http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=1f397a73-a3f0-4d1d-bc3d-eb158f4c1e85&print=1
© 2021 Российская академия наук

ДАРВИН ПРОТИВ ДАРВИНА

16.11.2007

Источник: Московские новости, ЕЛЕНА КОКУРИНА



В теории эволюции ожидаются серьезные изменения

Дискуссию, которую начали "МН" (N 21) в материале "Человеку некуда больше спешить" о возможном конце биологической эволюции, продолжает руководитель отдела системогенеза Института нормальной физиологии профессор Константин Анохин. Он предлагает свой прогноз развития теории эволюции.

Прощай, естественный отбор?

МН: Константин Владимирович, скоро начинается серия юбилейных торжеств, посвященных эпохальной дате - 200 лет со дня рождения Чарлза Дарвина. И сейчас даже в научной среде появляется все больше критиков его теории. Насколько ее воспринимают адекватно? Знают ли Дарвина по-настоящему? Анохин: Когда мы критикуем современную эволюционную теорию, важно учитывать, что она существенно отличается от взглядов самого Чарлза Дарвина. Сегодня мало кто помнит, что к концу жизни у него сформировалось убеждение о том, что важнейшим фактором эволюции организмов является их собственная активность, приспособляемость. Чтобы объяснить, как происходит наследственное закрепление результатов таких адаптации, Дарвин разработал специальную теорию, названную им пангенезом. Своему доверенному другу, американскому ботанику Азе Грею, он писал о ней: "Что это? Вымысел сумасшедшего или измышление, достойное внимания науки? В глубине души я уверен, что оно несет в себе великую правду".

Дарвин умер счастливым, считая эту теорию чуть ли не лучшим своим детищем. Но большинство его соратников отнеслись к ней с крайним скепсисом, поэтому вскоре после смерти Дарвина его ближайший ученик Джордж Романее предложил изъять эту часть из дарвинизма и назвать новую, урезанную версию теории "неодарвинизмом". Или, как говорил поклонник Дарвина и яростный критик ламаркизма Август Вейсман, - "дарвинизм без наследования приобретенных признаков". Последователям Дарвина казалось, что, отбрасывая его неудачные взгляды о пангенезе, они спасают этим главную суть его учения - теорию естественного отбора. Сложившаяся в XX веке синтетическая теория эволюции унаследовала это решение. Так из эволюционной теории "выплеснули ребенка" - вопрос о роли поведения, который пытался решить этой теорией Дарвин.

Сегодня, как это часто бывает в преддверии крупных научных юбилеев, происходит критический анализ современной эволюционной теории, проверяется, соответствует ли она накапливающимся новым данным, не требуется ли пересмотр каких-то ее стереотипов. Это обсуждение идет на узких конференциях, и его результаты еще мало известны широкой публике. И одна из наиболее заметных тенденций - нарастающее понимание важнейшей роли активности организмов в эволюции, роли, которую увидел к концу жизни Дарвин.

Ведь что отличает гения от остальных, пусть совершенно неординарных людей? Шопенгауэр как-то заметил, что талант способен попасть в цель, в которую никто другой попасть не может, а гений попадает в цель, которую никто другой не видит. Только теперь, спустя более ста лет, мы начинаем осознавать всю глубину и неизбежность мыслей Дарвина, казавшихся даже его наиболее выдающимся современникам не более чем неудачной осечкой интеллекта стареющего мэтра. МН: Что же нового происходит сегодня в этих "закрытых" творческих мастерских эволюционной теории? Анохин: Пожалуй, одна из основных линий обсуждения проходит сейчас через понятия "генетики" и "эпигенетики". Вспомним начало дискуссии в "МН" о биологической эволюции человека, положенное академиком Инге-Вечтомовым. Первая фраза статьи символична: "Большинство современных ГЕНЕТИКОВ считают, что наша биологическая эволюция закончена". Действительно, если исходить из положений генетической теории эволюции, такой вывод кажется неизбежным. С этой точки зрения эволюционные изменения всегда начинаются с изменений генетических, преображающих свойства организма и подвергающихся затем естественному отбору. Если отбор у человечества закончился, то и накопления дальнейших изменений ожидать не приходится. Однако эти исходные постулаты генетической теории в последнее время испытывают сильное давление со стороны данных эпигенетики. Недавно мы проанализировали динамику числа публикаций, и оказалось, что использование термина "эпигенетика" в научных статьях за последние 10 лет возросло более чем в 20 раз!

Генетика и эпигенетика

МН: Действительно, модное слово. Разъясните его смысл, пожалуйста.

