Статья: Смысл эволюции и эволюция смысла
Если при этом нарушаются жизненно важные функции — организм погибает, если нет — выживает с грузом „бессмысленной“ или „мусорной ДНК“. Именно так её и называют — junk DNA, другое её название имеет оттенок „нравственной“ оценки — „эгоистическая“ — selfish DNA, она существует (размножается вместе с функциональными генами) только для себя и организму ничего полезного не даёт. Ещё одно её название — parasitic DNA, говорит само за себя. Действительно, клеткам приходится тратить значительные ресурсы для воспроизведения бессмысленной ДНК, доля которой иногда может достигать более, чем 90%. Для того, чтобы, по крайней мере, минимизировать возможное вредное влияние этой паразитической ДНК, она плотно запрятана (сконденсирована) в неактивных зонах хромосом (в гетерохроматине). Похоже, что гетерохроматин в основном и нужен для предотвращения вредного влияния паразитической ДНК. Из этого следует, что принцип „максимум эффективности (жизнеспособности) при минимум затрат“, — для эукариотных организмов не справедлив. Они, согласно текущим представлениям, без видимых вредных для себя последствий выдерживают огромный груз присутствия в своем геноме бессмысленных последовательностей ДНК. Но так ли они бессмысленны?
Может, мы чего-то просто не хотим видеть? Например, того, что практическая неспособность организмов избавиться от паразитической ДНК и стать максимально эффективными является ещё одной причиной того, что мы называем прогрессивной эволюцией? Которая идёт от случайного накопления бессмысленных усложнений к естественному отбору случайных осмысленных изменений, направленных на то, чтобы скомпенсировать вредное действие бессмысленных. Но почему эукариоты, в отличие от прокариот, не смогли избавиться от бессмысленного груза генетической изменчивости? Разве на них не действовал естественный отбор, отсекающий не эффективных „от праздника жизни?“
Обескураживающий факт, что взаимосвязь между количеством ДНК, cодержащейся в геноме организма и его эволюционной сложностью отсутствует, был назван „парадоксом содержания ДНК“ (C-value paradox, от С — content). Этот парадокс не разгадан и сегодня [20].
Попытки его объяснить заставляют либо отказаться от интуитивных представлений о „разумности строения живого“, либо предполагать, что в молекулярно-генетических механизмах существует какое-то совершенно неизвестное нам измерение. Что на самом деле мы видим только внешние и доступные нашему примитивному разуму механизмы жизни. Но успехи генной инженерии по созданию вполне жизнеспособных трансгенных организмов вроде бы подтверждают, что мы более-менее правильно представляем себе, как устроены и как работают гены и геномы.
Хотя, справедливости ради, отметим, что в последнее время появляются факты, что и бессмысленная ДНК может иногда иметь какой-то смысл. Например, известны случаи, когда в повторяющемся элементе, находящемся внутри интрона, присутствуют нуклеотидные последовательности, которые изменяют путь стыковки экзонов и, тем самым, создают новый белок, т. е., новую функцию.
Много фактов говорят о том, что множество молекул РНК, являющихся копиями „бессмысленной ДНК“, выполняют регулирующую роль — они управляют работой генов, в частности, при развитии организмов (при дифференцировке клеток). Недавно появились данные, что некоторые изменения в „бессмысленной ДНК“ приводят к т. н., эпигенетическим эффектам, т. е., к модификации функции генов, не сопровождающейся изменением их нуклеотидной последовательности. [21].
Но в данный момент с уверенностью можно сказать, что только от 1 до 10% ДНК эукариот имеют (понятный нам) смысл. Остальная ДНК, видимо, во-первых, не несёт существенных функций, во-вторых, не нарушает, (по крайней мере, существенно) жизнеспособности организма. Она „бессмысленна“, но не смертельно. И в третьих, тем не менее, как это ни парадоксально, именно „эгоистическая и бессмысленная“ ДНК существенно предопределяют пути „прогрессивных“ эволюционных изменений. [22–23].
Когда б вы знали, из какого сора
Растут стихи, не ведая стыда
Ахматова.
Да может ли это быть, чтобы изменения „бессмысленной ДНК“ направляли эволюцию жизни? В чём же тогда её, Жизни, смысл?
