что потеря генов – это явление массовое и часто параллельное «прогрессивной эволюции». Например, геномы примитивнейших кишечнополостных несут удивительно развитые системы регуляторных генов. У человека эти системы генов нужны для различных программ эмбрионального развития, но что эти гены делают у кораллов и медуз – абсолютно непонятно и необъяснимо с точки зрения дарвиновской концепции. Итак, существует гигантское разнообразие и сложность системы регуляторных генов у примитивнейших животных, при том, что у таких неизмеримо более развитых организмов как насекомые, многие из этих генов отсутствуют – т.е. насекомые потеряли множество регуляторных генов, которые присутствуют у кишечнополостных.
Ярким примером возможной генетической потери может послужить семейство генов Wnt, регулирующих программы развития. Млекопитающие обладают 19 генами Wnt, которые подразделяются на 12 семейств, в зависимости от их сходства и функций. Гены Wnt идентифицированы у позвоночных и беспозвоночных, но отсутствуют у растений и одноклеточных. Они относительно сходны, но их количество варьируется. У кишечнополостной гидры – 2 гена Wnt.
По дарвиновской схеме следовало бы предположить, что в процессе эволюции от кишечнополостных к млекопитающим появлялись новые ткани и органы, и поэтому требовались новые гены развития, и что они были приобретены со временем. Однако недавно у кишечнополостной Nematostella vectensis были идентифицированы 12 генов Wnt, которые подразделяются на 11 семейств, точно соответствующие 11 из 12 семейств Wnt у млекопитающих. Таким образом, очевидно что у исходных кишечнополостных было по крайней мере 11, а может быть, и все 12 Wnt-семейств. Гидра потеряла 10 из них (и у нее осталось лишь 2 Wnt-гена), а анемона потеряла только 1 и у нее осталось 11.
Подводя итог, можно сказать, что недостаточность какой либо функции или органа у простейшего организма не обязательно означает их приобретения со временем в процессе эволюции, но может означать также и потерю или упрощение данных функций у этого простого организма, в ходе последних 500 млн. лет эволюции.
Предложение экспериментальных проверок и «естественные эксперименты»
Достоинство предлагаемой модели в том, что она дает достаточно жесткое экспериментальное предсказание: а именно, в геномах более примитивных организмов должны быть закодированы программы развития систем органов, присущих более сложным организмам. Однако, учитывая, что со времени возникновения «универсального генома» прошло примерно 550 млн. лет, и многие системы терялись в результате неиспользования, в геномах современных примитивных организмах можно ожидать найти лишь немногие из сложных программ, и, возможно, лишь их осколки – но они непременно должны там быть. Ниже мы опишем некоторые эксперименты, которые можно поставить для проверки нашей модели. При этом весьма интересно отметить, что природа сама предоставила нам несколько экспериментов, один из которых оказался чрезвычайно ярким.
А именно, медузы семейства Cubozoa противоречат всем традиционным представлениям об эволюции. Чрезвычайно сложные органы зрения могли бы сделать их весьма «зоркими», если бы животное обладало достаточно развитой нервной системой для обработки воспринимаемой информации – чего, конечно, у медузы нет.
Tripedalia cystophora, живущая в тропических водах, имеет 24 «глаза». 16 из них – обычные фоторецепторы, которые присутствуют у многих медуз и служат лишь для измерения силы света. Однако, кроме фоторецепторов, у этих медуз есть 8 глаз, сгруппированных по два – один большой и один маленький. Эти глаза у медузы очень сложны, они обладают хрусталиком и сетчаткой, и в целом чрезвычайно похожи на глаза млекопитающих. Поле зрения составляет почти 360 градусов, но медуза неспособна сфокусировать взгляд на окружающих объектах. Интересно, что хотя хрусталик очень совершенен и способен создавать четкое изображение, его фокусное расстояние очень велико, так что зрительный образ располагается вне сетчатки (которая, соответственно, не может его воспринять). Таким образом, видеть объекты медуза не может, она может видеть лишь тени. Более того, реально зрение требовало бы активного участия головного мозга, который вообще отсутствует у медуз. (Нервные клетки, разбросанные по всему телу медузы и образующие отдельные узлы, не могут выполнять «специальные» задачи – такие, как обработку сложных изображений).
