Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной

ДНК организована в нитчатые структуры, называемые хромосомами. Они напоминают длинную компьютерную ленту с записанными данными. Вся информация, содержащаяся в ДНК, имеет свой адрес в том же самом смысле, что и данные, записанные на ПЗУ, да и на ленту тоже. Конкретные номера или наименования, которыми обозначается тот или иной адрес, произвольны — точно так же, как и в случае с компьютерной памятью. Принципиально то, что любое определенное местоположение на моей ДНК строго соответствует определенному местоположению на вашей ДНК: у них один и тот же адрес. Содержимое “ячейки” 321762 в моей ДНК может быть то же самое, что и у вашей “ячейки” 321762, а может и отличаться. Но моя “ячейка” 321762 занимает в моих клетках абсолютно то же самое местоположение, что и ваша “ячейка” 321762 в ваших клетках. Под “местоположением” в данном случае имеется в виду местоположение на конкретной хромосоме. Точное физическое положение самой хромосомы в клетке значения не имеет и может меняться, так как хромосома плавает в жидкости. Однако порядок расположения “ячеек памяти” вдоль хромосомы четко определен, и каждая “ячейка” имеет свой точный адрес, так же как и каждая единица информации на магнитной ленте не меняет своего местоположения от того, разбросана эта лента по полу или аккуратно намотана на катушку. Все мы, люди, обладаем одинаковым набором адресов ДНК, но содержимое этих адресов может быть разным. Вот основная причина того, почему мы все не похожи друг на друга.

У организмов других видов набор адресов не такой. Например, у шимпанзе 48 хромосом, а не 46, как у нас. “Адреса ячеек” по разные стороны межвидового барьера не соответствуют друг другу, и потому сравнивать их содержимое адрес за адресом, строго говоря, невозможно. Тем не менее у таких близкородственных видов, как шимпанзе и человек, имеются настолько большие общие куски ДНК с одинаковой последовательностью содержимого, что нам, бесспорно, позволительно считать эти куски по сути идентичными друг другу, хотя применить к обоим видам абсолютно одну и ту же систему адресации мы и не можем. Определяющей особенностью вида является то, что ДНК всех его представителей имеет одну и ту же систему адресации. Сделав поправку на редкие и несущественные исключения, можно сказать, что все представители вида обладают одинаковым количеством хромосом и что любое конкретное местоположение на какой-либо хромосоме будет у всех представителей одного вида обозначаться одним и тем же номером. В пределах вида может различаться только содержимое адресов, но не сами адреса.

Теперь поговорим о том, как возникают различия в содержимом, — и тут я должен подчеркнуть, что речь идет исключительно о тех организмах, которые, вроде нас с вами, размножаются половым путем. Наши сперматозоиды и яйцеклетки содержат по 23 хромосомы. Каждая “ячейка памяти” любого из моих сперматозоидов соответствует определенному “адресу” в любом другом моем сперматозоиде, так же как и в любой из ваших яйцеклеток (или сперматозоидов). Все остальные мои клетки содержат вдвое больше хромосом — 46. В таких клетках каждый из адресов используется дважды. Любая из них содержит две хромосомы № 9 и две ячейки с адресом 7230 хромосомы № 9. Содержимое этих двух адресных ячеек может совпадать или не совпадать друг с другом, как оно может совпадать или не совпадать с содержимым тех же ячеек у других представителей нашего вида. Когда из обычной клетки, имеющей 46 хромосом, образуется сперматозоид, у которого 23 хромосомы, в него попадает только одна из каждой пары адресных ячеек. Какая именно — дело случая. То же самое происходит и при производстве яйцеклеток. В результате получается, что любой новый сперматозоид и любая новая яйцеклетка уникальны в том, что касается содержимого их адресных ячеек, хотя сама система адресации будет у всех представителей данного вида одинаковой (исключения не принципиальны и не стоят того, чтобы мы сейчас на них отвлекались). Когда происходит оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом, комплект из 46 хромосом, естественно, восстанавливается, и его копия попадает в каждую клетку развивающегося зародыша.

