Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №5 - Смолин

Каковы перспективы искусственной эволюции?

— Это сложнейшая тема. Для иллюстрации приведу лишь один пример. Недавно выяснилось, что у некоторых человекообразных обезьян имеется врожденный иммунитет к вирусу ВИЧ. У человека соответствующий белок немного другой, он защищает нас от давным-давно вымершего вируса, который бушевал в Африке 2–3 млн. лет назад. Так вот, можно сделать трансгенных людей, от рождения невосприимчивых к ВИЧ. Для этого вы должны отдать свою яйцеклетку, генетики над ней будут колдовать, вставлять какие-то плазмиды, и если все сработает, у ваших детей, развившихся из такой яйцеклетки, будет это свойство. Но как отшлифовать подобные технологии? Неудачные эксперименты здесь невозможны.

Сегодня уже достаточно хорошо известно, какие зоны в мозге отвечают за те или иные интеллектуальные функции. В последние годы достигнут огромный прогресс и в понимании механизмов памяти. Так что, в принципе, можно представить себе и генетические модификации, повышающие мощь интеллекта, способность к запоминанию и анализу информации — просто за счет увеличения объема соответствующих отделов мозга.

Но вот к чему подходов пока совсем не видно, так это к пониманию биологической основы нашего "я". Что такое "я", как реализуется самосознание, как оно возникает в природе — об этом мы знаем сегодня несравненно меньше, чем о механизмах эволюции в целом.

Заразные гены

Дмитрий Шабанов

"…Вся живая материя восстает перед нами как одно целое, как один огромный организм, заимствующий свои элементы из резервуара неорганической природы, целесообразно управляющий всеми процессами своего прогрессивного и регрессивного метаморфоза и, наконец, отдающий снова всё заимствованное назад мертвой природе".

С. Н. Виноградский,

Лекция перед императорской фамилией 8 декабря 1896 года

Журнал "Nature" публикует не только статьи о состоявшихся достижениях, но и эссе, авторы которых пытаются нащупать дальнейшие пути развития науки. Одно из последних принадлежит Нигелю Гольденфельду и Карлу Вёзе (Nigel Goldenfeld, Carl Woese), американским ученым, которые прочат очередную революцию в биологии. С их точки зрения, новые данные об обмене генетической информацией между представителями разных видов организмов вызовут в биологии смену парадигмы.

Речь идет о горизонтальном переносе генов — передаче наследственной информации от организма к организму вне генеалогической (вертикальной, от предков к потомкам) последовательности. Сам феномен известен давно: так, например, передаются гены устойчивости к антибиотикам от одних болезнетворных микроорганизмов к другим. Много лет на него смотрели как на некую оплошность природы. Энтузиасты надеялись объяснить с его помощью феномен эволюции, прагматики искали в нем естественные технологии генетической инженерии… Лишь недавняя лавина молекулярно-биологических данных позволила понять, насколько это явление распространено в природе.

Десятилетиями в микробиологии торжествовал принцип, возведенный в догму Робертом Кохом: изучаемый микроорганизм нужно вырастить в чистой культуре. Зачастую для культивирования используются потомки одной-единственной бактериальной клетки. Выращиваемые в таких условиях микроорганизмы оказываются одинаковыми, что считается критерием их правильного выделения. Увы, такие условия совершенно противоестественны! Естественным является именно функционирование микроорганизмов в сложной среде, информационный обмен с которой, включает передачу фрагментов ДНК.

В таких условиях для двух основных групп "микробов" — бактерий и архей (или архебактерий) — вообще трудно говорить о видоспецифичном геноме (наборе наследственной информации). Благодаря горизонтальному переносу этот геном постоянно пополняется новыми фрагментами, а благодаря собственной эволюции теряет многое из приобретенного. Проследив генеалогию какого-нибудь микроорганизма, мы увидим, что через него течет "река" разнородной по происхождению генетической информации. В этом потоке отражается вся биосфера!

Как регистрируют горизонтальный перенос генетической информации? Иногда удается увидеть исходный текст у одного организма и его копию у другого. Чаще, однако, приходится использовать косвенные данные — вычленять участки ДНК, которые отличаются по соотношениям разных пар нуклеотидов или по частоте использования разных триплетов для кодирования одних и тех же аминокислот (эти признаки, в общем, видоспецифичны). Найдя в чьем-то геноме кусок текста, отличающийся от окружения по частоте "букв" (нуклеотидов) или "слов" (триплетов), мы можем предположить, что имеем дело с заимствованием. Со временем хозяин откорректирует текст, приведя его в соответствие с "собственным стилем".

Итак, работа современных генных инженеров, создающих генетически модифицированные организмы и тем самым порождающих волну протестов и "страшилок", оказывается для земной биосферы обыденным делом [Заодно, правда, теряет правдоподобие один из аргументов, которым генные инженеры пытаются успокоить страхи растревоженного общества — что "чужие гены" никак не могут расползтись по биосфере. Оказывается, не все так очевидно. Впрочем, вставки в геномы модифицированных организмов тоже являются продуктами развития биосферы, как и "родные" гены культурных растений].

Что самое интересное, горизонтальный перенос свойствен не только микроорганизмам. Например, проведенные недавно учеными из Беркли исследования геномов риса и проса (злаков, которые разделяет не менее 30 млн. лет независимой эволюции) показало, что между этими видами происходил горизонтальный перенос генетической информации. В этих растениях найдены практически идентичные транспозоны — участки ДНК, способные перемещаться внутри геномов и между ними с места на место! Чаще всего транспозоны переносят информацию внутри вида, но могут и перешагнуть видовой барьер, ведь грань между транспозонами и вирусами весьма условна. С активностью преобразованных транспозонов может быть связана реорганизация генома, которая происходит при видообразовании.

Горячие головы видят в горизонтальном переносе объяснение прогрессивной эволюции. Вот так появляются новые признаки: подует ветер, принесет вирус с куском новой информации, и — глядь! — у организма появилось новое полезное свойство. Так, выдающийся палеоботаник В. А. Красилов считает, что в эпоху происхождения цветковых растений именно вирусы разносили от одних голосеменных к другим "блоки" генетической информации, ответственные за формирование цветка. Увы, в это поверить нелегко. Дело в том, что конструкция любого организма — нелегкий компромисс между модульностью и монолитностью. Любое из населяющих Землю существ — одновременно и целостная система, и конгломерат относительно независимых признаков. Теми из свойств организма, которые связаны со всеми остальными в тугой узел взаимосвязей, невозможно заразиться "от ветру". Именно поэтому роль горизонтального переноса в эволюции высокоорганизованных и высокоинтегрированных групп снижается. Может, когда-нибудь у генных инженеров дойдут руки проверить идею Красилова и они перенесут "гены формирования цветов" в геномы сосен, гинкго или саговников? Скорее всего, инородные фрагменты не смогут встроиться в систему управления развитием растения, для которого характерен иной способ размножения.

Даже когда крупное новшество у высокоинтегрированных животных оказывается связано с каким-то продуктом горизонтального