Огарок во тьме. Моя жизнь в науке
Шрифт:
Естественный отбор предполагает различительное генетическое преимущество для конкретного организма, а не общее преимущество для всего мира. Когда накапливается генетическое преимущество – у конкретного индивида, а не у всего мира, – мы имеем дело с расширенным фенотипом. В других случаях нет никакого расширенного фенотипа и создания ниш, а всего лишь изменение ниш.
Истинный расширенный фенотип – такой как птичье гнездо, бобровая плотина или искаженное родительское поведение приемного родителя кукушки – должен быть дарвиновским приспособлением для выгоды генов, его опосредующих. “Создание ниши” может быть полезным выражением, если употреблять его с осторожностью. А поскольку его так часто употребляют безо всякой осторожности и без полного дарвиновского понимания, я бы предпочел, чтобы его не употребляли вовсе. В уместном и аккуратном применении оно становится особым случаем расширенного фенотипа, когда животное меняет свою нишу, чтобы принести выгоду собственным генам. Пример тому – бобровая плотина. Других примеров, может быть, не очень много.
Расширенный фенотип и создание ниш (в ошибочном применении термина как синонима для изменения ниш) иногда путали и в третьем “отголоске” – на конференции по расширенным
135
https://www.sciencedaily.c0m/releases/2009/01/090119081333.htm. – Прим. автора.
На сегодняшний день Дэвид Хьюз – ведущий практический представитель теоретической концепции расширенного фенотипа. Он был бы идеальным директором гипотетического будущего Института расширенной фенотипии, моей несбыточной мечты, описанной в завершении моей статьи в журнале Biology and Philosophy:
После торжественного открытия нобелевским лауреатом (члены королевской семьи – не то) изумленных гостей проводят по новому зданию. В нем три крыла: музей артефактов животных, лаборатория расширенной генетики паразитов и центр действия на расстоянии. <… > Во всех трех крыльях здания изучают знакомые явления с новой точки зрения: рассматривают куб Неккера в новых ракурсах. [Ученые во всех трех крыльях гордятся своей] строгой теоретической дисциплиной [136] . Над главной дверью института высечен девиз – мутация слов св. Павла в одном локусе: “Но ясность из них больше”.
136
В данном контексте это укол в адрес расплывчатых описаний “теории создания ниш”. – Прим. автора.
Теперь к моему воображаемому институту следовало бы прибавить еще и медицинское крыло. Один из сегодняшних лидеров зарождающейся дарвиновской медицины – американский биолог Пол Эвальд, а также Рэндольф Несс [137] и Дэвид Хейг. Я благодарен Роберту Триверсу, вдохновенному инноватору, который привлек мое внимание к удивительной статье Пола и Холли Эвальд о дарвинистском подходе к раковым заболеваниям, с применением концепции расширенного фенотипа. Хорошо известно, что опухолевые клетки подвергаются естественному отбору в опухоли. Но этот естественный отбор ограничен во времени: “улучшенные” мутантные клетки (они улучшают свою способность быть раковыми, а вовсе не делают лучше пациенту) побеждают менее злокачественные клетки, и таким образом их в опухоли становится больше. Но этот эволюционный процесс завершается со смертью пациента. Существует и параллельный, но более долгосрочный, на протяжении многих поколений, отбор генов в остальном теле по устойчивости к раку, способности воздвигать барьеры против него, разрабатывать иммунологические хитрости против него и так далее. Эта гонка вооружений несимметрична: антираковые хитрости вырабатывались против рака у прошлых поколений людей. А вот хитрости самих опухолей должны в каждом поколении развиваться заново: в каждом теле они начинают свою злокачественную эволюцию с нуля, будучи нормальными здоровыми клетками, и шаг за шагом проходят естественный отбор и развивают свойства, необходимые, чтобы победить другие раковые клетки в гонке размножения.
137
Соавтор Несса, великий Джордж Уильямс, к сожалению, уже не с нами. – Прим. автора.
