ЧЯД. Глава 8. 2

                ОТСУТСТВУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ

Вторая категория статей, обычно встречающихся в Journal of Molecular Evolution, составляющая около 5 процентов от общего числа, касается математических моделей эволюции или новых математических методов  сравнения и интерпретации данных последовательностей. Сюда входят статьи с такими названиями, как «Вывод всех линейных инвариантов для несбалансированной трансверсионной модели» и «Моделирование Монте-Карло в филогенезе: приложение для проверки постоянства эволюционных скоростей».  Хотя математика полезна для понимания того, как постепенные процессы ведут себя с течением времени, она предполагает, что эволюция в реальном мире является случайным процессом; она не демонстрирует (и не может) продемонстрировать это.

Безусловно, самая большая категория статей, опубликованных в ЖМЭ, на которую приходится более 80 процентов всех рукописей, – это сравнение последовательностей. Сравнение последовательностей – это сравнение аминокислот двух разных белков или сравнение нуклеотидов двух разных частей ДНК с указанием позиций, в которых они идентичны или похожи, и мест, где они не идентичны.

Когда в 1950-х годах были разработаны методы определения последовательностей белков, появилась возможность сравнивать последовательность одного белка с другим. Сразу же был задан вопрос, имеют ли аналогичные белки у разных видов, таких как человеческий гемоглобин и лошадиный гемоглобин, одну и ту же аминокислотную последовательность. Ответ был интригующим: лошадиный и человеческий гемоглобин были очень похожи, но не идентичны. Их аминокислоты были одинаковыми в 129 из 146 позиций в одной из белковых цепей гемоглобина, но различались в остальных позициях. Когда стали доступны последовательности гемоглобинов обезьяны, курицы, лягушки и других, их последовательности можно было сравнить с человеческим гемоглобином и друг с другом. Гемоглобин обезьян имел 5 отличий от гемоглобина человека; у цыплят было 26 различий; а лягушки имели 46 различий. Эти сходства были очень показательны. Многие исследователи пришли к выводу, что подобные последовательности убедительно подтверждают происхождение от общего предка.

По большей части было показано, что аналогичные белки видов, которые уже считались близкородственными (например, человек и шимпанзе или утка и курица), были довольно похожи по последовательности, а белки видов, считавшихся отдаленно родственными (таких как скунсы и скунсовая капуста), были не так похожи. На самом деле, для некоторых белков можно было соотнести количество сходства последовательностей с расчетным временем, прошедшим с тех пор, как различные виды, как считалось, в последний раз имели общего предка, и корреляция была довольно хорошей. Затем Эмиль Цукеркандл и Лайнус Полинг предложили теорию молекулярных часов, которая гласит, что корреляция вызвана белками, накапливающими мутации с течением времени. Молекулярные часы активно обсуждаются с тех пор, как они были предложены, и многие вопросы, связанные с ними, все еще актуальны. В целом, однако, это остается жизнеспособной возможностью.

В конце 1970-х годов стали доступны быстрые и простые методы секвенирования ДНК. Таким образом, можно было изучать не только последовательность белка, но и ген белка, а также ДНК, окружающую ген, содержащую контрольные участки и другие особенности. Было показано, что гены высших организмов содержат прерывания (называемые интронами) в кодирующей последовательности. Некоторые гены имели десятки интронов; другие гены только один или два. Так что теперь биохимик может публиковать сравнения последовательностей интронов в генах разных видов, а также исследования общего количества интронов, их относительного расположения в гене, их длины и состава оснований и десятка других факторов. Можно было бы сравнить и другие аспекты генетического аппарата: положение генов относительно других генов, частоту, с которой один тип нуклеотидов обнаруживался рядом с другим, количество химически модифицированных нуклеотидов и т. д. За эти годы в журнале ЖМЭ было опубликовано очень много таких статей, например,  «Изучение гомологий белковых последовательностей: двадцать семь бактериальных ферредоксинов»,   «Эволюция генов альфа- и бета-тубулина, выведенных по нуклеотидным последовательностям ДНК клонов  морских ежей»,  «Филогения простейших, выведенных из последовательностей 5S рРНК» и «Ориентация генов альфа- и бета-глобина атлантического лосося от хвоста к хвосту».

Хотя сравнение последовательностей полезно для определения возможных линий происхождения, что само по себе является интересным вопросом, оно не может показать, как сложная биохимическая система достигла своей функции  – вопрос, который больше всего интересует нас в этой книге. По аналогии, инструкции по эксплуатации двух разных моделей компьютеров, выпущенные одной и той же компанией, могут содержать много одинаковых слов, предложений и даже абзацев, предполагающих общее происхождение (возможно, оба руководства написал один и тот же автор), но сравнение последовательностей букв в руководствах никогда не скажет нам, можно ли создать компьютер шаг за шагом, начиная с пишущей машинки.

