Книга Дж. Шапиро (J. Shapiro, "Evolution: a view from the 21st century") о современном взгляде на предмет биологической эволюции написана профессионалом в области молекулярной генетики, микробиологии и биохимии. Повествование ведется очень ясным и точным языком, приводятся многочисленные ссылки на исходные работы, подтверждающие тезисы книги. Книга призвана обобщить находки молекулярных биологов и существенным образом пересмотреть теорию эволюции, в которой за более чем 150 лет с момента написания "Происхождения видов…" Ч. Дарвина не удалось серьезно углубиться в количественные и некоторые качественные проблемы. До сих пор люди верят в понятие "случайных мутаций" и достаточность времени существования Земли для появления всего разнообразия живых форм, наблюдаемого сегодня, непосредственно и в ископаемых остатках.
Современный стиль написания (отечественных) книг по теории эволюции сложился вполне определенно. Нужно пояснить основной смысл теории, заложенный еще Ч. Дарвином, рассказать про элементы теории наследственности, которые легли в основу современной теории эволюции, а дальше лишь привести неимоверное количество экспериментальных данных в пользу вышеизложенного с углублением в область космологии и теории начала нашей вселенной. Закончить (а лучше даже начать) непременно нужно, рассказав в немного вызывающей и саркастической форме про неких "креационистов", которые на фоне стиля вышеизложенного кажутся просто смешными и очевидно глупыми.
Надо сказать, что с момента гениальной идеи Дарвина о схожести существующих и ископаемых форм теория эволюции не очень-то сильно продвинулась вперед, если говорить о предмете самой теории. Современная теория лишь дополнена законами генетики и молекулярной биологии. С другой стороны, факты и экспериментальные свидетельства в пользу основных положений теории появляются в специальной литературе с неимоверной скоростью. Во всяком случае, в обществе теория понимается лишь постулатами, сформулированными самим Ч. Дарвином, а также теми законами, что поясняет генетика и биохимия.
Здесь речь пойдет о совершенно другом подходе к написанию книги о теории эволюции. Возможно, подобный подход станет правилом в XXI веке, о котором, собственно, упомянуто и в названии.
Автор книги, Джеймс Шапиро (James Shapiro), является профессором микробиологии университета Чикаго. В разное время он работал под руководством Сидней Бреннера (Sydney Brenner) [1] и Барбары МакКлинток (Barbara McClintock) [2], с которой был также дружен и которая, по выражению автора, открыла его глаза на науку вообще и на эволюцию в частности. Докторская диссертация автора посвящена структуре галактозного оперона в кишечной палочке (Escherichia coli K12), где впервые сделано предположение о наличии мобильных генетических элементов [3] у бактерий. Позже он подтверждает эту гипотезу, работая в лаборатории Франсуа Жакоба [4] в Пастеровском институте. Наряду с другими важными открытиями в 1984 году он опубликовал первый пример того, что сейчас называется "адаптивной мутацией". До этого в Гарвардской Медицинской Школе он с коллегами клонировал и очистил lac оперон [5] кишечной палочки, используя генетические манипуляции. Это достижение получило всемирное признание. В 1979 году он сформулировал первую точную молекулярную модель перемещения и копирования фага Мю [6] и других транспозонов [7]. Совместно с Патом Хиггинсом (Pat Higgins) в 1989 он показал, что активация фага Мю в колонии бактерий организована в пространстве. Иными словами, это не случайный процесс, а строго скоординированный.
Предыдущий параграф призван показать, что книга написана не профаном и не образованным "любителем чтения" научной литературы, а серьезным специалистом и профессионалом, добившимся многого в научной среде. Со 175-й по 239-ю страницы книга содержит только (!) ссылки на источники, которые использовались в написании книги и которых в общей сложности 1162. Со 149-й по 174-ю страницы с книге приводится словарь специальных терминов. Книга написана для обычных людей, простым языком и всего содержит 253 страницы. Таким образом, больше четверти книги — это ссылки на профессиональную и научно-просветительскую литературу. Привожу эти данные для того, чтобы не создалось впечатления, что автор сочинил книгу на свой лад и согласно своему видению проблемы. Наряду с простотой языка изложения книга обладает типичной чертой научного произведения: написана в строгих научных традициях, где каждый тезис подтверждается ссылкой на фактическое исследование вопроса. Это, повторюсь, отличает книгу от всех современных книг по теории эволюции, особенно отечественных.
