Приписывается восьми физикам, одному химику, одному математику, двум экономистам, одному психологу и двум политическим деятелям*.
* Н.Боголюбов, Н.Бор, Л.Больцман, Л.Брежнев, Л. де Бройль, М.Келдыш, Р.Кирхгоф, К.Левин, В.Ленин, К.Маркс, Д.Менделеев, Э.Резерфорд, Э.Ферми, А.Эйнштейн, Ф.Энгельс.
Думаю, не ошибусь, если скажу, что большинство читателей воспринимает теорию эволюции как нечто весьма отвлеченное, абстрактное и не подтверждаемое экспериментом. Для этого есть несколько причин: школьное преподавание эволюции как набора сухих догм; понимание того, что эволюционные события происходят в таком масштабе времени, что их невозможно наблюдать непосредственно; да и просто коварство языка. Когда ученый говорит «я верю в теорию эволюции», смысл слова «верю» в этой фразе вовсе не тот, что во фразе «я верю в Бога». Во втором случае мы имеем дело именно с верой – иррациональным признанием, не нуждающемся в доводах. На языке же ученых «верю» – это способ коротко сказать примерно следующее: «Я ознакомился с основными положениями предлагаемой теории, оценил логические доводы за и против, изучил экспериментальные результаты и их интерпретацию, рассмотрел вытекающие из этой теории следствия и проверил их разумность, убедился, что предлагаемая теория обладает предсказательной силой и, тем самым, думаю, что теория адекватно описывает некоторый круг явлений». Разумеется, так длинно никто не говорит, и в результате у стороннего наблюдателя возникает ощущение спора представителей двух вер, «научной» и религиозной, подобного спору между представителями двух разных религий.
На самом же деле, вопрос о «вере» уже давно не стоит. Основные положения эволюционной теории – общность происхождения всех живых существ на Земле, происхождение одних видов от других, естественный отбор как механизм изменения – настолько вошли в повседневное сознание биологов, что часто даже не осознаются: никто же не задумывается всякий раз заново, что Земля круглая и вращается вокруг Солнца. Разумеется, развитие теории продолжается, появляются новые факты, уточняются детали, а иногда пересматриваются достаточно важные положения и модели. Но, как сказал выдающийся американский генетик и наш соотечественник Феодосий Добжанский, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».
Новая эпоха в понимании эволюции началась, когда появились экспериментальные методы быстрого определения последовательностей ДНК – молекулы, в которой записана генетическая информация. Стало возможным изучать молекулярные механизмы, лежащие в основе наследственности; определять конкретные мутации, вызывающие изменения внешних признаков, устанавливать степень родства между различными организмами и реконструировать их «генеалогические» (биологи говорят, филогенетические) деревья. Оказалось, что теория эволюции очень полезна, поскольку она позволяет делать нетривиальные выводы просто из анализа последовательностей ДНК.
ДНК человека, как и всех других существ, очень неоднородна. Функционально важные участки (например, гены или регуляторные последовательности, управляющие их работой) перемежаются незначимыми вставками, обломками неактивных генов и так далее – подобно тому, как в глянцевом журнале более половины объема занимают рекламные объявления (кстати, как и реклама, такие вставки бывают не совсем уж бесполезны). Как же выделить важное на фоне, скажем мягко, менее важного? Можно посмотреть на это с эволюционной точки зрения.
При делении клеток происходит копирование ДНК, и этот процесс не безошибочен. В результате происходят случайные изменения. Если такое изменение случится в неважной области, оно не будет сказываться на жизни организма, отбор его не заметит, и оно может закрепиться в популяции (есть хорошая математическая модель, описывающая судьбу таких случайных изменений). Изменение же в участке, несущем какой-то смысл, может этот смысл поменять. Например, могут измениться свойства, кодируемого геном белка, или нарушиться регуляция гена, который станет работать не так, как раньше. Поскольку бoльшая часть случайных изменений вредна, изменения в значимых областях будут происходить реже.
Так говорит теория эволюции. А вот как это соображение используется на практике: сравним ДНК близких видов. Мы увидим как сильно изменившиеся участки, так и участки, которые изменились мало – они-то и будут важными. Конечно, для того, чтобы все работало как следует, надо уметь проводить точные оценки того, что такое «мало» и «много», но это уже в значительной степени дело техники. А в результате получилось, что таким способом были найдены десятки, если не сотни новых генов, регуляторных участков, целые новых классы функционально важных элементов генома, такие как микроРНК.
Но это были применения эволюционной теории внутри биологии. Оказывается, она имеет непосредственное отношение и к повседневной жизни.
