Вопрос: верите ли вы в эволюцию?
Лекцию Михаил Гельфанд начал с результатов нескольких опросов, которые проводились в разное время в нескольких странах. В первом случае, людей просили согласиться, опровергнуть или оставить под вопросом утверждение: «Человек эволюционировал из ранее существовавших видов». В России с этим согласилась меньшая часть опрошенных людей, впрочем, как и в США. Во втором случае респондентов спрашивали, верят ли они в теорию эволюции. Но сам этот вопрос – неправильный, подчеркнул лектор, потому что он двусмысленный.
Во-первых, вера может употребляться в религиозном смысле. А вот когда ученый говорит, что он верит в ту или иную теорию, это значит, что он ее внимательно прочитал, оценил доводы автора, его экспериментальные результаты, проверил, хорошо ли проведены контрольные наблюдения и вычисления, подумал, чего здесь не хватает, какие здесь есть недостатки и как это можно встроить в канву остальной науки. А во-вторых, для многих слово «теория» значит непроверенное, недоказанное. Но здесь теория употребляется в смысле «раздел биологии», который называется Эволюционная биология. Это то же самое, что теория относительности, которая является разделом физики.
Также любят говорить, что Дарвин во многих местах ошибался, и поэтому его теории не стоит доверять. Первая часть этого довода правдива: ученый действительно где-то ошибался, ведь он не знал многих вещей, которые знаем мы. В некоторых местах его труда «Происхождение видов» есть пробелы, которые автор не мог объяснить. Например, Дарвин не мог понять, почему какой-либо «хороший» признак со временем будет «размываться» у потомков, становиться все менее выраженным. Просто он не знал, что здесь в дело вступают генетические изменения. Создателем генетики называют австрийского биолога Грегора Менделя, который был современником Дарвина, но который, к сожалению, опубликовал результаты своих исследований в официальных источниках Брюннского общества естествоиспытателей, а не в каком-нибудь известном научном журнале. Поэтому о его формулировках механизмов наследования узнали очень поздно.
«Есть легенда, что якобы Дарвин не открыл письмо Менделя, где последний описывал эти механизмы. Но это неправда, такого письма никто пока не нашел. Так что, если вы создали или обнаружили что-то стоящее, пожалуйста, публикуйте это в таких журналах, в которых это прочитают», – попросил Михаил Гельфанд.
Он также напомнил, что несправедливо называть Чарльза Дарвина создателем теории эволюции. Об эволюции долго говорили и до него, но он был первым, кто описал механизмы естественного отбора. И в этом смысле он был настоящим гением. К исследованиям механизмов передачи наследственных признаков вернулись только в XX веке, когда поняли, что ДНК – это носитель генетической информации, когда появилась молекулярная и системная биология.
Доказательства эволюции: неоптимальность
Именно неоптимальные формы и рудименты, а не приспособленность, как многие думают, являются доказательством эволюции. Почему все рыбы вытянутой формы? Да просто потому, что так удобнее всего быстро перемещаться в воде. Поэтому и подводные лодки тоже вытянутой формы. Все, что быстро плавает, будет иметь вытянутую форму. Почему пчелы строят свои «дома» в форме сот? Просто потому, что это геометрически оптимальная организация пространства, при которой можно занять свободное место наиболее эффективно.
В свете этого довода возникают вопросы о присутствии рудиментов у разных видов. Например, зачем пещерной рыбе глаза? Этот вид живет в абсолютной темноте, где вообще никогда ничего невозможно увидеть. Но у рыбы есть остатки глаз, которые, конечно, слепы. И вот это как раз доказательство того, что здесь постаралась эволюция: видимо, когда-то рыба жила в более светлом месте, а потом переселилась в «подполье». Другой пример – это наличие летающих и нелетающих палочников. Это значит, что при определенных ситуациях палочники когда-то теряли крылья, но это случилось недавно, и система еще не успела перестроиться до конца.