Анохин: Может показаться, что этот термин очень похож на давнее понятие эпигенеза. Вспомним например, цитируемый в "МН" (N 29,2007) игуменом Вениамином труд протоиерея Георгия Флоровского "Эволюция и эпигенез". На самом деле в современной биологии понятие эпигенетики лишено философского под-смысла. Этот термин был введен в середине прошлого века английским биологом Конрадом Уоддингтоном для обозначения тех "надгенетических" процессов, которые определяют развитие организма. Однако в последние годы у него появился и другой, все более распространяющийся смысл. Эпигенетическими изменениями теперь часто называют приобретенную информацию, которая может передаваться между поколениями без изменения последовательности ДНК. МН: По сути, это и есть наследование приобретенных признаков? Анохин: И да, и нет. С одной стороны, с помощью этого механизма родители могут передавать потомству определенные модификации в работе тех или иных генов, подготавливая следующее поколение к той проблемной ситуации, к которой они сами адаптировались с помощью этих изменений. Обратите внимание, что никаких изменений в структуре самих генов при этом не происходит. Речь идет лишь о некоторой перенастройке работы уже существующих биохимических механизмов. Кроме того, эти изменения не являются стабильным наследованием в классическом понимании этого слова. Без внешнего воздействия, первоначально вызвавшего эти изменения, они сохраняются на протяжении нескольких поколений, а затем исчезают.

МН: Широко ли распространено это явление в природе?

Анохин: Недавно Рокфеллеровский фонд организовал специальную конференцию специалистов, сталкивающихся с этим феноменом. По ее результатам мы написали обзор, в котором собрали вместе различные примеры подобного наследования. Некоторые из них давно известны биологам. Например, феномен защитного полифенизма, вызываемого хищниками. Он состоит в том, что от родителей, живших в среде с большим количеством хищников, рождается потомство, имеющее специальные защитные приспособления. Скажем, детеныши дафний, которые содержались в аквариумах с химическими сигналами от хищников, появляются на свет с особым панцирем. Это происходит, даже если матерей к моменту появления потомства переносят в аквариум с чистой водой.

А вот другой пример. Мы давно работаем с экспериментальной моделью феномена, который в медицине известен как "отцовский алкоголизм". Это когда дети отцов, страдающих алкоголизмом, даже если они воспитываются в приемных семьях, имеют совершенно измененную реакцию на алкоголь. Мы обнаружили, что этот феномен можно воспроизвести на крысах и мышах, самцы которых длительное время получали алкоголь или морфин, а затем спаривались со здоровыми самками. В результате рождалось потомство с резко измененной реакцией на эти наркотики. Изменения наблюдаются даже и во втором, и в третьем поколениях, хотя родители этих детей уже вообще не имели никакого контакта с наркотиками.

В Рокфеллеровской конференции участвовали несколько ведущих эпидемиологов, работающих в развивающихся странах. Там сейчас сложилась серьезнейшая медицинская ситуация, связанная с последствиями эпигенетических эффектов. Дело в том, что на протяжении многих поколений в таких странах, как Индия, население страдало от хронического недоедания. Известно, что в этих условиях женщины начинают рожать детей со сниженным весом, уменьшенным числом клеток в теле и перестроенным метаболизмом, адаптирующим их к ограниченным пищевым ресурсам. Матери как будто бы подготавливают новорожденных к условиям жизни, которые испытывают они сами. Например, у таких детей снижена чувствительность к действию инсулина, выводящего глюкозу из крови в ткани. Это помогает в условиях недостатка глюкозы в организме защищать снабжение ею мозга. Но в последние годы в Индии этот "прогноз" потомству оказался ошибочным. Улучшение социально-экономической ситуации и условий питания привело к тому, что у многих людей сочетание увеличившегося поступления глюкозы с пониженной чувствительностью к действию инсулина вызвало развитие диабета.

По схожим механизмам у них возникают ожирение, сердечно-сосудистые заболевания и гипертония, охватившие в Индии до 70 млн людей нового поколения.

МН: Происходит ли при этом естественный отбор?

Анохин: В условиях достаточной медицинской помощи не происходит. Тем не менее этот механизм играет огромную роль в определении здоровья и состояния человечества. Кстати, вот еще показательный пример одного из таких быстрых эпигенетических изменений: улучшение условий питания в западных странах во второй половине XX века привело к увеличению роста и веса людей, так называемой акселерации. Это изменения, которые произошли в течение жизни двух-трех поколений.

МН: Как долго такие изменения могут сохраняться?

Анохин: Пока среда не противоречит этому, они могут сколько угодно сохраняться, даже накапливаться, но если среда вновь резко изменится, то все эти изменения через несколько поколений исчезнут.