Автор сразу разделяет два аспекта эволюции, которые зачастую перемешиваются и не разделяются. Первое, само появление новшеств и, второе, отбор этих новшеств. Те, кто формулировал (и до сих пор как-то умудряются формулировать) теорию эволюции образца начала и середины 20 века, приписывали первому аспекту случайную природу. Концентрируясь на селекции и отборе более приспособленных, они, дабы не подвергать сомнению стройности теории, легко "кидали" предположения о том, что изменения происходят случайным образом, методом проб и ошибок, и что миллиардов лет существования нашей планеты хватило для образования всего того разнообразия, что мы наблюдаем сейчас и в сохранившихся ископаемых остатках. Эта вера их подвела. Не стоит в науке вступать на путь веры, она к этому не приспособлена, но, чтобы завладеть умами, приходится хитрить.
Автор не забывает и про религиозный контекст, в котором зачастую формулировались постулаты первых вариантов теории эволюции:
Итак, существует базовая предрасположенность научного сообщества ко всяким сверхъестественным силам. Они даже придумывают философские принципы, дабы обосновать подобную шаткую позицию. Способность изменять свою собственную наследственность есть неопровержимый факт естественнонаучной картины мира. Факт!
Данный факт не доказывает с необходимостью наличие сверхъестественных сил, но признание этого факта для многих, в том числе и тех "первооткрывателей" теории эволюции и их современных продолжателей, есть признание своей собственной несостоятельности как научных работников, так как по сути это есть пример неслыханного вознесения своего собственного "Я" и возможностей того, чем они занимаются профессионально, над логическими построениями и рациональностью, которые требуют признания того, что любой факт или свидетельство, найденные потенциально в будущем, могут заставить пересмотреть все, на чем мы базируем наши представления о мире сегодня. Это — победа их (ученых данной группы) амбиций и сиюминутных (на шкале времен эволюции) планов и желаний над очевидным, подтверждаемым из поколения в поколение свойством мироздания — свойством изменять и корректировать теории, гипотезы и догадки, основанные на фактах, но никак из них напрямую не вытекающих, а являющихся лишь предположениями, которые кажутся наиболее очевидными на момент формулирования теории или гипотезы в свете накопленных знаний.
Повторюсь, я не разделяю мнения о том, что факт наличия адаптивных механизмов изменения наследственности доказывает с необходимостью и достаточностью наличие сверхъестественного начала. Я лишь говорю о том, что фанатики науки потому и не воспринимают этот факт серьезно, что для них самих он служит такого рода доказательством. Это, в свою очередь, свидетельствует о их слабом развитии в области логики, естествознания и философии науки.
Итак, мы можем с очевидностью сказать, что бурное развитие генетической инженерии породило массу научных мифов и легенд, которые время расставило именно в эти категории. Мы фокусируем наше внимание на мелких деталях мироздания, отделяя их от внешней среды. Это позволяет нам изучить объект интереса на должном уровне детализации. Будучи не в состоянии в силу различных причин заглянуть глубже и дальше, мы строим гипотезы и теории, которые отражают наше современное знание и иногда выходят далеко за пределы лабораторий и научной этики. Некоторые особо рьяно подхватывают идеи, развивают еще дальше и вот, глядишь, от фактов не осталось и следа, а везде только и толкуют о "научных достижениях", вести о которых получены из "третьих рук".
Автор последовательно развивает концепцию "естественной генной инженерии" ("natural genetic engineering"), то есть такой направленной (слово инженерия подразумевает дизайн!) модификации генома живого организма, которая происходит естественным образом, без участия, например, человека. Напротив, мы привыкли слышать в новостях и от разных ученных людей, что многие наши продукты питания или другие полезные для жизнедеятельности человека товары есть результат (искусственной) генной инженерии — нацеленного создания биологических свойств человеком в лабораторных условиях.
Геном любого живого организма обладает свойством чтения-записи ("read-write").
Далее автор перечисляет все системы записи и модификации генома, которые были найдены на различных уровнях организации живой материи, останавливаясь на них вкратце и лишь на самых важных и общих характеристиках. Этот список переполнен ссылками на соответствующие исследования и источники.
