Бесконечное число самых прекрасных мушек
Хотя тропические рыбы, бабочки и птицы считаются, вероятно, самыми красивыми представителями царства животных, в царстве биологических исследований найдется мало существ, которые могли бы соперничать с плодовой мушкой, или дрозофилой. Открытие регуляторных генов дрозофилы возродило к жизни биологию развития и способствовало появлению нового направления биологии – эволюционной биологии развития (эво‑дево). Не так давно разнообразие окраски крыльев дрозофил (хотя и менее нарядных, чем крылья птиц или бабочек) помогло прояснить механизмы эволюции новых признаков.
У лабораторной плодовой мушки Drosophila melanogaster крылья бледные, но ее многочисленные родственники из того же семейства обладают крыльями с разнообразным черно‑белым рисунком (рис. 8.7).
Рис. 8.7. Разнообразие окраски крыльев плодовых мушек. Крылья этих маленьких насекомых – прекрасный пример того, как с помощью одних и тех же генетических инструментов может возникнуть почти бесконечное разнообразие узоров. Монтаж Николаса Гомпела и Бенжамина Прюдомма.
У многих видов характерная окраска присуща только самцам и предназначена для демонстрации самкам в период ухаживания, когда самцы танцуют или прихорашиваются перед своими избранницами. Наиболее типичная окраска – одно черное пятнышко около кончика крыла.
Сотрудники нашей лаборатории в Университете Висконсина занимались изучением происхождения и эволюции пятен на крыльях дрозофил. Эти пятна – превосходная иллюстрация общей закономерности: новые признаки появляются тогда, когда «старые» гены учатся новым трюкам.
|
|
|
Появление пятен на крыльях связано с активностью фермента, синтезирующего меланин (черный пигмент, о котором мы уже говорили в главе 7). Этот фермент можно сравнить с кисточкой в генетическом «наборе инструментов». У насекомых с пятнистыми крыльями эта кисточка прокрашивает заранее заданный рисунок. Форму рисунка контролируют переключатели, окружающие кодирующую область каждого гена‑кисточки. В ходе эволюции рисунка крыльев переключатели претерпели несколько изменений. Появление темных пятен с хорошо очерченными краями было не одностадийным процессом («пятен нет – пятна есть»), а последовательной серией изменений, в ходе которых эволюционировала форма рисунка и интенсивность окраски. Так что история «простого» пятна не так уж проста: оно сформировалось постепенно в результате сложения многих мелких вариаций. Мы считаем, что большинство физических признаков эволюционировали таким же образом.
Мы идентифицировали изменения в последовательности переключателя, регулирующего использование одного гена‑кисточки в крыле (рис. 8.8).
|
|
|
Рис. 8.8. Появление и исчезновение пятен на крыльях у дрозофил происходит при участии специфических переключателей гена‑кисточки. Появление пятнистых крыльев у современных дрозофил, эволюционировавших из предшественника с неокрашенными крыльями, произошло в результате модификации генетического переключателя, контролирующего работу гена окраски в развивающемся крыле (звездочки). Селективная потеря пятен на крыльях (без каких‑либо изменений в других частях тела) также произошла в результате модификации этого переключателя (X). Рисунок Лианн Олдс.
Этот ген имеет и другие переключатели, регулирующие его действие в других частях тела (например, в груди и брюшке) или на других стадиях развития (у личинок дрозофил). И вновь существование независимых переключателей позволяет модифицировать действие инструментального гена в одной части тела, не влияя на его действие в других местах. У других видов модификация других переключателей приводила к другим изменениям.
Появившееся на крыле темное пятно передалось по наследству многим дочерним видам. Интересно, однако, что некоторые виды мушек его потеряли. Потеря признака – гораздо более частое явление в природе, чем думают многие. Почему исчезли пятна на крыльях дрозофил? Возможно, самки перестали ориентироваться на этот признак при выборе партнера, половой отбор этого признака ослабел, и пятна исчезли. Мы исследовали механизм исчезновения пятен и обнаружили, что переключатель, позволивший образоваться пятнам на крыльях у предков, накопил мутации и инактивировался (этот сценарий напоминает образование ископаемых генов, о которых я рассказывал в главе 5). Переключатели, подобно белкам, также могут разрушаться под действием мутаций. Разница заключается в том, что инактивация переключателя не приводит к инактивации гена‑кисточки, который продолжает участвовать в окрашивании других частей тела.
|
|
|
В результате игр с переключателями генов пигментации у дрозофил появилось множество вариантов окраски крыльев, чему способствовал как естественный, так и половой отбор. Пример этого маленького насекомого очень важен, поскольку показывает, как с помощью одного и того же набора генетических инструментов можно добиться большого разнообразия.
