Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

Van Keuren-Jensen K., Merchant M. L., McClain C. J., Park J. W., Egilmez N. K., Zhang H. G. (2018). Plant-Derived Exosomal MicroRNAs Shape the Gut Microbiota. Cell Host Microbe. Nov 14; 24 (5): 637–652.

Глава XI. Новая надежда повстанцев

Восстания строятся на надежде.

Джин Эрсо в фильме «Изгой-один: Звездные войны. Истории».

Гарет Эдвардс, 2016

Обоснованная познанием эволюция

Помимо рассмотренного в предыдущей главе потенциально универсального языка нкРНК, новыми значимыми каналами информации, например для эукариот, могут оказаться и специальные экстрацеллюлярные везикулы, содержащие целые митохондрии, или сами свободные внеклеточные митохондрии, а также свободная ДНК, обнаруживаемая повсеместно как во внеклеточных средах многоклеточных организмов, так и в окружающей среде. Примером последней могут быть недавно описанные Дженифер Дудна с соавторами крупные фрагменты кодирующей ДНК из образцов почвы, названные первооткрывателями «боргами» (см. «Звездный путь: Следующее поколение» Джина Родденберри, 1987–1991), определенно не относящиеся ни к бактериям, ни к эукариотам, ни к вирусам или плазмидам (Al-Shayeb B. et al., 2021, препринт в bioRxiv).

Признавая, что обмен макроинформацией в биологических системах фундаментально неравновесен (УПС: глава V), пока затруднительно однозначно сказать, в чью пользу склоняется неравновесность в коммуникациях между отдельным макроорганизмом и его микробами. В рамках концепции холобионта – совокупности многоклеточного организма и сожительствующего с ним микробиома, остается открытым и вопрос, являются ли составной частью холобионта (его «марковским ограждением») и хоть в какой-то степени разделяют ли с ним индивидуальность, например его патогенные или условно-патогенные микроорганизмы – «постоянно-случайные» сожители макроорганизма, оказывающие тем не менее существенное влияние на эволюционное развитие хозяина.

Ответ на эти и другие вопросы, менее практические, но гораздо более важные в рамках общей эволюционной теории, пытается дать концепция «обоснованной познанием эволюции» (ОПЭ, cognition-based evolution, CBE), предлагаемая Уильямом Миллером (William Miller Jr., 2016; 2017), независимым авторитетным исследователем. Она развивает системный взгляд на эволюцию биологических систем, в первую очередь многоклеточных организмов-холобионтов, с позиций информационной теории. Отправной точкой ОПЭ служит понятие самореферентности (self-reference). Возникновение самореферентности отделяет биологические системы от небиологических, то есть она находится в той же области физико-математических построений и биологических спекуляций, где располагаются рассмотренные ранее понятия «возникновения цели в динамической информационной системе», «индивидуальности», «предиктивности», «когнитивности» и «диссипативной адаптации».

ОПЭ в качестве математических формализаций ориентируется на «граничные» подходы Карла Фристона с Принципом Свободной Энергии (ПСЭ), Майкла Левина с гипотезой безмасштабной когнитивности (ГБК) и Дэвида Кракауэра с Информационной Теорией Индивидуальности (ИТИ, УПС: глава V). Состояние самореферентности определяется Миллером как функция радикального ограничения наборов переменных системы в рамках граничных условий, или, в терминологии данной книги, разделительной сложности. Стабилизация граничных условий (разделительной сложности) считается необходимым принципом самоорганизации для эволюции регуляторных механизмов. Другим ключевым понятием ОПЭ являются всеобъемлющие информационные поля (ВИП, Pervasive Information Fields, PIFs). Концепция ВИП взята из квантовой теории информации (xQIT) Сета Ллойда (Lloyd S., 2002), по которой, в частности, любая квантовая (микро) информация стремится к распространению по всей системе («обладает заразностью», УПС: глава V). Также эта теория исходит из предположения о грандиозной пластичности генома в самом широком понимании этой пластичности и пластичности границ индивидуальностей.