При случайной вспышке массового образования „бессмысленной ДНК“ (а это может произойти или из-за случайной многократной репликации одного и того же участка ДНК, или при случайной многократной обратно транскрипции РНК и интеграции множества образовавшихся ретропозонов в геном), происходит столь коренное изменение генома, что если оно не приводит к летальному исходу, то к образованию нового биологического вида. Основная характеристика биологического вида — репродуктивная изоляция — способность продуктивно скрещиваться только с особями своего вида и неспособность давать плодовитое потомство при скрещивании (если оно всё же происходит) с представителями других видов. Один из многих механизмов репродуктивной изоляции основан на отсутствии необходимого довольно высокого уровня сходства (гомологии) между геномами (хромосомами) скрещивающихся особей. При образовании оплодотворённой зиготы, пары хромосом, каждая из которых исходно принадлежала одному и родителей, должны быть гомологичными и способными к рекомбинации (обмену участками ДНК между собой). Если этого нет, например, из-за того, что в хромосоме (или хромосомах) половых клеток одного из родителей произошли крупные блочные перестройки — нормального развития зиготы чаще всего не происходит. В весьма редких случаях, в результате геномных перестроек, произошедших в зиготе и вызванных несходством родительских хромосом, всё же могут образовываться жизнеспособные потомки, которые наиболее эффективно скрещиваться смогут только со своими братьями и сёстрами, имеющими сходные хромосомы. Похоже, что именно так и происходит видообразование. Близкородственные виды почти не отличаются между собой по „смысловым“, кодирующим участкам ДНК, но весьма различаются именно по „не смысловым“. Формирование крупных блочных перестроек генома, вызванное массовым образованием повторяющихся последовательностей ДНК, иногда называют форматированием генома. Скрещиваться могут только организмы с геномами одного и того же формата. И эволюция, образно говоря, это совместимое с жизнью переформатирование геномов за счёт случайного изменения качества, количества и расположения „пробелов“ бессмысленной ДНК. Естественный отбор после этого сначала удаляет не жизнеспособные варианты, а выжившие переформатированные подгоняет к более эффективному существованию в конкретных условиях окружающей среды.
А в целом похоже, что эволюция — это процесс:
— случайных дупликации генов, приводящий из-за возникновения мутаций к их субфункционализации, т. е., к дифференциации их функций и, в итоге, к усложнению,
— случайного массового образования не кодирующей („бессмысленной“) ДНК, приводящий к видообразованию, и:
— естественный отбор, нежизнеспособные формы удаляющий, а жизнеспособным. благоприятствующий.
Но почему естественный отбор не удаляет те варианты, у которых много паразитической ДНК? Ведь без неё у клеток (организмов) были бы куда меньшие затраты на поддержание „бессмысленной ДНК“ и куда большие шансы на эффективное размножение?
Ответ совершенно неожиданный. Естественному отбору для удаления „бессмысленной ДНК“ просто не хватает времени, а популяции, её несущей — астрономической численности. Случайное образование множественных копий „бессмысленной ДНК“ событие хотя и крайне редкое, но „одномоментное“. В результате единичного события в геноме могут возникнуть десятки тысяч мутаций (новых копий паразитической ДНК), а их удаление (путём делеций) может происходить только постепенно, каждая копия может удаляться индивидуально и независимо от других. Если предположить, что вероятность утраты каждой из, например, 1000 копий „бессмысленной ДНК“ 1 × 10 –7, то вероятность утраты всех копий — 1 × 10 –7000. Иначе говоря, чтобы в популяции случайно возник вариант, утративший всю „бессмысленную ДНК“ её численность должна составлять 10 7000 особей. Число атомов во Вселенной — примерно 10 77.
В общем, эукариоты обречены на прогрессивную эволюцию из-за того, что вероятность образования множественной „бессмысленной ДНК“ несоизмеримо выше, чем вероятность её утраты. А „осмысленной“ ДНК приходится изменяться, что бы сосуществовать вместе с бессмысленной, а не погибнуть вместе. И смысл эволюции в том, что она происходит за счёт случайных малых изменений смысловой информации, направленных на поддержание её сосуществования с возрастающим количеством „информации“ бессмысленной.
Одним из самых существенных факторов прогрессивной эволюции является половое размножение. В чём смысл этого изобретения эволюции? Ведь самовоспроизводиться можно и простым удвоением (делением). А при половом размножении размножается, строго говоря, только женская особь, хотя ей для этого необходимо получить от мужского организма копию его гаплоидного генома, чтобы присоединить её к своему гаплодному геному. Если смысл жизни в воспроизведении — то половое размножение, по сравнению с бесполым, понижает репродуктивный выход на 50%. Наверное, его преимущества намного превышают недостатки?
Я не люблю пустого словаря
Любовных слов и жалких выражений:
„Ты мой“ .„Твоя“. „Люблю“. „Навеки твой“!