Создаем сложное
Я начал первую главу книги словами Дарвина: «Когда в каждом произведении природы мы будем видеть нечто, имеющее длинную историю; когда в каждом сложном строении или инстинкте мы будем видеть итог многочисленных хитроумных приспособлений, каждое из которых полезно их обладателю… как неизмеримо – говорю на основании личного опыта – возрастает интерес, который представит нам изучение естественной истории!»
|
|
|
Дарвин выбрал термин «хитроумное приспособление» (contrivance) для усиления своей мысли. Ту же терминологию использовал преподобный Уильям Пейли в знаменитой книге «Естественная теология» (Natural Theology, 1802 г.). В существовании «хитроумных приспособлений» в природе Пейли видел доказательство божьего промысла: «Изобретение должно иметь изобретателя, а создание создателя». Дарвин, который был страстным поклонником книги Пейли и утверждал, что почти выучил ее наизусть, оформил многие аргументы в своей книге «О происхождении видов» как прямое опровержение аргументов Пейли в пользу существования создателя.
Преимущество Дарвина перед Пейли и другими мыслителями того времени заключается в способности охватывать большие временные промежутки. Благодаря своим изысканиям в области геологии Дарвин получил представление о мощной кумулятивной силе постепенных изменений, происходящих на протяжении чрезвычайно длинных отрезков времени. Его воображение и, что еще важнее, способность быстро схватывать суть явлений позволили ему выбраться из смирительной рубашки библейской интерпретации возраста Земли. Дарвин понимал, что ему придется собрать огромное количество фактов, отыскать наиболее яркие аналогии и метафоры и изложить материал самым убедительным образом, чтобы преодолеть мощное сопротивление и сомнения ученых и широкой публики. Он предвидел трудности, которые должны возникнуть у людей при попытке понять происхождение сложных структур или «хитроумных приспособлений». Но он знал, что этот труд окупится сторицей.
Количество фактов, касающихся эволюции, продолжает множиться во всех направлениях. Большие достижения в области биологии развития и эво‑дево, а также расшифровка летописи ДНК открыли новые перспективы в изучении эволюции и ее истории. Биология развития позволяет исследовать формирование сложных структур в доступном для восприятия временном диапазоне. Киты, черепахи, рыбы, крабы и кораллы барьерного рифа являются сложными существами, но все они начинают свою жизнь со стадии оплодотворенного яйца. Через несколько дней, недель или месяцев они превращаются в целые организмы с многочисленными сложными органами, и суть этого процесса теперь известна нам в мельчайших подробностях. Эво‑дево связывает различия между видами, находящимися в ежедневном процессе развития, с длительным процессом эволюционных изменений формы, то есть со «сложением» всех изменений, произошедших в ходе развития видов за многие тысячи и миллионы поколений. А информация, заключенная в ДНК, позволяет реконструировать каждый отдельный этап эволюции.
Идея о создании живых существ усилием какого‑то внешнего разума лишилась всех оснований.
Трудно представить, что человек, знакомый со всеми этими фактами, все еще может сомневаться. Эти данные получены благодаря тем же научным и технологическим достижениям, которые позволили выявить генетические причины сотен заболеваний, создать десятки новых средств для генной терапии, реформировать криминалистику и сельское хозяйство. И все же вопреки всем научным доказательствам сомнения и отрицание реальности биологической эволюции по‑прежнему нередки. Чтобы понять, откуда эти сомнения и это неприятие, нужно выйти из сферы научных исследований, поскольку причины этих сомнений не могут быть научными и не являются таковыми. Их суть кроется в культурной традиции. Чтобы это понять, лучше всего обратиться к тем моментам в истории человечества, когда некоторые группы людей по личным или идеологическим соображениям отказывались принимать новые научные открытия.
Пришло время для нашей послеобеденной беседы.
Памятник Луи Пастеру на площади Бретей в Париже. Фотография любезно предоставлена Бенжамином Прюдоммом.
Глава 9
Видеть и верить
Мыслить – значит видеть! […] Все человеческое знание основывается на дедукции, на медленном движении от причины к следствию и от следствия к причине.
Оноре де Бальзак «Человеческая комедия» (1845)
Это место называли Домом смерти.