Таким образом, в сегодняшней эволюционной теории, на мой взгляд, складываются два сценария. Первый из них - классический, генетический. Он требует многих поколений естественного отбора и стабильных изменений в структуре ДНК. У человека естественный отбор практически прекратился, и поэтому прямое осуществление этого сценария невозможно. Но мы видим, что организмы имеют и второй, эпигенетический, механизм изменений потомства в соответствии с меняющимися условиями среды. Этот механизм очень быстрый, мобильный, не требует десятков тысяч лет, а уже через поколение закрепляет какие-то адаптации. И он позволяет нам лавировать в меняющихся условиях среды. Именно лавировать, поскольку для нас было бы пагубно, если бы эти "краткосрочные" изменения закреплялись навсегда.

Самое интересное, что в условиях сохраняющегося действия отбора у животных эти два механизма, возможно, взаимодействуют. Адаптации, которые начинаются у организмов как эпигенетические, при повторении вызывающих их условий на протяжении многих поколений могут постепенно замещаться адаптациями генетическими, стабилизируемыми естественным отбором.

Этот вариант подразумевал наш выдающийся эволюционист Иван Иванович Шмальгаузен, когда еще в середине прошлого века писал: "Не изменения генотипа определяют эволюцию и ее направление. Наоборот, эволюция организма определяет изменение его генотипа". Или как ярко выразился один современный эволюционный биолог: "Гены выполняют роль не ведущих, а ведомых в процессе эволюции".

Направляющая сила

МН: Ну а мозг человека подчиняется всем этим эволюционным сценариям? Анохин: Кстати, именно эти проблемы - роли мозга в эволюции и механизмов эволюции самого мозга и разума - особенно волновали Дарвина. Сегодня, после завершения многолетнего проекта Кембриджского университета по расшифровке и публикации его тысяч писем и записей (многие из них сейчас доступны на сайте www.darwin-online.ac.uk), мы начинаем понимать, как серьезно и глубоко он думал об эволюции мозга и сознания. Уже в 1838 году, сразу после открытия им принципа естественного отбора, он сделал в своей тетради "М" запись: "Тот, кто поймет устройство разума бабуина, внесет больший вклад в метафизику, чем Локк (английский философ XVII в., основатель либерализма, утверждавший, что все человеческое знание проистекает из опыта. - Ред.)".

Это как раз те вопросы, которые, как мне кажется, стоят перед эволюционной биологией в XXI веке. Немногим менее года назад в журнале Nature были опубликованы результаты важнейшего, по моему мнению, проекта, на который пожертвовал 100 млн долларов основатель компании "Майкрософт" Пол Аллен. Удалось установить места работы всех генов в мозге мыши. При этом ученые открыли, что в мышином мозге активны 80% генов, что гораздо больше, чем в любом другом органе тела. Это имеет прямое отношение к проблемам эволюции. Получается, что она в значительной степени, по крайней мере у млекопитающих, касалась именно нервной системы. Ясно, что это должно было быть связано с некими функциями мозга, которые играли такую огромную роль, что постоянно "замечались" естественным отбором. Статистически (если говорить о количестве задействованных генов и изменений, происходящих с ними) отбор действовал там гораздо сильнее, больше, чаще, чем во всех остальных клетках, тканях, органах.

Есть основание считать, что именно направляющая роль мозга в механизмах эпигенетической эволюции как раз и обусловила его прогрессирующее развитие. Это отвечает, как мне кажется, на вопрос, "почему взорвался мозг", поднятый профессором Татьяной Черниговской в ходе дискуссии на страницах "МН" (N 23, 2007).

МН: Получается, мозг управляет эволюцией?

Анохин: Скорее, направляет. Ищет и открывает новые пути для эволюции "своего собственного" тела и себя самого.

Полет на Марс уже запрограммирован

МН: Как сам человеческий мозг менялся в ходе эволюции? И менялся ли? Анохин: Сейчас та же группа ученых из Алленовского института работает над расшифровкой полной карты экспрессии генов в коре головного мозга человека. Зная, что геномы мыши и человека совпадают более чем на 90%, нетрудно предсказать общий итог этой работы. Однако я уверен, что она принесет и много неожиданных фактов, важных для понимания эволюции нашего мозга и сознания.

Пока у человека шел отбор, генетические изменения происходили постоянно, и поэтому наш мозг 50 тыс. лет назад отличался от того, который был 100 или 200 тыс. лет назад. Насколько сильно? Пока мы не можем ответить на этот вопрос. Мы лишь можем, сравнивать ту часть генома, которая отвечает за создание мозга и его функции, у человека и нашего ближайшего живущего родственника - шимпанзе, геном которого также расшифрован. Это пять миллионов лет. И уже становится ясно, что в геноме человека есть участки, которые развивались ускоренно по сравнению с геномом шимпанзе. В статье профессора Черниговской упоминается о самом сильно изменившемся из них, так называемом участке HAR-1. Неделю назад на съезде нейронаук в США было объявлено об обследовании и второго по темпам ускоренной эволюции участка генома человека. Оказалось, что и он кодирует продукт, работающий в головном мозге человека.