Блок
Первое преимущество, которое даёт половое размножение — увеличение скорости генетической изменчивости, а значит, и шансов увеличить эффективность размножения. При бесполом размножении мутации, возникшие в организме (как полезные, так и вредные), передаются потомству из поколения в поколение по типу клона, вертикально. А при половом размножении, — сначала горизонтально: от мужской особи к женской. А после образования оплодотворённых яйцеклеток — вертикально — потомкам. Именно за счёт передачи генов при скрещиваниях, мутации быстро распространяются в популяции вида. В целом, половое размножение нужно для увеличения скорости эволюционного приспособления организмов, то есть для их лучшей адаптации к меняющимся условиям внешней среды. При этом, казалось бы, должна увеличиваться скорость распространения в популяции любых мутаций — и полезных, и вредных, которые, соответственно, будут оказывать либо полезное, либо вредное действие. Из-за того, что клетки диплоидны (почти) вся их генетическая информация задублирована, а именно: каждый ген присутствует в двух копиях (аллелях), не всегда абсолютно идентичных. Если в одном из двух гомологичных генов (аллелей) возникнет вредная мутация, то её действие может быть скомпенсировано другим, нормальным, аллелем. Это так называемые рецессивные (не проявляющиеся в диплоидном состоянии) мутации. Но в целом — двойной набор хромосом — это повышение надёжности — вредные мутации имеют много шансов не проявиться. А если в результате скрещивания образовалась комбинация. при которой оба алелля поражены вредной мутацией — такая комбинация сильно понижает жизнеспособность и несущий её организм погибает и навсегда уносит из скрещивающейся популяции вредное сочетание плохих мутаций.
Таким образом, смысл полового размножения — ускорение случайной генетической изменчивости, но уже не на уровне клетки (как при мутационном процессе), а на уровне популяции. На уровне клетки мутационный процесс — генератор разнообразия, а на уровне популяции — половой процесс ускоритель его распространения. И результат в принципе тот же — увеличение вероятности эффективного воспроизведения одних геномов (особей) и увеличение вероятности удаления тех, геномов, которые не могут программировать организм, их несущий, на эффективное воспроизведение.
И на этой стадии эволюция неотвратимо находит ещё один принципиально новый механизм, смысл которого, впрочем, остаётся всё тем же. В отличие от генетических программ, определяющих метаболизм, физиологию и морфологию, эволюция создаёт генетические программы поведения организмов, повышающие вероятность их воспроизведения. Эти поведенческие программы позволяют особям не только бежать от опасности, но и выбирать наиболее привлекательного партнёра по размножению. Половой отбор — это поведение, которое обеспечивает преимущественное размножение тем особям, у которых наиболее „жизнеспособные“ гены. Естественный отбор увеличивает жизнеспособность, а половой — повышает сексуальную привлекательность, усиливает развитие вторичных половых признаков. В основном — у самцов. Половой отбор усиливает в ряду поколений такие признаки, как, например, размер и яркость хвоста у павлина. Именно красота хвоста повышает шансы павлина привлечь паву, т. е., повышает частоту скрещиваний и шансы направить потомство павлинов в сторону повышения качества их хвостов.
Механизмы полового отбора были детально проанализированы и смоделированы основоположником популяционной генетики Р. Фишером, который показал, что половой отбор направлен на усиление вторичных мужских признаков и, одновременно, на повышение степени их предпочтительности самками. В целом, существует положительная обратная связь между способностью самцов впечатляюще демонстрировать свои вторичные половые признаки и способностью самок их оценивать и затем воспринимать их гены. Чем более привлекательны самцы, тем быстрее и чаще их выбирают самки. И тем скорее их дочери будут делать то же самое, и тем более привлекательными будут их сыновья. При половом отборе процесс эволюции идёт с ускорением. Но вторичные половые признаки могут быть не только морфологическими, но и поведенческими, такими, как: способность к лидерству, к добыванию ресурсов и др. А поведение зависит от общих когнитивных способностей, от степени интеллекта. Моделирование эволюции, когда половой отбор идёт на поведенческие, а не на морфологические признаки, показало, что в этом случае эволюция идёт ещё быстрей, чем когда отбор направлен только на привлекательный внешний вид
Разумеется, половой отбор не должен противоречить естественному. Полагается, что половой отбор направленный на усиление определённых поведенческих признаков должен приводить к повышению выживаемости и, тем самым, подвергаться также и положительному естественному отбору. Здесь же следует упомянуть о такой „благородной“ генетически обусловленной поведенческой программе, как родительская забота о потомстве. Родительская забота повышает шансы потомства на выживание и гены, её определяющие, будут преимущественно передаваться из поколения в поколения. А агрессия? Что касается эволюционного смысла внутривидовой агрессии — это всё тот же механизм, отбирающий наиболее „сильные“ гены для передачи следующим поколениям. Генетические программы агрессии всегда действуют одновременно с генетическими программами, агрессию сдерживающими, чтобы не погибла вся популяция. От степени баланса между этими противоположно направленными генетическими программами и будет зависеть эволюционный путь вида — воспроизведение, медленное вырождение или быстрое самоуничтоже?