До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной - Брайан Грин

Дарвин ничего не говорил про биологические основы наследования с модификацией. Как живые существа передают свои черты потомству? И как так получается, что некоторые из этих черт наследуются в измененном виде? Во времена Дарвина ответы на эти вопросы были неизвестны. Конечно, все понимали, что малышка Мэри похожа на маму и на папу, но до понимания молекулярного механизма передачи признаков по наследству предстояло сделать еще много открытий. То, что Дарвин сумел разработать теорию эволюции в отсутствие каких бы то ни было подробностей, говорит об общем характере и силе этих идей. Они выше этих мелочей. Только почти 100 лет спустя, в 1953 г., раскрытие структуры ДНК сделало путь к молекулярной основе наследственности видимым. Со сдержанностью, присущей интеллигентным людям, Уотсон и Крик завершили свою статью преуменьшением, достойным занять место в ряду самых знаменитых в истории: «От нашего внимания не укрылось, что постулированные принципы попарного соединения незамедлительно предполагают возможный механизм копирования генетического материала».

Уотсон и Крик выявили процесс, посредством которого живое дублирует те самые молекулы, где хранятся внутренние инструкции клетки, что позволяет передавать эти инструкции потомству. Как мы уже видели, информация, направляющая клеточные функции, кодируется последовательностью оснований вдоль нитей закрученной лестницы ДНК. Когда клетка готовится к размножению — делению на две, лестница ДНК разделяется посередине, образуя две отдельные нити, каждая из которых содержит некую последовательность оснований. Поскольку последовательности комплементарны (А на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Т; Ц на одной нити гарантирует, что на второй нити в соответствующем месте стоит Г), каждая нить представляет собой шаблон для построения копии второй нити. Присоединив к основаниям на каждой из нитей соответствующие основания, клетка получает две полные копии первоначальной молекулы ДНК. Когда клетка после этого делится, каждая дочерняя клетка получает один из продублированных экземпляров. Таким образом генетическая информация передается от одного поколения к следующему — это и есть тот механизм копирования, который не ускользнул от внимания Уотсона и Крика.

Согласно описанию, процесс копирования должен дать на выходе две идентичные двойные нити ДНК. Откуда же берутся в дочерних клетках новые, или модифицированные, признаки? Все дело в ошибках. Ни один процесс не может проходить идеально на 100 %. Ошибки обязательно будут происходить, хотя и редко, иногда случайно, а иногда в результате воздействия среды — к примеру, энергичных протонов, ультрафиолетового или рентгеновского излучения, способных исказить процесс копирования. Таким образом, цепочка ДНК, которую наследует дочерняя клетка, может отличаться от ДНК, предоставленной родителем. Нередко подобные модификации оказываются несущественными, как единичная опечатка на 413-й странице «Войны и мира». Но некоторые модификации могут повлиять на функционирование клетки, изменить его к лучшему или к худшему. Первый вариант, повышая приспособленность особи, получает хороший шанс быть переданным последующим поколениям и, соответственно, распространиться в популяции.

Половое размножение добавляет в процесс сложности, поскольку генетический материал здесь не просто дублируется, но формируется путем слияния вкладов мужской и женской особи. Но, хотя такое размножение представляет собой важнейший шаг в истории жизни на Земле — шаг, происхождение которого до сих пор обсуждается, — принципы дарвиновской эволюции применимы и к нему. Смешение и копирование генетического материала порождает изменчивость наследуемых признаков, и в поколениях, скорее всего, сумеют закрепиться те из них, которые повышают шансы носителя на выживание и продолжение рода.

Для эволюции принципиально важно, что при переходе от родителя к потомку модификаций ДНК наблюдается, как правило, совсем немного. Такая стабильность защищает генетические улучшения, накопленные предыдущими поколениями, и гарантирует, что они не деградируют и не исчезнут в самом ближайшем будущем. Чтобы почувствовать, насколько редки на самом деле изменения, скажем, что ошибки копирования закрадываются в молекулу ДНК с частотой примерно одна на 100 млн пар оснований. Это как если бы средневековый писарь допускал описку в одной-единственной букве на каждые 30 копий Библии. И даже эта крохотная частота — преувеличение, поскольку 99 % опечаток исправляется механизмами химической корректуры, которые действуют в каждой клетке и снижают суммарную частоту до одной ошибки на каждые 10 млрд пар оснований.

Даже такие минимальные генетические модификации, накапливаясь на протяжении огромного множества поколений, могут привести к очень значительным физическим и физиологическим изменениям. Это неочевидно. Некоторые из тех, кто вплотную знакомится с чудесами глаза, возможностями мозга или сложностью энергетических механизмов клетки, готовы сделать вывод, что все эти системы не могли появиться в ходе эволюции без руководящего влияния разума. И такой вывод был бы оправдан, если бы эволюционное развитие происходило в привычных нам масштабах времени. На самом деле это не так. Жизнь эволюционирует уже миллиарды лет. Это тысячи миллионов лет. Если бы каждый год был представлен листом печатной бумаги, то 1 млрд лет соответствовал бы стопке таких листов высотой чуть ли не 100 км. Представьте себе нарисованные на этих листах последовательные фигурки — своеобразный мультблокнот, толщина которого более чем в десять раз превосходит высоту Эвереста. Даже если рисунок на каждом листе лишь чуть-чуть отличается от рисунка на предыдущем листе, рисунки в начале и в конце стопки легко могут различаться между собой так же сильно, как шимпанзе отличается от амебы.

Это не означает, что эволюционные изменения следуют тщательно проработанному плану, который выполняется медленно и эффективно, страница за страницей, от простых организмов к сложным. Вовсе нет. Эволюцию посредством естественного отбора лучше описать как продвижение методом проб и ошибок. Нововведения возникают из случайных сочетаний и мутаций генетического материала. Испытания ставят одно нововведение против другого на арене выживания. Ошибки, по сути, — это нововведения, которые проигрывают. Такой подход к инновациям обанкротил бы большинство компаний. Пробовать один случайный вариант за другим, надеясь вопреки всему, что рано или поздно один из вариантов завоюет рынок… ну что ж, попробуйте предложить такую стратегию вашему совету директоров. Но природа располагает в избытке ресурсом, которого вечно не хватает бизнесу, — временем. Природа никуда не спешит и не стремится успеть к заданному сроку. Цена, которую приходится платить за развитие посредством маленьких случайных изменений, природе по карману 32.

Значимым фактором является также то, что единого изолированного эволюционного мультблокнота никогда не существовало. Каждое деление клетки в каждом организме, населяющем каждую щелочку и каждый закоулочек на нашей планете, внесло свой вклад в дарвиновский нарратив. Некоторые из этих сюжетных линий закончились пшиком (генетические модификации, имевшие негативные последствия). Большая их часть ничего не добавила к развивающемуся сюжету (генетический материал, переданный потомству без изменений). Но некоторые привнесли в историю новые неожиданные повороты (генетические модификации, оказавшиеся адаптивно полезными), которые положили начало собственным эволюционным мультблокнотам. Мало того, многие линии развития поддерживают взаимозависимые сюжеты и подсюжеты, так что эволюционный нарратив в одном мультблокноте ощущает на себе влияние остальных. Таким образом, богатство жизни на Земле, безусловно, отражает громадную продолжительность эволюционных летописей, но отражает и громадное число летописей, написанных природой.