ЧЯД. Глава 5. 3

                РОЗА ИЗ СЕКОНД-ХЕНДА*

Неупрощаемо сложные системы, такие как мышеловка, машины Руба Голдберга и внутриклеточная транспортная система, не могут эволюционировать по Дарвину. Вы не можете начать с деревянной платформы, поймать несколько мышей, добавить пружину, поймать еще несколько мышей, добавить молоток, поймать еще несколько мышей и так далее: вся система должна быть собрана сразу, иначе мыши убегут. Точно так же вы не можете начать с сигнальной последовательности и заставить белок немного продвинуться в сторону лизосомы, добавить сигнальный рецепторный белок, продвинуться немного дальше и так далее. Или всё или ничего.

Хотя, возможно, мы что-то упускаем из виду. Возможно, одна из частей мышеловки использовалась для какой-то другой цели, кроме ловли мышей, как и другие части. В какой-то момент несколько частей, которые использовались для других целей, внезапно объединились, чтобы создать функционирующую ловушку. И, возможно, компоненты внутриклеточной транспортной системы первоначально выполняли другие задачи в клетке, а затем переключились на свою нынешнюю роль. Могло ли такое произойти?

Исчерпывающее рассмотрение всех возможных ролей для конкретного составного элемента невозможно. Однако мы можем рассмотреть несколько вероятных ролей для некоторых частей транспортной системы. Они покажут крайне малую степень вероятности, что компоненты, используемые для других целей, случайно адаптировались к новым ролям в сложной системе.

Предположим, мы начнем с белка, который находился в клеточной мембране. Предположим далее, что белку было полезно находиться там, потому что он упрочнял мембрану, делая ее устойчивой к разрывам и отверстиям. Может ли этот белок каким-то образом превратиться в закрытый канал? Это все равно, что спросить, можно ли превратить деревянные балки в стене шаг за шагом, маленькой мутацией за маленькой мутацией, в дверь со сканером. Предположим, деревянные балки были сведены вместе, и пространство между ними было ослаблено настолько, что штукатурка треснула и в стене образовалась дыра. Будет ли это улучшением? Отверстие в стене запустит в комнату насекомых, мышей, змей и других существ. Будет выпускать тепло или кондиционированный воздух наружу. Точно так же мутация, которая заставила белки сгруппироваться в мембране, оставляя небольшое отверстие, позволит хранящимся в клетке продуктам питания, солям, АТФ и другим необходимым материалам уплыть. Это не улучшение. Дом с дырой в стене никогда не продастся, а клетка с дырой в ней окажется в очень невыгодном положении по сравнению с другими клетками.

W Предположим, что некий белок может соединяться с начальными формами новых протеинов по мере того, как они производятся рибосомой. Предположим, что это будет улучшением, потому что новые, развернутые белки более уязвимы, поэтому размещение на них свернутого белка защитит их до тех пор, пока они полностью не будут сформированы и сложены. Может ли такой белок развиться, скажем, в частицу распознавания сигнала (SRP)? Нет. Такой белок помог бы новому белку быстро сворачиваться, а не держать его в развернутом состоянии – противоположность тому, что делает настоящая SRP. Однако свернутые белки не могут пройти через закрытый канал, по куда их направляет SRP. Кроме того, если бы прото-SRP заставил рибосому прекратить синтез, как это делает настоящая SRP, а механизм включения рибосомы еще не установлен, то это убило бы клетку (некоторые смертельные яды убивают, отключая рибосомы клетки). Таким образом, мы сталкиваемся с дилеммой: либо неконтролируемый ингибитор синтеза белка убьет клетку, но временная остановка синтеза белка в настоящей клетке имеет решающее значение. Либо рибосома не останавливается, новый белок становится настолько большим, что не может пройти через закрытый канал. Таким образом, похоже, что современная SRP не могла развиться из белка, задачей которого было связывание новых белков и защита их от деградации.

Предположим, что некий фермент размещает большую углеводную группу («безделушку») на только что собранный белок. Предположим, что это каким-то образом помогло стабилизировать белок, заставив его дольше сохраняться в клетке. Может ли такой шаг в конечном итоге стать частью внутриклеточной транспортной цепочки? Нет. Безделушка, поскольку она сделала бы белок больше по размерам, предотвратила бы его прохождение через любые будущие ворота, которые выглядели бы как современные ворота в эндоплазматическом ретикулуме. Безделушка на самом деле была бы помехой для развития транспортной системы.