Я уже говорил, что записать информацию на ПЗУ можно только однократно, при его изготовлении. Справедливо это и для ДНК в клетках, если не считать случайных ошибок, время от времени происходящих при копировании. Однако совокупная база данных, состоящая из ПЗУ всего вида, может быть в некотором смысле конструктивно переписана. Из поколения в поколение выживание и репродуктивный успех особей данного вида, будучи неслучайными, эффективно “вносят усовершенствования” в те инструкции по выживанию, которые хранит генетическая память вида. Эволюционное изменение вида в значительной степени заключается в том, что с течением поколений меняется общее число копий каждого возможного варианта содержимого для каждой адресной ячейки ДНК. Разумеется, в любой конкретный момент времени каждая копия находится внутри своего организма и никуда оттуда не девается. Однако для эволюции важно другое: чтобы изменялась частота встречаемости альтернативных вариантов содержимого в каждой адресной ячейке в популяции. Система адресации остается прежней, однако общая статистическая картина содержания ячеек из века в век меняется.

Крайне редко может меняться и сама система адресации. У шимпанзе 24 пары хромосом, а у нас 23. У нас с шимпанзе был общий предок, а значит, либо у нас, либо у них в роду однажды произошло изменение числа хромосом. Либо мы утратили одну хромосому (две объединились), либо шимпанзе приобрели (одна разделилась надвое). Должна была быть по крайней мере одна особь, чей хромосомный набор был не таким, как у ее родителей. Бывают у генетических систем и другие случайные преобразования. Порой длинные кодирующие последовательности оказываются целиком скопированными на совершенно разные хромосомы. Мы знаем об этом, потому что идентичные друг другу протяженные последовательности ДНК-текста иногда обнаруживаются разбросанными по хромосомам то там то сям.

При считывании информации с какого-то определенного участка компьютерной памяти возможны два варианта происходящего. Информация эта может быть или просто куда-то переписана, или же вовлечена в какую-то “операцию”. Быть куда-то переписанной — это означает быть скопированной. Мы уже видели, что ДНК без труда копируется, чтобы передаться в новые клетки, и что большие куски ДНК копируются при передаче их от одного индивидуума к другому — к его ребенку. С “операциями” дело обстоит мудренее. В случае компьютеров операцией может быть выполнение указаний, записанных в программах. Например, ячейки с адресными номерами 64489, 64490 и 64491 в ПЗУ моего компьютера заняты таким содержимым — последовательностью единиц и нулей, — которое, будучи преобразовано в инструкции, побуждает громкоговоритель компьютера издать отрывистый звук. Вот эта кодовая комбинация: 10101101 00110000 11000000. Сама по себе она не содержит ничего отрывистого и ничего звукового. В ней нет ничего, из чего мы могли бы заключить, что она должна оказывать какое-то действие на громкоговоритель. Для того чтобы она оказывала свое действие, весь компьютер должен быть устроен соответствующим образом. Точно так же и расположение символов четырехбуквенного кода ДНК влияет, скажем, на цвет глаз или на поведение, но эти влияния не являются неотъемлемым свойством самих последовательностей ДНК. Чтобы нуклеотидные последовательности оказывали свое действие, весь организм должен развиваться соответствующим образом, а это, в свою очередь, определяется другими участками ДНК. Взаимодействия между генами будут основной темой главы 7.

Прежде чем принять участие в какой-либо операции, код ДНК должен быть “переброшен” на другой носитель. Вначале символы ДНК переписываются алфавитом РНК, тоже четырехбуквенным, а затем переводятся в полимер совершенного иного типа, называемый полипептидом или белком. Еще его можно было бы назвать полиаминокислотой, так как основными единицами, из которых он состоит, являются аминокислоты. В живых клетках 20 разновидностей аминокислот. Все белки биологического происхождения составлены из этих 20 типов “строительных блоков”. Хотя белковая молекула и представляет собой цепочку из аминокислот, обычно она не остается тонкой и вытянутой, а сворачивается в запутанный клубок, точная форма которого определяется аминокислотной последовательностью. Следовательно, для любой конкретной последовательности аминокислот характерна строго определенная форма клубка. Ну а последовательность аминокислот, в свою очередь, однозначно определяется (через посредничество РНК) порядком символов в цепочке ДНК. Получается, что в каком-то смысле трехмерная структура белка закодирована в одномерной последовательности “букв” ДНК.