Три основные темы статей, опубликованных в ЖМЭ – происхождение жизни, математические модели эволюции и анализ последовательностей – включали множество сложных, запутанных и эрудированных исследований. Противоречат ли такие ценные и интересные работы посланию этой книги? Конечно, нет.

Сказать, что дарвиновская эволюция не может объяснить все в природе, не значит сказать, что эволюция, случайные мутации и естественный отбор не существуют; они наблюдались (по крайней мере, в случаях микроэволюции) много раз. Как и аналитики последовательностей, я считаю, что доказательства убедительно подтверждают общее происхождение. Но коренной вопрос остается без ответа: что вызвало формирование сложных систем? Никто никогда не объяснял в подробной научной манере, как мутация и естественный отбор могли создать сложные, замысловатые структуры, обсуждаемые в этой книге.

На самом деле, ни одна из статей, опубликованных в ЖМЭ за все время его существования в качестве журнала, никогда не предлагала детальную модель, с помощью которой сложная биохимическая система могла бы быть создана постепенным, пошаговым дарвиновским способом. Хотя многие ученые задаются вопросом, как могут изменяться последовательности или как химические вещества, необходимые для жизни, могут производиться в отсутствие клеток, никто никогда не задавал на страницах ЖМЭ такие вопросы, как: как развивался фотосинтетический реакционный центр? Как начался внутримолекулярный транспорт? Как появился биосинтез холестерина? Как сетчатка стала участвовать в зрении? Как развивались сигнальные пути фосфопротеина? Сам факт того, что ни одна из этих проблем даже не рассматривается, не говоря уже о том, чтобы быть решенной, является очень убедительным свидетельством того, что дарвинизм является неадекватной основой для понимания происхождения сложных биохимических систем.

Чтобы ответить на вопросы, поднятые в этой книге, нужно найти статьи с такими названиями, как «Двенадцать промежуточных шагов, ведущих к бактериальному фотосинтетическому реакционному центру», «Протоцилиум может генерировать мощный удар, достаточный для поворота клетки на десять градусов», «Промежуточные продукты в биосинтезе аденозина эффективно имитируют сам аденозин в функции РНК» и «Примитивный сгусток, состоящий из случайно расположенных волокон, блокирует циркуляцию в венах размером менее 0,3 миллиметра». Но документы отсутствуют. Ничего даже отдаленно похожего не было опубликовано.

Возможно, мы сможем понять, почему в ЖМЭ отсутствуют подробные модели, задавшись вопросом, как будет выглядеть настоящее научное исследование эволюции мышеловки, проведенное молодым ученым-энтузиастом. Сначала ему придется придумать предшественника современной мышеловки, более простого. Предположим, он начнет с деревянной платформы? Нет, она не поймает мышей. Предположим, он начнет с современной мышеловки, но с укороченной перекладиной? Если перекладина слишком короткая, она не дотянется до защелки, и ловушка будет бесполезно пружинить. Предположим, он начнет с ловушки меньшего размера? И она не объясняет сложность. Предположим, что детали, разработанные по отдельности для других функций, таких как палочка от мороженого для платформы, пружина часов для пружины ловушки и т. д., а затем случайно собрались вместе? Нет, их прежние функции сделали бы их непригодными для ловли мышей, и ему все равно пришлось бы объяснить, как они постепенно превратились в мышеловку. С приближением оценки срока пребывания в должности умный молодой ученый переключит свои интересы на более понятные темы.

Попытки объяснить эволюцию высокоспециализированных, неснижаемо сложных систем – мышеловок, ресничек или свертывания крови – с помощью градуализма, как мы видели в предыдущих главах, до сих пор были непоследовательными. Ни один научный журнал не будет публиковать явно бестолковые статьи, поэтому не будет найдено никаких исследований, задающих детальные вопросы о молекулярной эволюции. Истории Кальвина и Гоббса иногда можно раскрутить, игнорируя критические детали, как это делал Рассел Дулиттл, представляя эволюцию свертывания крови, но даже такие поверхностные попытки редки. Фактически, эволюционные объяснения даже тех систем, которые не кажутся неснижаемо сложными, таких как специфические метаболические пути, отсутствуют в литературе. Причина этого, по-видимому, аналогична причине неспособности объяснить происхождение жизни: удушающая сложность душит все подобные попытки.

                ПОИСК ВЫСОКИЙ И НИЗКИЙ

Существует множество журналов, посвященных биохимическим исследованиям. Хотя ЖMЭ публикует статьи, посвященные исключительно молекулярной эволюции, другие журналы также публикуют такие статьи, наряду с исследованиями по другим темам. Тогда, возможно, было бы ошибкой делать кардинальные выводы, основываясь только на обзоре ЖMЭ? Возможно, именно другие неспециализированные журналы публикуют исследования о происхождении сложных биохимических систем? Чтобы понять, является ли ЖMЭ просто не тем местом, куда следовало бы заглянуть,   давайте полистаем престижный журнал, который охватывает широкий спектр биохимических тем: «Труды Национальной академии наук» (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS).

