Брайан Грин – До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной (страница 26)

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.

Как любое здоровое поле исследований, теория эволюции Дарвина порождала споры и дорабатывалась на протяжении многих десятилетий. С какой скоростью развиваются биологические виды? Сильно ли меняется эта скорость со временем? Существуют ли длительные периоды стабильности, за которыми следуют короткие периоды более стремительных перемен? Или изменения всегда происходят постепенно? Как следует относиться к признакам, которые снижают, возможно, шансы организма на выживание, но повышают вероятность того, что ему удастся оставить потомство? Каков полный список механизмов, посредством которых гены могут изменяться от поколения к поколению? Как нам следует реагировать на пробелы в эволюционной летописи? Некоторые из этих вопросов породили горячие научные схватки, но — и в этом главное — ни один из них не бросил ни тени сомнения на саму теорию эволюции. Детали любой объяснительной схемы могут и должны быть — и будут — уточняться со временем, но основание дарвиновской теории прочно, как скала.

А это дает нам основание задаться вопросом: не может ли предложенная Дарвином схема работать и на более широкой арене, чем жизнь? В конце концов, главные составляющие — размножение, изменчивость и конкуренция — относятся не только к живым существам. Принтеры размножают печатные страницы. Оптические искажения порождают изменения в копиях. Беспроводной приемник принтера конкурирует за ограниченную пропускную способность канала связи. Но давайте представим себе контекст более близкий к жизни, чем офисные принтеры, но при этом совершенно неодушевленный: молекулы, которые обрели способность к репликации — самовоспроизведению. Самый очевидный пример такой молекулы — ДНК, так что будем иметь ее в виду. Но репликация ДНК — расщепление спиральной лестницы и последующая достройка каждой нити до полной молекулы с получением двух полноценных дочерних молекул ДНК — опирается на армию клеточных белков, то есть требует наличия уже действующих жизненных процессов.

Представьте лучше молекулу, которая обрела способность к самостоятельной репликации задолго до появления какой бы то ни было жизни. Нам нет нужды останавливаться на каком-то конкретном механизме репликации, но если вам удобнее представлять себе что-то определенное, то скажем, что молекулы этого типа, плавая в густом химическом бульоне, действуют как молекулярные магниты, с силой притягивая те самые компоненты, которые входят в их состав, и обеспечивая шаблон для сборки из них собственных двойников. Представьте также, что процесс репликации, как и все прочие процессы в реальном мире, несовершенен. По большей части синтезированная молекула идентична оригинальной, но иногда это не так. В результате на протяжении огромного множества молекулярных поколений мы выстраиваем экосистему, в которой обитает целый спектр молекул, представляющих собой вариации оригинала.