Клиника во французской провинции потеряла так много своих пациенток в результате инфекционных заболеваний (в какой‑то момент умерло 16 из 16), что ее основатель обещал поставить золотую статую в честь того, кто решит эту проблему. Врачи, собравшиеся на заседание Медицинской академии в Париже, были в растерянности. Когда некий доктор презрительно отозвался на предположение о том, что болезнь распространяется руками самих врачей, один из присутствовавших в зале воскликнул, вскочив с места: «Женщин убивает то… что вы, врачи, переносите смертельных микробов от больных женщин к здоровым».
Человеком, который это произнес, был Луи Пастер.
Дело было в 1879 г., через 30 лет после того, как врачи Оливер Уэнделл Холмс и Игнац Земмельвейс назвали мытье рук лучшим средством борьбы с родильной горячкой. И уже более 20 лет прошло с тех пор, как Пастер продемонстрировал, что в воздухе тоже полно микробов, которые быстро размножаются в благоприятных условиях, и тем самым развеял миф о самозарождении жизни.
Но микробная теория все еще не получила широкого распространения, а простейшие антисептики не вошли в употребление.
Некоторые европейские доктора и представители духовенства считали, что родильная горячка является божьим наказанием за грех зачатия. Отказаться от этой точки зрения означало признать не только, что смертельную инфекцию вызывают какие‑то невидимые существа, но и что переносчиками болезни являются сами врачи.
Это упрямое неверие можно было преодолеть лишь одним способом – предоставить еще больше доказательств. Как раз это и удалось сделать Пастеру и некоторым его современникам. Немецкий микробиолог Роберт Кох с помощью мощного микроскопа обнаружил и идентифицировал микробов, вызывающих сибирскую язву, холеру и туберкулез. Шотландский хирург Джозеф Листер использовал микробную теорию Пастера о брожении и инфекции и придумал средства обеззараживания ран и медицинских инструментов, тем самым на 70 % снизив смертность в результате хирургических операций.
Но, возможно, самыми убедительными оказались результаты деятельности самого Пастера. В 1870‑х годах не менее половины овец и коров по всей Франции погибали от сибирской язвы. Несмотря на серьезные трудности, связанные с культивированием возбудителя этого заболевания, Пастеру удалось получить вакцину и успешно применить ее в 1881 г.
Микробная теория послужила основой многих нововведений в системе общественного здравоохранения, в числе которых пастеризация продуктов, а также предотвращение и контроль распространения инфекционных заболеваний. Но мы благодарны Пастеру не только за это, но также за его преданность научному методу. Он великолепно умел оценить все имеющиеся данные и составить на их основе научную теорию, тщательно построить эксперимент для ее доказательства и путем синтеза теории и эксперимента достичь нового знания.
Пастер сформулировал тезис, отражающий важнейшую роль экспериментального доказательства:
Воображение может дать крылья любым нашим мыслям, но всегда следует получить их экспериментальное подтверждение, и, когда приходит момент сделать выводы и интерпретировать наблюдения, то, что мы вообразили, необходимо проверить и подтвердить фактическими результатами эксперимента.
Когда мы заглядываем в прошлое, кажется странным, что врачи так долго не верили в микробную природу инфекции. Однако нужно понять, что их призывали поверить в то, чего они не могли увидеть. Для них, как и для многих из нас, увидеть – означает поверить. Мы гораздо легче верим в то, что видим собственными глазами. На протяжении всей истории развития науки появление новых открытий и новых идей в значительной степени зависело от новых методов наблюдения. Доказательства справедливости микробной теории – под микроскопом, на фермах и в больницах – устранили все сомнения.
Чарльз Дарвин, без сомнения, придерживался той же точки зрения на научные исследования, что и Пастер, но проблема заключалась в том, что в его время его великую теорию не так‑то легко было проверить или доказать. Подобно Пастеру, Дарвин постулировал существование в природе невидимых сил, но он не мог сделать животному укол, от которого оно превратилось бы в иное животное, или увидеть в микроскоп, как идет эволюция. Дарвин привлекал в поддержку своей теории все доказательства, какие только мог найти: данные геологии и палеонтологии, результаты селекции домашних животных, сведения натуралистов, исследовавших различные виды растений и животных. Однако длительность эволюционных процессов делала невозможными прямые наблюдения за происходящими изменениями. И, подобно микробной теории, теория эволюции столкнулась с упорным недоверием.
Сегодня, спустя почти 150 лет, мы можем все увидеть своими глазами. Мы больше не смотрим на природное многообразие, как дикарь смотрит на корабль. Заключенная в ДНК информация содержит в себе множество подтверждений эволюции. Но многие – очень многие! – люди либо не видят того, что видят ученые, либо не верят их выводам.
