ИНТЕРЕСНО ОБ ЭВОЛЮЦИИ, ИЛИ КТО ОН – СНЕЖНЫЙ ЧЕЛОВЕК?
Уважаемый Любознательный Читатель! Если тебе интересны вопросы науки, эта статья для тебя! Если ты, споткнувшись о цифры, решишь, что материал слишком сложен, не пугайся: уровня знаний средней школы по биологии будет вполне достаточно. Дочитай до конца – и будешь приятно удивлен и своей любознательности, и умению понять некоторые интересные вещи.
Однажды ко мне пришел мой друг и однокурсник Рудаль Кадыров и поделился своими взглядами на эволюцию, признавшись, что еще в студенчестве при изучении дарвинизма у него возникали те же ощущения, что и при изучении научного коммунизма: что-то здесь не так. И если в отношении «коммунизма» я был с ним согласен, то за старика Дарвина затупился. Рудаль, терпеливо выслушав эмоциональный пересказ основных положений учения Дарвина, спросил: «Ну, хорошо. А теперь представь, что ты пришел в огромную библиотеку. Миллионы томов. Ты спрашиваешь директора: откуда такое богатство? А он тебе отвечает: «Вы знаете, любезный, у нас раньше всего этого добра не было. Была только одна книга – «Война и мир». Но у нас были миллионы машинисток и миллионы лет в запасе. Машинистки перепечатывали и перепечатывали «Войну и мир». Естественно, иногда ошибались. Глупые ошибки мы отбрасывали, но подающие надежду оставляли. Затем машинистки перепечатывали уже ошибочные, но «подавшие надежду» тексты, и опять ошибались. «И так постепенно, за миллионы лет эволюции, в результате постепенного накопления самых незначительных изменений», из одной книги «Война и мир» родились и «Евгений Онегин», и «Братья Карамазовы», и «Идиот». Ты бы в это поверил? А вот в теорию Дарвина ты, дружище, веришь…»
И еще одна мысль. Если идея действительно правильная, она сразу же дает революционный взрыв открытий и изобретений. Полвека прошло с открытия радиоактивности – и уже взорвали атомную бомбу. Не прошло и ста лет с открытий Менделя – уже расшифровали структуру ДНК и генетический код. Только, считай, обнаружили радиоволны, как на тебе – и цифровое телевидение, и сотовые телефоны. Книга Дарвина увидела свет более 150 лет назад, а «воз и ныне там»: кроме суперзаумных терминов ничего нового не придумано, а ведь сама по себе сложность терминологии говорит о слабости идеи. Кстати, большинство генетиков всегда критически и скептически относились к теории Дарвина.
Пару слов о нас, авторах. Оба закончили биофак Казанского университета, оба получили госраспределение во ВНИИ Молекулярной биологии НПО «Вектор» под Новосибирском. Но из науки нам обоим пришлось уйти – «спасибо» лихим девяностым. Однако биология-матушка, как первая любовь, «навсегда осталась в наших сердцах». Всё время вынужденного «хождения в бизнес», мы не «выключали» головы. И вот, Рудаль изложил свои постулаты. Сколько раз мы потом сидели с ним и, хлебнув пивка и небрежно сдвинув в сторону вороха накладных и счетов-фактур, «скрещивали шпаги» за эволюцию! Сколько раз, словно перескочившие на другую орбиту электроны, забывались спорами, отрешившись от круговерти текущих дел. И чем выше был взлет мысли, тем тягостнее ощущалось возвращение в рутинную повседневность коммерции...
Дальше почти что по Булгакову: «настал час, когда надо было покинуть тайный приют и выйти в жизнь...» Нет, жизнь на этом, в отличие от Мастера, «не закончилась». Но как заставить во всеуслышание прозвучать эту статью? Я дольше Рудаля проработал в науке, потому и связей имел побольше – по десяткам электронных адресов полетели письма со статьей. Среди адресатов были и весьма уважаемые биологи, и химики с докторскими степенями и профессорскими должностями. Многие, большое спасибо, откликнулись. Общий тон ответов был следующим: «М-да, интересные мысли! Но кто ж всё это проверит?»
Понятно, что проверка любой гипотезы требует экспериментальных подтверждений, ибо общеизвестно: «суха теория, мой друг...» В нашем случае для этого потребовалась работа, как минимум, хотя бы одного научно-исследовательского института. Стоит также отметить: никто из откликнувшихся адресатов теорией эволюции профессионально не занимался. Но в среде биологов самых разных научных дисциплин всегда считалось хорошим тоном порассуждать за эволюцию – это сродни неистребимому желанию образованных людей поговорить в хорошей компании, особенно подшофе, за историю и политику.
Потом, как нередко водится, всё это потихоньку заглохло. И вот, я вновь решил встряхнуть Рудаля: переведи, говорю, статью на английский и разошли в иностранные научные журналы – не всегда везет с «пророками в отечестве своем». Ну а я, в свою очередь, попробую всколыхнуть широкую читательскую аудиторию, упростив текст и адаптировав его для небиологов. Статья основана не на экспериментальных данных, а на несколько ином взгляде на некоторые общие и широко известные факты и цифры. Удивительно, что мы никогда не встречались именно с таким взглядом на природу вещей, хотя идея лежит как будто бы на поверхности, и эта идея почти сразу же приводит к совершенно неожиданным выводам.
