Капеллан дьявола: размышления о надежде, лжи, науке и любви

История глобинов — лишь одна из многих. Дупликации и делеции генов происходили время от времени во всех геномах. Именно такими и другими аналогичными путями размеры геномов и могут увеличиваться в ходе эволюции. Но припомните разницу между суммарной емкостью всего генома и емкостью той его части, которая реально используется. Вспомните, что используются не все гены глобинов. Некоторые из них, такие как тета-ген в альфа-кластере генов глобинов, представляют собой псевдогены, узнаваемо родственные функциональным генам в тех же геномах, но на деле никогда не переводимые на действующий язык белков. То же, что относится к глобинам, относится и к большинству других генов. По геномам разбросано множество нефункциональных псевдогенов — ошибочных дубликатов функциональных генов, которые ничего не делают, в то время как их функциональные родственники (здесь даже незачем осторожничать, ставя это слово в кавычки) продолжают делать свое дело в другой части того же генома. А есть и гораздо большее количество ДНК, которая не заслуживает даже названия псевдогенов.

Она тоже произошла путем дупликаций, но это были не дупликации функциональных генов. Она состоит из многочисленных копий разного мусора, “тандемных дупликаций” и прочей бессмыслицы, которая может быть полезна для судебно-медицинских экспертов, но, судя по всему, не используется в самом организме. И опять же креационисты могли бы хорошенько поразмыслить над тем, зачем Создателю понадобилось засорять геномы нетранслируемыми псевдогенами и тандемными дупликациями мусорной ДНК.

Можно ли измерить информационную емкость той части генома, которая реально используется? Ее можно, по крайней мере, оценить. В случае человеческого генома она составляет около 2 % — гораздо меньше, чем та часть своего жесткого диска, которую я использовал с тех пор, как купил его. Соответствующий показатель для генома гребенчатого тритона предположительно даже меньше, но мне неизвестно, измеряли ли его. В любом случае мы не должны выносить отсюда шовинистическую идею, что человеческий геном должен почему-либо обладать самой большой базой ДНК-данных, раз мы такие замечательные. Великий эволюционист Джордж Уильямс обратил внимание на то, что животным со сложным жизненным циклом нужно кодировать развитие всех стадий жизненного цикла, но у них есть на это только один геном. Геном бабочки должен содержать всю информацию, необходимую для построения организма как гусеницы, так и бабочки. В жизненном цикле печеночной двуустки целых шесть стадий, специализированных для разного образа жизни. Нам не стоило бы особенно обижаться, если бы оказалось, что у печеночных двуусток геном больше нашего (на самом деле это не так).

Вспомним также, что даже суммарная емкость той части генома, которая реально используется, не то же самое, что настоящее количество информации в шенноновском смысле слова. Настоящее количество информации — это то, что останется, когда вся избыточность будет удалена из сообщения путем сжатия, с помощью умозрительного эквивалента программы-архиватора. Существуют даже некоторые вирусы, которые, судя по всему, используют что-то вроде такого сжатия. Они пользуются тем, что код РНК (эти вирусы содержат не ДНК, а РНК) считывается триплетами. Имеется “рамка”, которая движется вдоль последовательности РНК, считывая три буквы за один раз. Очевидно, что в обычном случае, если эта рамка начнет считывать код не с того места (как это происходит при так называемых мутациях сдвига рамки считывания), получится полная бессмыслица: “триплеты”, которые она будет считывать, пойдут не в ногу с осмысленными триплетами. Но эти замечательные вирусы научились с успехом пользоваться сдвигом рамки считывания. Они получают два сообщения по цене одного, за счет совершенно другого сообщения, заключенного в той же самой последовательности букв, если считывать ее со сдвигом рамки. В принципе можно получить даже три сообщения по цене одного, но я не знаю таких примеров.

Одно дело — оценить суммарную информационную емкость генома и объем той его части, которая реально используется, и другое — оценить настоящее количество информации в шенноновском смысле слова. Лучшее, что мы можем сделать, это, должно быть, вообще забыть о самом геноме и обратиться к его продукту — фенотипу, рабочему телу животного или растения как такового. В 1951 году Джон Уильям Саттон Прингл, который впоследствии был моим профессором в Оксфорде, предложил использовать меру информации шенноновского типа для оценки “сложности” организма. Прингл хотел выразить сложность математически, в битах, но я давно обнаружил, что для разъяснения его идеи удобно излагать ее в следующей словесной форме.

У нас есть интуитивное ощущение, что, скажем, омар более сложен (более “развит”, а кто-то мог бы даже сказать “эволюци-онно выше”), чем какое-нибудь другое животное, например кив-сяк. Можем ли мы измерить что-то, чтобы подтвердить или опровергнуть этот интуитивный вывод? Не разбирая организмы этих животных на биты, мы можем приблизительно оценить количество информации в этих двух организмах следующим образом. Представьте, что мы напишем книгу, в которой описывается омар. Теперь давайте напишем другую книгу, в которой с той же степенью подробности описывается кивсяк. Разделим число слов в одной книге на число слов в другой, и мы получим приблизительную оценку соотношения количества информации омара и кивсяка. Важно подчеркнуть, что соответствующие животные должны быть описаны в обеих книгах с одной и той же степенью подробности. Очевидно, что если мы опишем кивсяка с точностью до подробностей клеточного строения, но ограничимся макроскопическими анатомическими признаками в случае омара, то кивсяк окажется далеко впереди.