Резюмируя книгу в одной из последних глав, названной "Что может представлять из себя теория эволюции 21-го века", автор приводит следующее общее наблюдение.
Причины такого подхода ясны и заключаются в фактическом накопленном материале за предыдущие два столетия в естественной науке: физике, химии и биологии. В этой перспективе такой подход обоснован, но парадигма меняется, так как природа дает гораздо больше того, что мы можем переработать в единицу времени своего земного существования даже с учетом всего знания, накопленного такими же обычными людьми до нас. Эти уроки повторяются из века в век с каждым новым поколением, выставляющим напоказ свой оборванный клочок понимания мира, который представители этого поколения называют гордо знанием.
В заключение стоит отметить, что эта книга будет полезна всем, от педагогов до студентов, так как она расширяет кругозор и является своего рода энциклопедией, где автор в поддержку тезиса "естественной генной инженерии" собрал значительный материал по исследованиям в этой области, в которую и сам внес значительный вклад. Приходится констатировать, что эпоха смены парадигмы в области генетики и молекулярной биологии уже на подходе. В будущем еще будет много экстраполяций реального фактического материала, возведение его в ранг абсолютного знания с последующим призывом в средствах массовой информации и учебных заведениях, требующим насаждения нового "знания", — это свойство человека и науки, которую он формирует сам. Думаю, что настоящему ученому стоит понимать, что он есть продукт "в процессе становления", ищущий новых знаний и понимающий, что знания могут преподносить сюрпризы в виде абсолютно новых ракурсов видения старых фактов и проблем. В конце концов, это и есть эволюционный принцип, принцип развития человека как создания разумного.
В дополнение к теме:
Что с вами, почему вы не соотносите с Богом ту серьезность (важность, достоинство) [то величие], которые присущи [лишь] Ему [Господу миров?! Почему воспринимаете Его в контексте вашей земной жизни, ограниченной стереотипами и парадигмами?!]. А ведь Он [Создатель] сотворял вас по этапам (стадиями). [17]
Неужели человек [прожил века] прожил большой отрезок времени ?! [Неужели сын человеческий прожил так много лет, у него столь многовековой опыт, что он может быть до такой степени уверенным в вопросах веры-безверия и так нагло себя вести?!] [Но ведь не так давно] он был ничем, о нем никто не знал (не вспоминал)! [18]
Каждый день у Господа твоего как тысяча лет, которыми вы живете. [19]
Все сотворенное им совершенно [сделано мастерски, наилучшим образом, в гармонии со всем остальным]. И дал [Он] начало сотворению человека из глины. Затем сделал [сотворение] потомков его (Адама) из сгустка ничтожной жидкости. Позже подготовил его [запустив процесс развития органов и частей тела] и вдохнул в него от духа Своего [то есть оживил находящуюся в процессе формирования материю]. Он дал вам [люди] слух, зрение и сердце. Но вы мало благодарите. [20]
Разве не видят они, как Всевышний Творец [Бог, Господь] начинает (делает в первый раз, творит) творение, а потом возвращает его [это — и сходные принципы биологической организации далеких друг от друга видов (крылья летучей мыши и крылья птиц, глаза различных видов животных, различные биохимические пути превращения веществ, присущие в одинаковой мере разным группам живых существ, нуклеиновые кислоты в качестве универсального вещества наследственности и т. д.), и разнообразные по своей природе циклические процессы (от вращения Земли, смены дня и ночи, до колебаний в гликолизе и клеточном цикле, и многие-многие другие системы, имеющие колебательное поведение), и схожие принципы и методология, заложенные в разных областях знаний (законы логики, индукции и дедукции)]? Воистину, это для Господа легко [в отличие от вас, людей, которым любое знание или постижение нового даются тяжелым трудом, а после вы кичитесь достигнутым, как будто сами это сделали, но не понимаете, что и мухи сотворить не можете, и лишь описываете и используете имеющееся]. Скажи: "Путешествуйте (передвигайтесь) по Земле и посмотрите, как Он [Господь] начинал (начал) творение [вымершие и доселе существующие животные и растения, народы и племена, пересохшие реки, озера и моря, потухшие вулканы]. После Всевышний Творец произведет последнее творение. Воистину, Он может все [и вы, люди, также умрете, но многие из вас за всеми своими наблюдениями истории и прошлого так и не узрели смысла своей собственной жизни: ответ на вопрос "зачем?" так и остался ограничен промежутком времени от рождения до смерти]". [21]
[1] Сидней Бреннер — южноафриканский биолог, сделавший чрезвычайно много в области раскрытия генетического кода, в том числе работая с Фрэнсисом Криком. В 2002 году Бреннер (совместно с еще двумя учеными) получил Нобелевскую премию в области медицины и физиологии за исследования генетической регуляции эмбриогенеза в маленьком круглом черве Caenorhabditis elegans, организме с малым количеством генов.