Идея гонки вооружений между организмом и его раком ведет к занимательным размышлениям. Рак – это паразит, причем особенно коварный: его клетки практически (но, что важно, не полностью) идентичны клеткам хозяев. Организму (и медицинской терапии) намного легче различить “посторонних” паразитов вроде глистов и бактерий. За много поколений, во многих схватках с разнообразными формами рака оттачиваются “навыки” распознавания клеток, подозреваемых в “раковости”. И, как и в любой гонке вооружений, необходимо найти баланс между излишним избеганием рисков (когда видишь опасность там, где ее нет) и излишней расслабленностью (когда не видишь опасность там, где она действительно есть). Это сродни дилемме пасущейся антилопы: она слышит шорох высокой травы и должна решить – это хищник или всего лишь ветер. Пугливая антилопа, которая подскакивает от каждого шороха, недоедает, потому что каждый раз отрывается от кормежки, чтобы убегать. Расслабленная антилопа, которая продолжает пастись, когда другие убежали бы, рискует оказаться в пасти леопарда. Естественный отбор генов антилопы останавливается на тщательно продуманном балансе между избегающей риска Сциллой и расслабленной Харибдой. Иммунная система в определении злокачественных клеток идет по такому же канату. Если слишком расслабиться – пациент умрет от рака. Если слишком пугаться, избегая рисков, – иммунная система станет атаковать безобидные здоровые клетки, незаслуженно подозревая в них рак. Найдете ли вы лучшее объяснение аутоиммунным заболеваниям, таким как алопеция, псориаз или экзема? Аллергии, конечно, тоже можно трактовать как избегающую рисков, “пугливую” гиперреакцию иммунной системы.
Эвальды добавили к этому анализу оригинальный ход – внесли туда концепцию расширенного фенотипа. Опухоль живет и развивается в микросреде, заданной окружающими клетками организма. Злокачественные хитрости,
которые развиваются у опухолевых клеток в ходе внутрителесного естественного отбора, в основном состоят из воздействий на микросреду. Например, опухолевым клеткам не меньше, чем другим, – а может быть, и больше – нужен приток крови, который кормит их и снабжает кислородом. Гены бобра воздействуют на его поведение и создают расширенный фенотип, который запруживает ручей, чтобы получилось озеро; так же и мутировавшие и эволюционирующие гены в опухоли создают расширенный фенотип – усиленный приток крови к опухоли. Клетки увеличенных или отклонившихся кровеносных сосудов – сами по себе не раковые. Раковые клетки ими управляют, а поскольку это истинное дарвиновское приспособление (для выгоды рака, а не организма), изменения кровотока составляют истинный расширенный фенотип мутантных генов в опухоли.Эвальды в своей статье в полной мере используют терминологию “расширенного фенотипа”, и я счастлив, что они нашли эту концепцию полезной.
Пределы совершенства
В 1979 году Джон Мэйнард Смит организовал в Королевском обществе конференцию “Эволюция адаптаций путем естественного отбора”. Мы с Джоном Кребсом оба были приглашены сделать доклады, и мы решили объединить усилия – сделать общий доклад на тему “Эволюционная гонка вооружений”. Мы уже пробовали работать вместе, и у нас отлично получалось: в 1978 году мы написали статью “Сигналы животных: информация или манипуляция?” (см. стр. 378). Я считаю Джона своим братом по разуму, хотя в последнее время мы редко видимся. Нас всегда смешили одни и те же нелепости, и объяснений нам не требовалось. Когда он, поработав за границей, вернулся на оксфордскую кафедру зоологии и распаковывал вещи, он наткнулся на полезный предмет, который напомнил ему обо мне: “Ричард, если вам когда-нибудь понадобится фальшивая борода… ” Было ли это пророчеством? Кто знает, может быть, тот день еще настанет. С Джоном – как и с моей сестрой Сарой – я всегда могу рассчитывать на то, что в его прошлом были те же смешные книжки и стишки: мы играючи подхватываем отсылки друг у друга. Он чуть младше меня, но заслуженно получил членство в Королевском обществе задолго до меня. В отличие от меня, он способен иметь дело с университетской политикой и государственными органами – а одновременно с этим выдавать блестящие научные результаты. Он был посвящен в рыцари, стал главой Британского управления по стандартизации продуктов питания, а теперь член палаты лордов и глава прекрасного старого оксфордского колледжа Иисуса.