В период с 1984 по 1994 год PNAS опубликовал около двадцати тысяч статей, подавляющее большинство из которых были посвящены наукам о жизни. Каждый год журнал составляет индекс, в котором перечисляет статьи года по категориям. Индекс показывает, что за эти десять лет около 400 статей были посвящены молекулярной эволюции. Это примерно одна треть от количества статей, опубликованных в Journal of Molecular Evolution за тот же период времени. Число статей по этой теме, ежегодно публикуемых PNAS, значительно возросло с примерно 15 в 1984 году до примерно 100 в 1994 году. Несомненно, что это область растущего интереса. Но, как и большинство статей в ЖMЭ, подавляющее большинство (около 85 процентов) публикаций заняты анализом следствий, обходя стороной фундаментальный вопрос о причинах. Около 10 процентов статей о молекулярной эволюции являются математическими исследованиями, либо новыми методами для улучшения сравнения молекулярных механизмов, либо очень абстрактными моделями. В PNAS не было опубликовано ни одной статьи, в которой предлагались бы подробные маршруты, по которым могли развиваться сложные биохимические структуры. Обзоры других биохимических журналов показывают тот же результат: биохимические системы, но никаких объяснений.

Возможно, если нет ответов в журналах, то нам следует искать в книгах. Дарвин предложил свою революционную теорию в книге, как и Ньютон. Преимущество книги в том, что она дает автору много возможностей для развития своих идей. Изложение новой идеи в контексте, приведение соответствующих примеров, объяснение множества подробных шагов, ответ на многие ожидаемые возражения – все это может занять изрядное количество места. Хорошим примером в современной литературе по эволюции является книга под названием «Молекулярная эволюция: теория нейтральности»  Мото Кимуры (Motoo Kimura).  В книге у него была возможность объяснить свою идею о том, что большинство эволюционных изменений, происходящих в ДНК и белках, не влияют на то, как они выполняют свою работу; мутации нейтральны. Второй пример – «Истоки порядка: самоорганизация и отбор в эволюции» Стюарта Кауфмана (Stuart Kauffman), который утверждает, что происхождение жизни, метаболизма, генетических программ и планов тела – все это выходит за рамки дарвиновского объяснения, но может возникать спонтанно через самоорганизацию. Ни одна из книг не объясняет биохимические структуры: работа Кимуры связана просто с исследованием порядка мономеров в полимерах, а работа Кауфмана – с математическим анализом. Но, возможно, в одной из библиотек мира есть книга, которая расскажет нам, как появились специфические биохимические структуры.

К сожалению, компьютерный поиск в библиотечных каталогах показывает, что такой книги нет. Это не слишком удивительно. Даже таким книгам, как книги Кимуры и Кауфмана, которые предлагают новые теории, обычно предшествуют статьи на эту тему, которые впервые публикуются в научных журналах. Отсутствие статей об эволюции биохимических структур в журналах практически убивает любые шансы на публикацию книги по этому вопросу.

Во время компьютерного поиска книг по биохимической эволюции вы натыкаетесь на ряд интересных названий. Например, в 1991 году была опубликована книга Джона Гиллеспи (John Gillespie) с заманчивым названием «Причины молекулярной эволюции». Но Гиллеспи не касается конкретных биохимических систем. В книге, как и Кауфмана, есть только математический анализ, который опускает все специфические особенности организмов, сводя их к математическим символам, а затем манипулируя этими символами. Природа обесцвечивается. (Нужно добавить, что, конечно, математика является чрезвычайно мощным инструментом. Но математика полезна для науки только тогда, когда предположения, с которых начинается математический анализ, верны.)

Еще одна книга, опубликованная в том же году, называется «Эволюция на молекулярном уровне». Хотя название звучит многообещающе, это не книга, написанная кем-то, предлагающим новую идею. Это одна из многих академических книг, которые представляют собой сборники статей разных авторов, каждая из которых рассматривает определенную область ненамного глубже, чем журнальная статья. Неизбежно содержание книги очень похоже на содержание дневников: много последовательностей, немного математики и никаких ответов.

Несколько иной тип книг – это те, в которых сообщается о результатах научных встреч. Лаборатории Колд-Спринг-Харбор на Лонг-Айленде на протяжении многих лет были спонсорами ряда таких встреч по различным темам. В 1987 году там состоялась встреча на тему «Эволюция каталитической функции», и около ста статей участников были опубликованы в виде книги. Как это обычно бывает с книгами о встречах, около двух третей статей представляют собой просто обзоры того, что происходило в лаборатории автора в то время, практически без попыток связать это с темой книги. Из оставшихся работ большинство представляют собой анализ последовательностей, а некоторые касаются химии пребиотиков или простых катализаторов (а не сложных механизмов известных организмов).

Поиск можно расширить, но результаты будут теми же. Никогда не было ни встречи, ни книги, ни доклада о деталях эволюции сложных биохимических систем.

Продолжение http://proza.ru/2024/08/31/1633