[2] Барбара МакКлинток — выдающийся ученый XX столетия, известный цитогенетик, она является первооткрывателем так называемых мобильных генетических элементов — участков молекулы ДНК, которые подвижны (!) и дрейфуют с места на место в геноме. Она явилась первой женщиной, получившей Нобелевскую премию, не разделяя ее ни с кем. Ее открытия пошатнули былую веру в то, что геном это статическая структура, передаваемая из поколения в поколение. Она разработала концепцию "управляющих элементов", согласно которой мобильные элементы могут управлять (активировать или тормозить) активность генов организма. Ее работы оказались тяжело восприняты научным сообществом, по ее собственному выражению, с "замешательством, даже враждебностью". Основываясь на этой реакции научного сообщества, она, боясь дальнейших конфликтов со сложившимися убеждениями, прекратила на время какие-либо публикации работ об управляющих элементах. Удивительно, что она всю жизнь проработала над изучением кукурузы и получила степень в ботанике, тогда как ее открытия являются фундаментальными в области генетики и эволюции. Барбара МакКлинток показала, что нужно заниматься тем, что по душе, и что пытливый ум найдет грандиозное в мелком, фундаментальное в незначительном.
[3] Мобильные генетические элементы — последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома.
[4] Известнейший французский микробиолог и генетик, получивший Нобелевскую премию за открытия, касающиеся генетической регуляции синтеза ферментов. Модель регуляции генов Жакоба-Моно — одна из известнейших моделей в своем роде, входящая в базовый курс для каждого, кто планирует заниматься исследованиями регуляции генома.
[5] Лактозный оперон (или lac оперон) — оперон, кодирующий гены метаболизма лактозы (сахарид, состоящий из глюкозы и галактозы). Оперон — единица генома, например, у бактерий, содержащая несколько кодирующих белки участков, объединенных под одним управляющим центром (оператором).
[6] Бактериофаги — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Фаг Мю (phage Mu) является одним из них.
[7] Транспозон — один из видов мобильных генетических элементов.
[8] Здесь и далее привожу оригинальный текст, дабы не было недоразумений. "How does novelty arise in evolution? Innovation, not selection, is the critical issue in evolutionary change. Without variation and novelty, selection has nothing to act upon. So this book is dedicated to considering the many ways that living organisms actively change themselves."
[9] "Conventional evolutionary theory made the simplifying assumption that inherited novelty was the result of chance or accident. Darwin theorized that adaptive change resulted from natural selection applied to countless random small changes over long periods of time. In Chapter 6 of Origin of Species, he wrote: "If it could be demonstrated that any complex organ existed, which could not possibly have been formed by numerous, successive, slight modifications, my theory would absolutely break down. But I can find out no such case." His neo-Darwinist followers took the same kind of black-box approach in the pre-DNA era by declaring all genetic change to be accidental and random with respect to biological function or need. With the discovery of DNA as a hereditary storage medium in the 1940s and early 1950s, the accidental view of change received a molecular interpretation as arising from inevitable errors in the replication process. As many professional and popular press articles attest, the accidental, stochastic nature of mutations is still the prevailing and widely accepted wisdom on the subject."
[10] "In the context of earlier ideological debates about evolution, this insistence on randomness and accident is not surprising. It springs from a determination in the 19th and 20th Centuries by biologists to reject the role of a supernatural agent in religious accounts of how diverse living organisms originated. While that determination fits with the naturalistic boundaries of science, the continued insistence on the random nature of genetic change by evolutionists should be surprising for one simple reason: empirical studies of the mutational process have inevitably discovered patterns, environmental influences, and specific biological activities at the roots of novel genetic structures and altered DNA sequences. The perceived need to reject supernatural intervention unfortunately led the pioneers of evolutionary theory to erect an a priori philosophical distinction between the “blind” processes of hereditary variation and all other adaptive functions. But the capacity to change is itself adaptive. Over time, conditions inevitably change, and the organisms that can best acquire novel inherited functions have the greatest potential to survive. The capacity of living organisms to alter their own heredity is undeniable. Our current ideas about evolution have to incorporate this basic fact of life."