Название этой главы я позаимствовал из замечательной книги Ричарда Панека «Видеть и верить» (Seeing and Believing ) об изобретении телескопа и о том, как это изобретение изменило наше отношение к небу и к восприятию своего места во Вселенной. Подобно идеям Дарвина идеи Галилея не были приняты властями, которые не знали, как использовать эти новые факты и теории в своих интересах. Но в конечном итоге зримые доказательства пересилили идеологическое сопротивление. Для всех, кто видит бесспорные доказательства работы естественного отбора и происхождения видов от более древних предков, кто осознает, сколь велик промежуток времени, в течение которого разворачивалась история жизни, кажется, мягко говоря, непостижимым, что столько людей по‑прежнему этого не видят и не осознают. Поражает и порой приводит в ярость, что многие люди до сих пор отрицают прочнейшие основы этих доказательств и отметают все великие научные достижения, на которых строятся эти основы.
Если на стороне эволюции факты, отчего эти сомнения и недоверие не исчезают и даже распространяются еще шире – сейчас, в начале XXI в.?
Я выскажу свою точку зрения по поводу неприятия эволюции позже в этой главе. Но сначала я хочу сделать для вас понятнее мотивацию и тактику такого неприятия: мы обратимся к другим моментам в истории, когда научные факты и доказательства упорно игнорировались. Обычно главной иллюстрацией конфликта между наукой и религиозной косностью становится эпизод с Галилео Галилеем. Эту историю пересказывали много раз, да и происходило это очень давно. Кроме того, хотя неприятие эволюции имеет религиозную мотивацию, религия не всегда является причиной сопротивления научным знаниям. И не все религиозные конфессии в штыки воспринимают идею эволюции – на самом деле это далеко не так. Вместо того чтобы ворошить старое, я приведу два удивительных и показательных, хотя и не очень широко известных примера сопротивления развитию биологии в XX в. Первая история относится к периоду 1930–1950‑х гг. в Советском Союзе и описывает противодействие генетике и представлениям о ДНК как о носителе наследственной информации. Находившиеся под покровительством власти фанатики практически уничтожили биологию в СССР, что привело к трагическим последствиям для науки, ученых и всей страны. Вторая история рассказывает о мануальных терапевтах (хиропрактиках), их неприятии микробной теории болезней и активном сопротивлении развитию науки и медицины, в частности проведению вакцинации.
Французские врачи, советские биологи и хиропрактики, о которых я расскажу далее, поставили идеологию и личный интерес выше истинного научного знания, как и современные противники эволюции. Луи Пастер говорил: «Знания – это наследие человечества». Сохранение и умножение этого наследия требует от нас понимания мотивов и стратегии тех, кто ему угрожает. А если требуется, то и открытого противостояния их заблуждениям.
Комиссар советской биологии
Трофим Денисович Лысенко (1898–1976), выходец из крестьянской семьи, получивший весьма скудное образование, стал депутатом Верховного Совета СССР, академиком трех научных академий и директором Института генетики АН СССР Он трижды был лауреатом Сталинской премии, имел звание Героя Социалистического Труда и был награжден орденом Ленина (высшей наградой страны) восемь раз. Более 25 лет Лысенко руководил советской биологией, медициной и сельским хозяйством.
И все это он разрушил.
Рис. 9.1. Трофим Денисович Лысенко.
В истории Лысенко много глав. О его восхождении к власти, политических интригах и участии в сталинских репрессиях, о том, как он долгое время, несмотря на полную научную безграмотность, оказывал огромное влияние на советскую биологию, написано несколько книг. Наиболее ярко и проникновенно об этом рассказали ученые, ставшие жертвами лысенковщины – или советской политической системы. «Взлет и падение Лысенко» Жореса Медведева и «Власть и наука»[19] Валерия Сойфера – отрезвляющие книги, написанные смелыми людьми, которые многим пожертвовали в борьбе за правду.
В своем коротком рассказе я не буду подробно обсуждать эту трагедию и страдания ученых, пытавшихся противостоять Лысенко. Я хочу лишь обратить ваше внимание на то, как научная истина была принесена в жертву идеологическим или политическим интересам и как по политическим мотивам была выхолощена советская биологическая наука. Западному человеку трудно представить себе масштаб лжи в советской науке в эпоху Лысенко и судьбу противников этой общей линии. Однако культурное влияние этого явления и питавшие его интересы не являются уникальными и не ограничены прошлым.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 249; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!