Однако если провести эту проверку должным образом, я готов спорить, что книга об омаре окажется длиннее, чем книга о кив-сяке. Этот вывод основан на следующих простых соображениях. Оба животных состоят из сегментов — модулей строения тела, принципиально сходных друг с другом и соединенных продольно, как вагоны поезда. У кивсяка большинство сегментов идентичны, а у омара большинство сегментов отличаются друг от друга, хотя и следуют общему плану (у каждого есть нервный узел, пара конечностей и так далее). Книга о кивсяке состояла бы из одной главы с описанием типичного сегмента, за которой следовала бы фраза: “Повторить N раз”, где N — число сегментов. В книге об омаре понадобилась бы отдельная глава для каждого сегмента. Это не совсем справедливо в отношении кивсяка, у которого сегменты на переднем и заднем концах тела немного отличаются от остальных. И все же я готов спорить, что если кто-либо собрался бы провести такой эксперимент, полученная оценка количества информации у омара оказалась бы существенно выше оценки количества информации у кивсяка.

Такое сравнение омара и кивсяка не представляет непосредственного эволюционного интереса, потому что никто не считает, что омары произошли от кивсяков. Очевидно, что ни одно современное животное не произошло ни от одного другого современного животного. Но у любой пары современных животных был последний общий предок, который жил в какой-то (принципиально) определимый момент геологической истории. Почти вся эволюция свершилась далеко в прошлом, что сильно затрудняет изучение ее подробностей. Но мы можем воспользоваться мысленным экспериментом “с длиной книги”, чтобы договориться, что, если только мы сможем исследовать предковые формы, будет означать вопрос о том, увеличивается ли количество информации в ходе эволюции.

На деле ответ на этот вопрос запутан и служит предметом разногласий, очень тесно связанных с бурными спорами о том, прогрессивна ли эволюция в целом. Я из числа тех, кто придерживается умеренной разновидности ответа “да”. Мой коллега Стивен Джей Гулд склоняется к ответу “нет” [126] . Не думаю, что кто-либо станет отрицать, что измеренное любым способом количество информации в геноме — будь то информация в описании строения тела, суммарная информационная емкость генома, емкость реально используемой части генома или количество настоящей (“архивированной”) информации в геноме — имело широкую общую тенденцию к увеличению в ходе эволюционного развития человека из наших далеких предков-бактерий. Однако у людей могут быть разногласия по двум важным вопросам: во-первых, обнаружится ли такая тенденция во всех или в большинстве эволюционных ветвей (например, эволюционное развитие паразитов нередко демонстрирует тенденцию к уменьшению сложности строения тела, потому что паразитам удобнее быть простыми), и, во-вторых, не наталкивается ли эта тенденция, даже в тех эволюционных ветвях, где она отчетливо проявляется в долговременном масштабе, на такое количество реверсий и повторных реверсий в кратковременном масштабе, что это подрывает саму идею прогресса. Здесь не место разрешать этот интересный спор. У обеих сторон есть адепты среди выдающихся биологов, предъявляющие хорошие аргументы.

126

См. очерк “Человеческий шовинизм и эволюционный прогресс”.

Кстати, сторонники “разумного замысла”, направляющего эволюцию, должны крепко верить в то, что количество информации в ходе эволюции увеличивается. Даже если эта информация исходит от Бога (возможно, тем более, если она исходит от Бога), ее количество непременно должно увеличиваться и это увеличение должно, предположительно, проявляться в геноме.

Наверное, главный урок, который мы должны извлечь из подхода Прингла, состоит в том, что количество информации в биологической системе — это другое название сложности этой системы. Поэтому вопрос креационистов, с которого мы начали, равнозначен стандартному вопросу о том, как объяснить возникновение биологической сложности из более простых предшественников в ходе эволюции. Ответу на этот вопрос я посвятил три книги и не предлагаю пересказывать здесь их содержание. “Вопрос об информации” — это, оказывается, не кто иной, как наш старый друг: “Как такая сложная структура как глаз могла развиться в ходе эволюции?” На него просто надели броский наряд из математического языка — возможно, специально, чтобы обвести нас вокруг пальца. Или, возможно, те, кто задает этот вопрос, уже сами обвели себя вокруг пальца и не понимают, что это все тот же старый вопрос — на который дан исчерпывающий ответ.

В заключение позвольте мне обратиться к другому способу взглянуть на вопрос о том, увеличивается ли количество информации в геномах в ходе эволюции. Сейчас мы переключимся с широкого размаха эволюционной истории на мелкие детали естественного отбора. Сам естественный отбор, если подумать, представляет собой сведение обширного исходного поля возможных альтернатив к более узкому полю тех альтернатив, которые реально будут выбраны. Случайные генетические ошибки (мутации), половая рекомбинация и миграционное перемешивание вместе обеспечивают обширное поле генетической изменчивости — доступные альтернативы. Мутация — это не увеличение настоящего количества информации, скорее наоборот, потому что мутация, в терминах Шеннона, способствует увеличению априорной неопределенности. Но перейдем теперь к естественному отбору, который сокращает “априорную неопределенность” и поэтому, в шенноновском смысле, вносит информацию в генофонд. В каждом поко-

лении естественный отбор удаляет из генофонда менее успешные гены, так что остающийся генофонд представляет собой меньшее подмножество. Это сокращение неопределенности происходит неслучайно, в направлении усовершенствования, определяемого, по Дарвину, как увеличение приспособленности к выживанию и размножению. Разумеется, общий диапазон изменчивости вновь пополняется в каждом поколении за счет новых мутаций и других форм изменчивости. Но это не отменяет истинности утверждения, что естественный отбор сводит более обширное исходное поле возможностей, включающее преимущественно неуспешные варианты, к более узкому полю успешных вариантов. Это аналогично тому определению информации, с которого мы начали: информация — это то, что позволяет свести априорную неопределенность (исходный диапазон возможностей) к последующей определенности (“успешным” вариантам, выбранным из априорных возможностей). Согласно этой аналогии, естественный отбор по определению представляет собой процесс, поставляющий информацию в генофонд следующего поколения.