ОПЭ опирается, например, на следующие достаточно известные наблюдения. До двух третей человеческого генома составляют транспозоны, «прыгающие» гены (transposons, transposable elements (TE), jumping genes), имеющие преимущественно инфекционное происхождение, например от ретровирусов, – ретротранспозоны. Они способны перестраивать (перекраивать) и перерегулировать наш геном в гораздо большей степени, чем предполагалось еще в начале XXI века. Более того, они способны делать это не спонтанно, а в ответ на возникающие обстоятельства окружающей среды и реактивные факторы организма. Разумеется, в подавляющем большинстве случаев это влияние на геном не наследуемое, так как обычно не включает клетки зародышевой линии. Но это ограничение не абсолютное.

Именно транспозоны и их производные в значительной степени ответственны за перестройку генетического аппарата в период эмбрионального развития, и нет оснований полагать, что гаметы являются абсолютным исключением. Если учесть и другие мобильные генетические элементы, то, по некоторым оценкам, не менее 30 % всех адаптаций человеческих белков после эволюционного разделения с предками шимпанзе были вызваны вирусными инвазиями. И нет оснований полагать, что такое взаимодействие случайно: распределение генов, затронутых вирусным воздействием, не подчиняются случайному распределению.

К другой группе важных наблюдений, лежащих в основании ОПЭ, служат «массивные» механизмы изменения и возникновения наследственной информации. Два из них уже упоминались: дупликация (удвоение генов) и экзаптация (расширение или изменение функции). Третьим можно назвать энтоз: инвазия одной клетки в другую (что скорее) или поглощение одной клетки другой (что реже). Энтоз, или клеточное слияние, помимо прочих задач, в некоторых случаях решает и задачу разового поглощения большого объема информации. Такой феномен описан, например, для амебы Physarum polycephalum (ближайшей родственнице «амебы-компьютера» Physarum polysarum (УПС: глава V): при слиянии «обученной» и «необученной» определенному паттерну поведения амеб знание передается их общему наследнику (Vogel D. and Dussutour A., 2016). Триггером к таким массивным изменениям наследственной информации всегда служит определенный контекст окружающей среды, довольно часто опосредуемый нкРНК-коммуникациями.

В круге рассуждений ОПЭ вирусы вполне логично рассматриваются не столько как патогены, а как критически важные и безусловно необходимые агенты эволюции вообще, начиная с самых ранних протобиологических форм, что подробно обсуждалось в главе VI. Их роль – быть своего рода операторами обобществленной генетической информации, субъектами «облачного» хранения данных экосистем и в этом смысле неотъемлемой частью системы менеджмента информации практически каждой клетки, а также модераторами разделительной сложности.

Явно проявляемая патогенность некоторых вирусов и бактерий (у последних также часто связанная с близкими к вирусам мобильными генетическими элементами, например плазмидами) согласно ОПЭ – только одна из граней некоей гораздо более обширной и более сложной целостности, представляющей собой клубок непрерывных коммуникаций между сообществами микроорганизмов и эукариот и внутри их, происходящих в условиях постоянных столкновений с изменяющейся окружающей средой, порождающих состояние самореферентности данной целостности. В рамках этой целостности взаимодействия организмов могут манифестироваться и как острый инфекционный процесс отдельной индивидуальности, и как массовая эпидемия, как симбиоз, паразитизм, латентная инфекция, или как прямой перенос генов, или эпигенетическое вмешательство, ведущие к эволюционному сдвигу. И вторгающийся агент, и его объект ОПЭ рассматривает как пересечение перекрывающихся, но все же индивидуализированных информационных полей. Инфекционный процесс переоценивается теорией как часть сложного языка коммуникаций между организмами, который не ограничивается рамками только конкурентного патогенного процесса. ОПЭ явным образом склоняется к оценке инфекционного процесса как решающей движущей силы эволюции[8].

Поскольку все самореферентные автономные информационные агенты поддерживают