Точно так же другие изолированные части системы на самом деле наносят вред клетке, а не помогают. Фермент, который отсекает сигнальную последовательность («орнамент»), был бы вреден, если бы сигнальная последовательность играла положительную роль в примитивной клетке. Обрезка безделушки была бы шагом назад, если бы у безделушки была работа. Захват белков, таких как «мусораза», внутри везикулы был бы вреден, если бы мусораза изначально должна была работать на открытом воздухе. W

Во второй главе  я отметил, что нельзя взять специализированные части одних сложных систем (например, пружину напольных часов) и использовать их непосредственно в качестве специализированных частей других нередуцируемых систем (например, мышеловки), если эти части не были предварительно значительно модифицированы. Аналогичные части, играющие другие роли в других системах, не могут облегчить неснижаемая сложность новой системы.  Фокус просто смещается с «создания» компонентов на их «модификацию». В любом случае новая функция не будет создана, если только разумный агент не будет руководить настройкой. В этой главе мы увидели, что построение транспортной системы сталкивается с той же проблемой: система не может быть собрана по частям ни из новых, ни из бывших в употреблении деталей.


                СМЕРТЬ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ

В одной из версий нашего телевизионного фильма на коробке с вакциной была размещена неправильная этикетка, и дети умерли. К счастью, это была всего лишь выдумка: история об истории. Но в реальной жизни перепутанные или отсутствующие этикетки могут привести к настоящей смерти.

Плачущая двухлетняя девочка стоит перед ростомером, держась за руку взрослого. Ее рост всего два фута. Ее лицо и глаза опухли, а ноги согнуты. Её движения скованны. Она сильно отсталая. Медицинское обследование показало увеличение сердца, печени и селезенки. Кашель и насморк свидетельствуют о еще одной из многих инфекций верхних дыхательных путей, которые она перенесла за свою короткую жизнь. Врач берет образец ткани у девочки и отправляет его в лабораторию для анализа. Лаборант выращивает клетки из образца в чашке Петри и исследует их под микроскопом. Каждая из клеток содержит тысячи маленьких, плотных зерен, которых нет в нормальных клетках. Зерна называются «телами включения». У маленькой девочки заболевание I-клеток**. Поскольку заболевание прогрессирует, скелетные и нервные проблемы со временем будут увеличиваться. Девочка умрет в возрасте до пяти лет.

Заболевание I-клеток вызывается дефектом в пути транспортировки белка. В клетках пациентов с этим заболеванием отсутствует одна из машин, которая доставляет белки из цитоплазмы в лизосому. Из-за дефекта ферменты, предназначенные для лизосомы, никогда туда не попадают. Вместо этого они через везикулу клеточной мембраны сбрасываются во внеклеточное пространство. Клетка – это динамическая система, и точно так же, как она должна строить новые структуры, она должна постоянно разрушать старые. Старый материал привозят в лизосому для разложения. У детей с I-клеточным заболеванием мусор сбрасывается в мусоропровод, как и положено, но мусоропровод не работает: ни «мусоразы», ни любого другого деградирующего фермента, который обычно разлагает старые структуры, нет. В результате мусор накапливается, а лизосомы выходят из строя.

Клетка производит новые лизосомы для переработки растущих отходов, но новые органеллы в конечном итоге заполняются отходами клеточной жизни. Со временем вся клетка раздувается, ткани увеличиваются, и пациент умирает.

Ребенок может умереть из-за этого единственного дефекта в одной из многих машин, необходимых для доставки белков в лизосому. Единственный дефект в лабиринтном пути транспортировки белка клетки является фатальным. Если бы вся система не была одновременно создана, наших предков постигла бы такая же участь. Попытки постепенной эволюции белковой транспортной системы – это рецепт вымирания.

Из-за медицинских проблем, связанных с отказом транспортной системы, и из-за того, что система настолько сложна и увлекательна, мы можем ожидать, что эволюционное развитие везикулярного транспорта белка будет напряженной областью исследований. Как такая система могла развиваться шаг за шагом? Какие препятствия придется преодолеть клетке, когда она перейдет от какого-либо другого метода борьбы с мусором к покрытому оболочкой везикулу, специально предназначенному для слияния с лизосомой? Опять же, если бы мы искали в литературе объяснение эволюции везикулярного транспорта, мы были бы чрезвычайно разочарованы. Там ничего нет.

«Ежегодный обзор биохимии»  (Annual Review of Biochemistry или ARB) представляет собой серию книг очень популярную среди биохимиков, в которой рассматривается современное состояние знаний в выбранных областях исследований. В 1992 году в ARB была опубликована статья «Везикул-опосредованная сортировка белков» (Vesicle-Mediated Protein Sorting). Авторы начинают свой обзор с констатации очевидного: «Транспортировка белков между мембранными органеллами является чрезвычайно сложным процессом». Они профессионально описывают системы и текущие исследования в этой области. Но мы можем читать от одного конца сорока шести страничного обзора к другому, так и не встретив объяснения того, как такая система могла постепенно развиться. Эта тема вне поля зрения.