Процесс перевода, или трансляции, происходит с использованием знаменитого трехзначного “генетического кода”. Это не что иное, как словарь, в котором каждый из 64 (4 x 4 x 4) возможных триплетов нуклеотидов ДНК (или РНК) соответствует либо какой-то одной из 20 аминокислот, либо “сигналу остановки чтения”. Таких “стоп-сигналов”, или “знаков препинания”, в генетическом коде три. Многие аминокислоты кодируются более чем одним триплетом (что вряд ли нас удивит, ведь триплетов 64, а аминокислот всего 20). Весь процесс трансляции точной линейной последовательности “ПЗУ” ДНК в строго одну и ту же трехмерную организацию цепочки белка представляет собой поразительное достижение цифровых информационных технологий. На последующих этапах влияния генов на организмы аналогия с компьютерами будет чуть менее очевидной.

Любую живую клетку, даже одиночную бактерию, можно представить себе как гигантский химический завод. Ход событий на этом предприятии определяют последовательности ДНК, или гены, которые оказывают свое действие, влияя на трехмерную структуру белковых молекул. Слово “гигантский” по отношению к клетке может показаться неожиданным, особенно если вспомнить, что 10 млн бактериальных клеток спокойно помещаются на булавочной головке. Но не будем забывать, что каждая из этих клеток способна вместить полный текст Нового Завета, а уж если судить по тому, сколько в ней содержится разных замысловатых станков, то ее действительно можно назвать гигантской. Каждый станок — это крупная молекула белка, и его сборка производится под влиянием особой последовательности ДНК. Молекулы белков, называемых ферментами, являются станками в том смысле, что каждая из них обеспечивает протекание определенной химической реакции. Каждая разновидность таких белковых машин “выпускает” свой собственный, особый тип химической продукции. Сырье для этого производства плавает внутри клетки и, скорее всего, изготовлено другими белковыми машинами. Чтобы вы получили представление о размере этих станков, скажу, что каждый из них состоит примерно из 6000 атомов — очень много по молекулярным меркам. Всего в клетке около 1 млн таких внушительных аппаратов и около 2 тыс. их разновидностей, каждая из которых служит для выполнения какой-то одной определенной операции на этом предприятии. Именно специфическими продуктами деятельности ферментов определяются индивидуальные особенности строения и функционирования каждой клетки.

Все клетки организма содержат одни и те же гены, и потому может показаться странным, что сами эти клетки не похожи друг на друга. Дело тут в том, что в клетках каждого типа считывается свой, специфический набор генов, а все остальные гены бездействуют. Так, в клетках печени не используются те участки “компьютерной памяти” ДНК, которые требуются исключительно для формирования почки, и наоборот. Форма клетки и режим ее работы определяются тем, какие из находящихся в ней генов считываются, а затем транслируются в белки. А это зависит от того, какие химические вещества уже имеются в данной клетке, что, в свою очередь, частично зависит от того, какие гены считывались в ней и в соседних с ней клетках ранее. Когда клетка делится, две дочерние клетки не обязательно будут абсолютно одинаковыми. Например, в оплодотворенной яйцеклетке, которая дает начало организму, одни химические вещества скапливаются у одного полюса, а другие — у другого. Когда такая поляризованная клетка делится, ее химическое содержимое распределяется между двумя дочерними клетками неравномерно. А значит, в двух этих клетках будут считываться различные гены, что положит начало самопроизвольно усиливающейся дивергенции. Окончательная форма организма в целом, размер его конечностей, электрические схемы в его мозге, слаженность его движений — все это косвенные последствия взаимодействий между разными типами клеток, которые являются разными оттого, что в них считываются разные гены. Эти процессы расхождения, сопутствующие развитию организма, лучше представлять себе происходящими автономно в каждой точке, наподобие описанного в главе 3 “рекурсивного алгоритма”, а не согласованными в рамках какого-то централизован ного замысла.

“Операция” в том смысле, какой подразумевается в данной главе, — это то, что имеет в виду генетик, когда говорит о “фенотипическом эффекте” гена. Фенотипическими эффектами называются воздействия, оказываемые ДНК на организм: на цвет глаз, курчавость волос, склонность к агрессии и тысячи других признаков. Первые этапы своего воздействия ДНК осуществляет в местном масштабе: считываясь в виде РНК и транслируясь в белковые цепочки, которые затем влияют на строение клетки и на режим ее работы. Это один из двух способов, которыми может передаваться информация, заключенная в последовательности ДНК. Другой способ — продублировать ее в новой нити ДНК. Это то самое копирование, о котором уже говорилось выше.