МН: Различия должны заключаться в количестве генов, вовлеченных в работу мозга, или в чем-то другом?

Анохин: Нет, думаю, они будут более сложными. Количество генов, вовлеченных в работу мозга, даже у мыши, как мы уже убедились, в процентном отношении очень велико. Все дело в тонких вариациях - когда тот же ген вдруг сработал в другом месте, или чуть раньше, или немножко по-другому... То есть эволюция сложных органов не доступна лобовой атаке простого анализа генов и их различия. Это вопрос изучения регуляторных элементов, управляющих сдвигами в работе генов, в нужном месте или в нужное время.

МН: Вы сказали о том, что мозг постепенно направляет эволюцию и помогает организму найти решение при столкновении с новыми условиями. Как это согласуется с тем, что, по данным нейрофизиологов, человек использует далеко не все возможности своего мозга? Остаются значительные резервы, как будто бы мозг уже заранее подготовлен к решению задач, которые человек еще встретит на своем пути.

Анохин: Мне это не кажется противоречием. Это как база данных или библиотека. Информационный массив может содержать возможности комбинации для решения проблем, которые только появляются: вы обращаетесь к источнику, из существующих "кирпичиков" устанавливаете новые связи и получаете новое знание.

МН: То есть природа загодя позаботилась о том, чтобы человек решал все более сложные задачи, которые встанут перед ним?

Анохин: Нет, я не думаю, чтобы природа специально об этом заботилась. Например, согласно гипотезе известного американского нейроанатома и нейробиолога Пашко Ракича, в основе возникновения человеческого мозга - который отличается от мозга других приматов особенно в развитии лобных разделов, связанных с интеллектом, - мог лежать простой случайный мутационный скачок. Он привел к тому, что один из генов, связанный с клеточным циклом развития нейронов коры головного мозга, претерпел небольшие изменения, и этих циклов деления стало больше.

В коре головного мозга такого мутанта образовалось гораздо больше клеток, чем у сородичей. Это значит, что и функции, выполняемые этой областью мозга, будут поддерживаться большим количеством клеток, возникнет больше связей, больше интеллектуальных резервов. Если мутация произошла в лобной доле, то у него появится больше возможностей к предвидению ситуации.

Обратите внимание, что эволюция его ни к чему пока не готовила. Он просто оказался в ситуации, когда у него при тех же проблемах, что и у сородичей, есть больший ресурс числа нейронов и возможных вычислений в этой области мозга. Проще говоря, он будет лучше соображать. Если это даст ему преимущества и его ген получит распространение в популяции, то будут рождаться животные с таким же большим объемом лобных отделов мозга. Тогда внутри этой новой, разросшейся области, будут постепенно получать преимущества те мелкие мутации, которые готовят ее к врожденной специализации в решении определенной проблемы.

Но определенный резерв "лишних" клеток так и будет оставаться - они могут настроиться на решение не известных пока задач, с которыми организм никогда не сталкивался. Просто когда он столкнется с ними - а это может быть, например, переселение на другую планету, - он использует эти "лишние" клетки. Эволюция создала случайную вещь, которая оказалась полезной для тех, кто жил очень давно, но остается быть полезной и для будущих поколений, для ситуаций, которые мы еще даже не можем предвидеть.

Этот сценарий не объясняет, как возникают в эволюции новые сложные формы поведения, но дает ответ на вопрос, как за счет небольшого генетического изменения особи могут получить существенные преимущества за счет лучшего решения массы самых разных проблем - сегодняшних, завтрашних и послезавтрашних.

МН: Вы тоже склоняетесь к такому сценарию или просто сообщаете о нем как об одном из возможных?

Анохин: Он мне кажется вероятным, но полностью я бы пока на него не поставил. Возможно, появятся и новые данные в области генетики развития мозга у обезьяны, человека, которые помогут понять, почему у человека в лобных отделах коры больше клеток, чем у других приматов. Замечу только, вступая в полемику с богословской позицией игумена Вениамина, что факты в области эволюционной биологии и эволюции мозга пока складываются таким образом, что заставляют вновь вспомнить ответ Лапласа на вопрос Наполеона о месте Бога в его картине мироздания: "Сир, я не нуждаюсь в этой гипотезе".