Вступление к нашей статье о гонке вооружений, с которой мы выступили на конференции Королевского общества в 1979 году, задавало тон так:
Гонка между лисами и зайцами происходит на двух планах. Когда конкретная лиса бежит за конкретным зайцем, гонка происходит во временном масштабе действий отдельных особей. Это индивидуальная гонка: так подводная лодка гонится за кораблем, который пытается затопить. Но идет и другая гонка, в других масштабах. Проектировщики подводных лодок учатся на ошибках прошлого. Технологии развиваются, новые подлодки получают новые возможности обнаруживать и уничтожать корабли, а новые корабли лучше оснащены для сопротивления подводным лодкам. Подобным образом в масштабах эволюции у лис могли развиться новые приспособления, чтобы ловить зайцев, а у зайцев – чтобы убегать от лис.
Мы расположили примеры по четырем квадрантам: межвидовые гонки против внутривидовых (хищник/добыча против конкуренции между самцами) и симметричные гонки против асимметричных (конкуренция между самцами против конфликта отцов и детей). Мы рассмотрели, как эти гонки заканчиваются – “победой” одной из сторон или достижением некоторого равновесия. Вдохновленные басней Эзопа, мы сформулировали принцип “жизнь/ужин” как возможную причину “победы” в гонке вооружений: заяц бежит быстрее лисы, потому что заяц спасает свою жизнь, а лиса всего лишь добывает ужин. Цена ошибки для двух участников гонки асимметрична. Эту асимметрию можно рассмотреть с экономической точки зрения. И заяц, и лиса бежали бы со скоростью “Мазерати”, если бы могли, но это потребовало бы значительных затрат. За быстрый бег пришлось бы расплачиваться в других областях экономики организма. Принцип “жизнь/ужин” дает зайцу дополнительный стимул перенаправлять ценные ресурсы в скорость бега.
Похожая асимметрия возникает и при “эффекте редкого врага”. Каждому из предков кукушки удалось обхитрить приемного родителя, а многие предки приемного родителя ни разу в жизни не сталкивались с кукушкой. Цена ошибки для кукушки выше, чем для хозяина, поэтому кукушки, чьи предки выжили в условиях более жесткой гонки, лучше вооружены для будущих столкновений. Концепция гонки вооружений оказалась невероятно полезной и проникла во многие мои книги. Мой друг Ник Дэвис, зоолог из Кембриджа, которого вместе с Джоном Кребсом можно справедливо назвать сооснователем современной поведенческой экологии, творчески применил концепцию гонки вооружений в своем каноническом труде о кукушках [138] .
138
Ник Дэвис – ведущий современный специалист по этим замечательным птицам.
См., например, его книгу 2015 года “Кукушки: прирожденные мошенники” (Cuckoo: Cheating hy Nature). – Прим. автора.
Пожалуй, самая переоцененная работа в моей области исследований, если не во всей биологии, была впервые представлена на той же конференции Королевского общества: “Критика адаптационистской программы” С. Дж. Гулда и Р. Ч. Левонтина, 1979. Левонтин и Гулд были альфа-самцами научной области, могущественными главарями кампании 1970-х (см. стр. 117) против Эдварда Уилсона (который, к счастью, мог постоять за себя). Издевательский тон сохранился и в их выступлении на конференции Королевского общества в 1979 году. Левонтин отсутствовал, так что доклад делал Гулд, и он превзошел самого себя в ехидстве: он трудился ради гогота с галерки и загадочным образом оставлял без внимания то, что его главный тезис был кардинально подорван продуманным и тщательно составленным докладом “Сопоставление и приспособление”, который в тот же день, чуть ранее, представили Тим Клаттон-Брок и Пол Харви. Вероятно, то, что Гулд не сумел учесть аргументы Клаттона-Брока и Харви, можно оправдать тем, что у него почти не было времени внести изменения в свой доклад. Но он мог хотя бы проявить вежливость – упомянуть их и приглушить язвительный тон.