Вход в компьютерную базу данных профессиональной литературы по биомедицинским наукам позволяет осуществлять быстрый поиск ключевых слов в названиях буквально сотен тысяч статей. Поиск названий, содержащих как «эволюцию», так и «везикулу», дает совершенно пустые результаты. Копаясь в литературе старомодным способом, вы найдете несколько   разрозненных статей, в которых рассуждают о том, как мог развиться закрытый транспорт между отсеками эукариотической клетки. Во всех работах предполагается, что транспортные системы произошли от ранее существовавших бактериальных транспортных систем, которые уже имели все компоненты, присутствующие у современных клеток. Это не приносит нам никакой пользы. Хотя предположения могут иметь какое-то отношение к тому, как транспортные системы могли быть дублированы, они не имеют ничего общего с тем, как первоначальные системы попали туда. В какой-то момент эта сложная машина должна была появиться, и ее появление не могло произойти  шаг за шагом.

Возможно, лучший источник, где можно получить знания переносе везикул, – это учебник «Молекулярная биология клетки» президента Национальной академии наук Брюса Альбертса, лауреата Нобелевской премии Джеймса Уотсона и еще нескольких соавторов. Учебник посвящает 100 страниц элегантным деталям закрытого и везикулярного транспорта. На этих 100 страницах есть полутора страничный раздел, озаглавленный «Топологические отношения мембранных органелл можно интерпретировать в терминах их эволюционного происхождения». В этом разделе авторы указывают, что если везикула отщепляется от клеточной мембраны и попадает в клетку, то ее внутренняя часть эквивалентна внешней стороне клетки. Затем они предполагают, что ядерная мембрана, ER, Гольджи и лизосомы впервые возникли, отщепившись от клеточной мембраны. Это может быть правдой, а может и нет, но это никак не касается происхождения белкового транспорта, везикулярного или закрытого. Клатрин не упоминается в этом коротком разделе, как и проблемы загрузки правильного груза в правильный везикул и направления его в правильный отсек. Короче говоря, дискуссия не имеет отношения к вопросам, которые мы задаем. И в конце нашего поиска литературы мы знаем не больше, чем когда его начали.

                ПОДВОДИМ ИТОГИ И СМОТРИМ В БУДУЩЕЕ

Везикулярная транспортировка – это ошеломляющий процесс, не менее сложный, чем полностью автоматизированная доставка вакцины из зоны хранения в клинику, находящуюся за тысячу миль от нее. Дефекты везикулярного транспорта могут иметь те же смертельные последствия, что и неспособность доставить необходимую вакцину в охваченный болезнями город. Анализ показывает, что везикулярный транспорт нередуцируемо сложен, и поэтому его развитие стойко сопротивляется градуалистическим объяснениям, как утверждает дарвиновская эволюция. Поиск профессиональной биохимической литературы и учебников показывает, что нет никого, кто когда-либо предлагал подробный маршрут, по которому могла бы возникнуть такая система. Перед лицом огромной сложности везикулярного транспорта дарвиновская теория нема.

В следующей главе я рассмотрю искусство самозащиты, но, конечно, на молекулярном уровне. Точно так же, как пулеметы, линейные крейсеры и ядерные бомбы обязательно являются сложными машинами в нашем большом мире, мы увидим, что крошечные механизмы клеточной защиты также довольно сложны.

В черном ящике Дарвина мало что просто.


* Название главы «Second Hand Rose». Это выражение может обозначать, как что-то давно бывшее в употреблении, например, поношенная одежда. Во многих странах есть магазины с таким названием. Например, в Тель-Авиве или в Твери. И понятно, что если роза – это цветок, то приобретать розы в магазине подержанных вещей никому не придет в голову. Какие аллюзии на название?
Например, что-то чудесное (символ роза) в куче всякого хлама. Или просто намек на что-то, чего просто не может быть.

** Inclusion-cell (I-cell) disease – заболевание инклюзионных клеток (I-клеток), другое название муколипидоз. Довольно редкое наследственное заболевание, при котором нарушен обмен веществ. Поражены лизосомы. Они не могут эффективно расщеплять жиры и углеводы, что приводит к накоплению муколипидов и мукополисахаридов в тканях. Проявляется задержкой роста, грубыми чертами лица, дефектами скелета, рецидивирующими инфекциями дыхательных путей, умственной отсталостью. Носители такой патологии редко доживают до подросткового возраста (см.илл.).


Продолжение  http://proza.ru/2024/08/14/8


К началу http://proza.ru/2024/07/09/355