Ну что, поехали?
Немножко цифр
Известно, что общее число генов человека – примерно 30 000, а геном человека содержит примерно 3,3 миллиарда «генных букв» – нуклеотидных пар. При этом всего лишь около 5% генома содержат гены, то есть средний ген состоит примерно из 5 000 нуклеотидных пар. Если средний ген представить в виде страницы, то он будет похож на страницу энциклопедии – довольно большого формата, набранную мелким шрифтом.
В ходе многочисленных экспериментов было установлено, что вероятность мутации одного гена человека в одном поколении равна примерно одной стотысячной – 0,00001 или 1/105. Умножая это число на примерное число генов человека – 30 000 (хотя это и не совсем корректно с точки зрения теории вероятностей), делается вывод: примерно треть всех половых клеток каждого человека несет новую мутацию. Вначале хочется закричать: «Ужас! Кругом мутанты!» Но потом успокаиваешься: с другой стороны, зато какой богатейший материал для естественного отбора! А если учесть тот факт, что древний человек возник примерно миллион (а, может, и два) лет назад, то вполне может показаться справедливой хрестоматийная цитата: «и так постепенно, за миллионы лет эволюции, за счет постепенного накопления самых незначительных изменений, которые давали бы хоть небольшое преимущество для выживания вида, и т.д. и т.п.».
С другой стороны, удивляет способность многих животных, например, крокодилов, оставаться практически неизменными в течение многих миллионов лет при таком-то огромном количестве мутаций! Объясняют это тем, что естественный отбор играет двоякую роль: с одной стороны – творческую, новаторскую, с другой – стабилизирующую, удаляя из популяции почти все мутации, особенно если популяция оказалась «удачной», и если условия ее существования мало менялись.
Поэтому рассмотрим ситуацию более детально, и для начала возьмем один-единственный ген.
Поведение единичного гена человека в ходе эволюции
Прежде, чем приступить к анализу, сделаем еще некоторые теоретические допущения.
А) Будем считать, что древний человек возник ровно один миллион лет назад.
Б) Будем считать, что древний человек возник от очень небольшого числа прародителей. Лучше всего от двух – пусть это будут «Адам и Ева», чтобы считать, что, по крайней мере, наш единичный ген был одинаковым у всех представителей самой первой популяции первых людей.
В) Будем считать, что среднее время одной генерации человека составляет ровно двадцать лет, то есть за один миллион лет сменилось 50 000 поколений. Отсюда также следует, что каким бы сложным и запутанным не было генеалогическое древо каждого из нас, каждый является потомком «Адама и Евы» в пятидесятитысячном поколении.
Зададимся вопросом: а что произошло бы с нашим единичным геном за один миллион лет (т.е. за все время существования человека), если бы по этому гену не велся стабилизирующий отбор? Первое, что приходит на ум – при таком количестве мутаций да еще за миллион лет такой ген должен быть разрушен до неузнаваемости и представлять из себя полную бессмыслицу. Сравнивая со страницей энциклопедии, за миллион лет непрерывных бомбардировок мутациями текст этой страницы должен был бы выглядеть как совершенно бессмысленный набор букв. Можно ли надеяться найти данный единичный ген в первозданном, идеальном виде хотя бы у одного из ныне живущих людей?
А какова вероятность того, что у кого-то данный единичный ген сохранился в первозданном виде и не испытал ни одной мутации за весь миллион лет, пока меняли друг друга все пятьдесят тысяч поколений его непосредственных предков? Кажется, что вероятность этого события должна быть ничтожно малой.
И все же проверим. Напомним, вероятность мутации этого гена в одном поколении равна одной стотысячной или 0,00001. Следовательно, вероятность того, что данный ген в одном поколении одного человека НЕ испытает ни одной мутации равна разности 1 минус 0,00001, то есть 0,99999. Далее. Вероятность того, что «идеальный» ген не испытает ни одной мутации в двух последующих поколениях одного человека – 0,99999 умножить на 0,99999. А чтобы определить вероятность того, что «идеальный» ген не испытает ни одной мутации за миллион лет, необходимо 0,99999 возвести в степень, соответствующую в нашем случае 50 000 поколений. Считаем, получаем, что 0,9999950000 =0,6. Ну, не совсем 0,6, но очень близко к этому.
Не знаю, как вы, но мы, помнится, остолбенели от этой цифры. Что она означает? Она означает, что у 60% ныне живущих людей данный единичный ген ни разу не испытал ни одной мутации за все миллион лет эволюции. Он пришел к нам напрямую от «Адама и Евы», и даже при отсутствии стабилизирующего отбора, отсеивающего мутации, «идеальный» ген сохранился в первозданном, «идеальном» виде у 60% особей биологического вида «Человек». При том, что мы условно приняли человека за существо гаплоидное (с одинарным набором хромосом) – подобное теоретически допустимо для упрощения анализа. Но если все же вспомнить, что человек является диплоидным, то ситуация станет еще более драматической – «идеальный» ген можно будет обнаружить хотя бы в одной из двух хромосом примерно у 84% людей.