В рамках дарвинизма совершенно непонятно, каким образом у медуз мог «случайно» возникнуть столь сложный и абсолютно «бесполезный» орган, не дающий эволюционных преимуществ и не существующий ни у одного из близких видов. Однако, в соответствии с новой моделью эволюции, этот феномен легко объясним: программа развития глаза уже существовала у медуз и могла в результате мутации случайно включиться у вида, которому она не предназначена. При этом программа эта, конечно, не идеальна и, более того, могла слегка «подпортиться» в результате неиспользования в течение долгого времени или в результате самой мутации; а поэтому хрусталик обладает неправильным фокусным расстоянием.
Интересно отметить, что у кишечнополостных также присутствует ген Pax6, который нужен для развития глаз у млекопитающих и у насекомых (у самих кишечнополостных глаз, естественно нет). Более того, если взять этот ген у анемоны и подсадить слепой мухе, то у нее тоже появится глаз, как это и в опыте с пересадной мухой гена Pах6 от млекопитающих. Таким образом, и морфологически и генетически системы зрения у нас и у медуз очень сходны.
Аналогично этому «природному эксперименту» прямая проверка нашей гипотезы заключалась бы в том чтобы «включать» у примитивных организмов программы развития органов, которых у них нет, но которые при этом есть у более сложных организмов. Например, направлением экспериментов могла бы быть попытка с помощью пересадки «включателя» получить четырехкамерное сердце (и, соответственно, двух кругов кровообращения) у лягушки. Как известно, у лягушек и других амфибий сердце трехкамерное, и венозная кровь смешивается с артериальной. Переход к четырехкамерному сердцу – это развитие принципиально новой системы, связанное с большим количеством изменений в кровеносных сосудах, которое представляет собой гигантский эволюционный скачок. Однако этот скачок в ходе эволюции происходил, по крайней мере, три раза, и при этом (по Дарвину) независимо – у млекопитающих, у птиц и у крокодилов. Поэтому мы можем предположить, что и для более простых, в эволюционном смысле, существ требуется лишь небольшое изменение для «включения» этой программы, и его нам будет несложно получить экспериментальным путем.
Предложенная выше модель эволюции является улучшенной и конкретизированной версией идеи Intelligent design или «разумный замысел». Мы не знаем, каким образом возник универсальный геном, был ли он создан и заложен Божественной волей, «инопланетянами» или это произошло как-то иначе (точно также, как как Гамовская теория «Большого взрыва» не объясняет, почему произошел этот «взрыв» или «кто» его запустил; она лишь дает объяснение эволюции Космоса после Большого взрыва, и позволяет экспериментально проверить предсказания, связанные с ним. Наша задача – создать научную (проверяемую) модель развития эволюции после создания универсального генома и предсказать, на основании этого, результаты эксперимента. В любом случае эта новая научная модель дает нам совершенно иную картину окружающего мира, чем та, которая рисуется идеями Дарвина.
P.S.
Письмо Михаила Шермана
Уважаемые Дамы и Господа,
Недавно я узнал, что моя публикация о Universal Genome стала предметом дебатов в блогосфере. Часть проблемы является результатом поста на Русском сайте Маханаим. Я очень сожалею об этом посте, так как я вовремя не обратил внимания на его появление. Это была неотредактированная запись обсуждения на общефилософские темы в Иерусалиме в 2005, не имеющая научного смысла. Я извиняюсь, что пропустил его.
Здесь я хочу прояснить свою позицию относительно моей публикации о Universal Genome (Sherman M. Universal Genome in the Origin of Metazoa: Thoughts about Evolution. (2007) Cell Cycle, 6:1873-1877), так как в блогах многие мои слова были искажены, и мне было приписано то, что я никогда не произносил.