«Самый странный, на первый взгляд, неоптимальный “дизайн” у камбалы. Техзадание на создание этой рыбы понятно: давайте сделаем рыбу, которая будет жить на дне и чем-то там питаться. Отличник сделал рыбу в форме плоского “сканера” с ядовитым шипом, а двоечник придумал камбалу. Камбала была классическим инструментом “троллинга” эволюционистов со стороны креационистов. Предположим, чтобы была нормальная рыба, а потом один ее глаз переехал на другую сторону, потому что ей было неудобно смотреть, ведь рыба постоянно лежит на дне. Спрашивали: как же он мог так взять и стартовать, этот глаз? Где переходная форма? К счастью, нашлись правильные кости, на которых один глаз был немного смешен от нормального местоположения», – привел еще один пример лектор.
Доказательства эволюции: когда структура органа похожа, но у разных видов этот орган выполняет разные функции
Эволюция не изобретает ничего впервые, а просто «подправляет» то, что есть, под новые условия. Самый простой пример – это крыло летучей мыши. Скелет крыла представляет собой «подправленный» вариант передней конечности млекопитающих, в том числе человека. Только у летучей мыши «мизинец» очень вытянулся, а между «пальцами» возникли перепонки.
Интересно, что у всех животных с пальцами в зародышевом состоянии есть перепонки, которые потом деградируют у некоторых видов. Был проведен эксперимент: обычной «земной» мыши пересадили ген летучей мыши, который отвечает за регуляцию длины и формы передней конечности. И ничего не произошло. А потом ученые пересадили другой ген, который отвечает за «включение» гена длинных конечностей. И вот тогда передние лапки мышек стали на 15% длиннее в течение естественного роста и развития хряща.
Доказательства эволюции: антропогенез
Когда говорят, что человек произошел от обезьяны, это вызывает кучу вопросов у людей и провоцирует на всякие размышления, отметил Михаил Гельфанд. И самый частый вопрос: почему сейчас шимпанзе не превращается в человека? Еще не менее частый вопрос: почему тогда обезьяны остались как вид, ведь эволюция отметает менее приспособленные виды? Дело в том, что никогда никто из ученых не утверждал, что человек произошел от какой-либо из современных обезьян, но у человека и шимпанзе был общий предок. И если бы этого предка удалось найти, то его физические характеристики очень были бы похожи на характеристики обезьяны. Общий предок – это предсказание, которое было сделано теорией эволюции Дарвина. Сложность в доказательстве этого предсказания заключается в построении «древа предков», то есть цепочки промежуточных видов, которые привели к появлению Homo Sapiens. Но уже сегодня найдено достаточно много этих промежуточных форм, благодаря которым можно проследить постепенное увеличение черепной коробки у предков человека разумного, других приматов.
«Гораздо труднее доказывать, что шимпанзе произошел от обезьяны, потому что предки шимпанзе жили в очень влажном климате джунглей, там сыро и тепло – кости в таких условиях просто не сохраняются», – подчеркнул Михаил Гельфанд.
Доказательство эволюции: наблюдаемая эволюция
Самым выносливым микробиологом можно назвать, пожалуй, американца Ричарда Ленски, который в течение уже более 25 лет следит за жизнью популяций бактерий кишечной палочки в пробирках. Выращено уже более 61 тысячи поколений. Каждые 10 поколений команда ученого консервирует представителей кишечной палочки в холодильниках. Таким образом, у исследователей остается полная история развития этого организма.
В один момент, когда научная группа смогла изучить гены разных поколений бактерии, выяснилось, что в процессе истории этой кишечной палочки появился практически новый вид. Предки этого вида питались глюкозой, а «новичок» развил у себя способность питаться продуктами жизнедеятельности, то есть метаболитами окружающих себя сородичей. Этот был очень выгодный эволюционный ход. Ведь новому виду теперь не приходилось конкурировать за глюкозу с другими бактериями.
Однако неожиданно новый штамм бактерии начал исчезать. Ученые не могли понять, почему. Ради эксперимента они дали штамму целую отдельную чашку Петри, и там он всегда выживал. Тогда исследователи проверили лабораторные книжки, и выяснилось, что в какой-то момент в лаборатории выключали электричество, и именно с этого дня популяция нового штамма стала резко уменьшаться. Оказалось, что новый вид был неустойчив к резким сменам температуры. Таким образом, эволюционные возможности даются отказом от других особенностей, и не всегда это ведет к формированию более сильного и совершенного вида.