[11] "Like the man searching for his key under the lamppost, we currently focus our thinking about heredity almost completely on DNA sequences, because our ability to read and manipulate them lies in the heart of present-day biotechnology. [...] To date, all studies of genetically modified organisms have required an intact cell structure for the introduction of new genetic information by DNA or nuclear transplantation. [...] As Rudolph Virchow articulated it in 1858, "omnis cellula e cellula" ("every cell comes from a cell"). [...] Simple reflection makes it obvious that a properly structured egg is essential to hereditary transmission in all "higher" organisms." Подобную позицию относительно яйца отстаивают многие ученые, в их числе и Денис Ноубл, изложивший это и многое другое в книге "Музыка Жизни".
[12] Совсем еще недавно летом 2013 года на одной крупнейшей конференции прозвучал доклад представителя очень крупного научно-исследовательского института одной европейской страны, в котором проводятся исследования вопросов эволюции. Докладчик рассказывал об исследовании модели, в которой подразумевается случайное (!) блуждание в пространстве состояний. На основе исследования делался вывод о скорости эволюции. Автор является очень квалифицированным специалистом, заявившим в кулуарных беседах, что знаком с книгой Дж. Шапиро, да и с концепцией натуральной генной инженерии. Видимо, реакционность ума, обещания, данные в поданных грантах на исследования, и боязнь отхода от "популярных" областей также занимают свое место в длительном процессе смены научной парадигмы.
[13] "Thinking about genomes from an informatic perspective, it is apparent that systems engineering is a better metaphor for the evolutionary process than the conventional view of evolution as a selection-biased random walk through the limitless space of possible DNA configurations."
[14] "Virtually all cells possess the basic biochemical tools for modifying DNA: proteins that cut, unwind, polymerize, anneal, and splice DNA strands. The generic operations that living cells have been shown to carry out on their genomic molecules indicate that any rearrangement is possible as long as the product is compatible with the basic rules of DNA structure."
[15] "Conventional views of evolution were formulated before we learned about the structure of DNA and embarked on the molecular analysis of cells, morphogenesis, and the genomic record. They were formulated in the mid-19th Century and then reformulated in the mid-20th Century, when the prevailing philosophy in science was characterized by atomistic, mechanistic, and statistical thinking. The basic elements of the Modern Evolutionary Synthesis included ad hoc assumption about the random nature of hereditary variation, the diversifying effects of Mendelian segregation according to the rules of quantitative population genetics, the positive action of natural selection, and a belief that geological time was sufficient for the selection-guided accumulation of small adaptive changes to produce new life-forms."
[16] "Evolving life has far exceeded human ingenuity in producing immensely complex and reliable self-reproducing entities that have repeatedly managed to change, survive, and proliferate despite major ecological upheavals. Given the challenges we face as a species, it behooves us to find out as much as we can of nature''s wisdom in dealing with the inescapable trials of life."
[17] Св. Коран 71:13-14, перевод Ш. Аляутдинова, адаптированный. Так как текст ориентирован на публику со знанием естественных наук, существует немалая вероятность того, что уважаемый читатель не очень изощрен в знаниях Священных Текстов и богословия. Поэтому позволю себе напомнить, что все, что приводится здесь как ссылка на Священный Коран, не есть сам текст Писания, а лишь его перевод и интерпретация. И только Господу миров, Творцу всего и вся ведома истина.
[18] Св. Коран 76:1, перевод Ш. Аляутдинова.
[19] Св. Коран 22:47.
[20] Глина, жидкость, дух, форма и функция — последовательность такая. Св. Коран 32:7-9, перевод Ш. Аляутдинова, адаптированный.
[21] Св. Коран 29:19-20, перевод авторский.
См. также: Вместо введения, Эйнштейн и гравитационные волны, Свежий взгляд на основы