Обычно я не читаю и не пишу в блогах, и я не знаком с этой культурой. Вероятно, из-за этого мне было особенно неприятно читать личные нападки. Многие из них выходят за рамки простой цивилизованности, и я не буду их касаться.
Теперь о моей позиции. Я вижу ряд существенных проблем с дарвиновской моделью МЕХАНИЗМА эволюции, некоторые из которых были рассмотрены в моей первоначальной публикации. Однако я не занимался критикой этой модели. Это было мне просто не интересно. Вместо этого, я пытался предложить альтернативную модель, которая лучше соответствует существующим данным.
Моя альтернативная модель предполагает существование Универсального Генома, который кодирует все основные программы развития. При этом различные большие таксоны " выбирают", какие из этих программ они используют. Я должен сказать, что сейчас, через шесть лет после публикации, я бы не использовал один из моих аргументов, а именно что двойное использование генов является необычным феноменом, потому что стало известно, что это явление широко распространено. Остальные мои аргументы остаются в силе.
Некоторые из моих критиков упускают из виду, что новизна моей гипотезы не связана с каким-либо конкретным аргументом. В самом деле, некоторые из них были обсуждены ранее другими авторами.
Уникальность моей гипотезы состоит в том, что, во-первых, она соответствует всем (насколько мне известно) существующим данным, и, самое главное, предлагает четкие экспериментально проверяемые предсказания. Эти предсказания подробно обсуждены в моей публикации. Если предсказания окажутся ошибочными, то моя модель должна быть отклонена и забыта. Однако, если они верны, то это будет сильным и объективным показателем в её пользу. В заключение, я рассматриваю эту модель как одно из моих главных интеллектуальных достижений.
К сожалению, экспериментальная проверка модели лежит вне моей технической экспертизы, т.к. моя основная специализация это биология рака. Я очень надеюсь, что в конечном итоге моя модель будет проверена специалистами.
Michael Sherman
Dear Everybody,
Recently I learned that my publication about the Universal Genome became a subject of a heated debate in the blogosphere. Part of the problem results from the Russian post on the Machanaim website. I feel bad about this post since I did not pay any attention to its appearance. It was an unedited record of a casual discussion on general philosophical topics with no scientific meaning. I apologize.
Here, I would like to clarify my position regarding my original publication (Sherman M. Universal Genome in the Origin of Metazoa: Thoughts about Evolution. (2007) Cell Cycle, 6:1873-1877), since disappointingly, in the blogging many of my words were misinterpreted, and some people took a liberty of putting in my mouth words that I have never said.
Usually I do not read or write blogs, and I am not familiar with this culture. Maybe because of that it was quite unpleasant to read personal attacks. Many of them go beyond simple civility, and I will not address them.
Now about where I stand, I see a number of significant problems with the Darwinian model of the MECHANISM of evolution, some of which were discussed in my original publication. However, criticizing this model was simply not interesting to me. What I tried to do was come up with an alternative model that better fits existing data.
My alternative model suggests the existence of the Universal Genome that encodes all major developmental programs, and different taxons “chose” which of these programs they utilize. I have to state that now, six years after the publication, I would not use one of my arguments, i.e. that dual use of genes is something unusual, because now it became clear that this phenomenon is widespread. However, to the best of my scientific judgment, the rest of the arguments are still valid.
Some of my critics missed a simple point that my hypothesis is novel not due to any particular argument. Indeed, some of them have been discussed previously.
The uniqueness of my hypothesis is that it is both consistent with all (to my knowledge) existent data, explains facts that are not easy to explain in the framework of the Darwinian model, and most importantly, makes clear experimentally testable predictions. These predictions were explicitly discussed in my publication. If the predictions are tested to be wrong, my model must be dismissed. However, if they are correct, it will be a strong and objective indication in favor of the model. In conclusion, I view this model as one of my major intellectual achievements.
Unfortunately, the experimental testing of the model lay outside of my technical expertise, as I am a cancer biologist. I very much hope that eventually it will be tested by specialists.
Best wishes,
Michael Sherman
Комментариев нет:
Отправить комментарий