Доказательство эволюции: устойчивость бактерий к антибиотикам
Бактерии – это те микроорганизмы, которые могут эволюционировать прямо на наших глазах, как это случилось с кишечной палочкой. И они очень быстро развивают способности противостоять опасным для себя веществам, то есть антибиотикам. Михаил Гельфанд напомнил, что меньше чем через двадцать лет после открытия пенициллина, в течение 10 лет его использования бактерия золотистого стафилококка развила устойчивость к этому лекарству. Также он продемонстрировал результаты эксперимента Гарвардской команды ученых, который показал, что бактерия путем мутаций может стать устойчивой к тысячной дозе антибиотика уже через 11 дней.
«Антибиотики в естественной среде возникли еще до человека, так как между самими бактериями постоянно велась химическая война на полное поражение. И они постоянно тренировались развивать у себя средства нападения и средства защиты. Сейчас существует суперустойчивый туберкулез, который вообще ничем не убить. Фармкомпаниям невыгодно разрабатывать новые антибиотики. Расходы на это большие, а окупаемость маленькая, потому что бактерии быстро приобретают устойчивость», – прокомментировал приглашенный лектор Университета ИТМО.
Зачастую после того, как бактерия приобретает устойчивость к определенному лекарству, изменяется метод терапии, то есть возбудителя болезни начинают травить другими антибиотиками. И тогда мутировавший вид снова изменяется, чтобы приспособиться к новому лекарству. И так может продолжаться достаточно долго. Более жесткий естественный отбор создает все более приспособленные виды. В случае с раковыми опухолями эта эволюционная особенность порождает новые предположения о возможной терапии. Так, когда дозы химиотерапии увеличиваются, есть большая вероятность, что появятся клетки, которые будут устойчивы к таким дозам. И когда все первоначальные клетки погибнут, из мутировавших клеток может развиться новая опухоль. Таким образом, есть теория, что может быть эффективнее просто не давать опухолевым клеткам возможности мутировать, то есть не увеличивать химиотерапию, а «удерживать» опухоль умеренными дозами. То есть будет происходить «мягкий» естественный отбор, и новый признак суперустойчивости к лекарствам не будет закрепляться в последующих поколениях клеток.
Что нужно помнить, чтобы правильно обсуждать и понимать эволюцию
№1: Большинство изменений в организмах нейтральны и никак не влияют на состояние и функциональность вида. Полезных мутаций очень мало и их эффект незначителен.
№2: Естественный отбор очень трудно заметить. Например, примерно треть всех беременностей заканчивается выкидышем на таких ранних стадиях, что женщина просто не замечает ни беременности, ни выкидыша.
№3: Чтобы произошли какие-либо заметные генетические изменения, должно совпасть очень много факторов. Самое главное, новый признак не должен быть полностью ненужным, но и не должен мешать привычной жизни.
№4: Ранее «плохие» признаки могут становиться полезными и наоборот. Например, у всех взрослых млекопитающих генетически заложена непереносимость лактозы, то есть молока. Это было необходимо эволюции, чтобы выросшие детеныши не отгоняли от сосков матери новорожденных особей. Однако у человека история сложилась иначе. Когда он переселился на север и стал заниматься скотоводством, переваривать молоко стало выгодно.
«Другой пример – это способность запасать жир у человека. Эволюционно выживали те люди, которые могли откладывать питательные вещества в жир, который давал им ресурсы для существования до следующего убитого мамонта. Однако сейчас, когда пищи достаточно, отбор идет против этих вариантов с точки зрения медицины, что связано с диабетом, и с точки зрения полового отбора», – сказал Михаил Гельфанд.
Он добавил, что следующий скачок в эволюционной биологии наступит, когда мы научимся смотреть на молекулярном уровне ранние стадии развития живых существ и сравнивать их друг с другом. Человек – не шимпанзе не потому, что у него другие гены. Гены как раз почти совпадают. Отличается он тем, в каком порядке и как эти гены работают. Поэтому нужно смотреть на раннее развитие организмов, чтобы понять, как появляются различия между ними, сказал биолог.