В конце 80-х годов один дантист из Флориды, большой СПИДом, заразил при проведении процедур нескольких своих пациентов (во избежание паники, надо сразу сказать, что с тех пор такие истории не повторялись). Когда необычная вспышка была прослежена эпидемиологами, он был привлечен к суду. Его адвокаты обратили внимание на то, что варианты вируса-возбудителя СПИД у пациентов и дантиста отличаются. Дело в том, что этот вирус меняется необычайно быстро и даже в организме одного носителя присутствует сразу несколько вариантов. Тем самым, встал вопрос о том, как доказать, что источником заражения послужил именно дантист. Для этого были построены филогенетические деревья вариантов вируса, показывающие родственные связи между ними. Оказалось, что реконструированная эволюционная история этих вариантов совпадает с тем, в каком порядке пациенты проходили лечение. При этом ни у кого из половых партнеров пациентов похожих вирусов не наблюдалось, хотя часть из них тоже была больна, – таким образом, этот путь заражения был исключен.
Аналогичные методы были использованы несколько лет назад, когда ливийские власти обвинили группу болгарских медиков в преднамеренном заражении СПИДом пациентов детской больницы. Анализ последовательностей вирусов показал, что дело не в этом, а в нарушении правил стерильности при проведении уколов и аналогичных процедур. Соответствующая статья была опубликована в одном из ведущих научных журналов. Впрочем, Ливия не США и суд отказался заслушать мнение экспертов – вирусологов и эволюционистов. Врачи были осуждены и вышли на свободу только после помилования, явившегося плодом продолжительной дипломатической торговли европейских правительств с режимом Каддафи.
Сейчас изучение ДНК возбудителей заболеваний, как вирусов, так и бактерий, стало одним из основных способов проведения эпидемиологических расследований. Например, хорошо изучена история распространения СПИДа в различных странах. В Нидерландах было показано, что вирусы из популяций наркоманов, практикующих внутривенные уколы, и гомосексуалистов, различны между собой, и сходны с вирусами из аналогичных популяций США. Тем самым, стало ясно, что социальные связи для распространения СПИД важнее, чем географические. Более того, оказалось, что источником заражения лиц, не принадлежащих к этим двум группам риска, в основном служат наркоманы, а это уже важно для проведения просветительской кампании. В деталях реконструирована и молекулярная история развития эпидемии СПИД в СССР. Начало ей было положено в 1995 г. в портовых городах – Одессе и Николаеве, причем это были два независимых эпизода, и именно первый послужил источником основной эпидемии. Оттуда эпидемия сначала распространилась по Югу России и по другим портовым городам, а затем и по территории всей страны.
Теория эволюции позволяет описывать еще одно крайне неприятное явление – возникновение и распространение среди возбудителей болезней устойчивости к применяемым лекарствам. Для того, чтобы объяснить, в чем тут дело, сначала опишу эксперимент, поставленный несколько лет назад учеными из Йельского университета. Они изучали три варианта кишечной палочки. Первым вариантом был обычный лабораторный штамм (разновидность). Вторым – штамм, производящий антибиотик колицин, плохо действующий на других бактерий (сам колициновый штамм от собственного антибиотика защищен). Если слить в одну пробирку культуры обычного и колицинового штамма, все обычные бактерии быстро вымрут под действием антибиотика. Третьим был штамм, устойчивый к колицину. В смеси колицинового и устойчивого штаммов постепенно побеждает устойчивый; поскольку антибиотик на него не действует, а производство колицина требует затрат. Но устойчивость возникает не просто так – она дается ценой нарушения работы некоторых клеточных процессов. Поэтому в соревновании устойчивого и обычного штаммов выигрывает, хотя и не сразу, обычный. Название статьи, в которой описывался опыт, было «Эволюционная игра камень-ножницы-бумага у бактерий». В самом деле: колициновый штамм сильнее обычного (камень ножницы тупит), устойчивый сильнее колицинового (бумага камень заворачивает), а обычный сильнее устойчивого (ножницы бумагу режут). Что же получится, если в одну пробирку налить все три культуры? (в этом месте можно не читать сразу дальше, а немного задуматься: все необходимые сведения уже сообщены).
А получится вот что: колицин быстро убьет обычных бактерий, а потом устойчивые постепенно вытеснят колициновых. Но заслуга авторов не в том, что они воспроизвели этот очевидный результат, а в том, что им удалось так подобрать параметры, что все три штамма существовали вместе достаточно долго. Для этого бактериальные колонии растили на плоской поверхности чашки с питательной средой. Когда размножающиеся бактерии из двух колоний встречались, на границе побеждал один из штаммов, и граница постепенно сдвигалась в сторону слабого. Но на каждой границе слабым был один из трех штаммов, поэтому никто не вымирал окончательно – вместо этого все колонии постепенно сдвигались, «уходя» от того, кто сильнее, и наступая на более слабого.
Этот модельный эксперимент, параметры которого подбираются, исходя из теории естественного отбора, имеет важную медицинскую аналогию. Вскоре после начала массового использования антибиотиков человечество столкнулось с тем, что бактерии приобретают устойчивость к лекарствам, которые еще недавно давали практически стопроцентное излечение. Есть разные механизмы, которыми бактерии защищаются от антибиотиков, но все они, на самом деле, приводят к ослаблению бактерии. Например, одним из способов является изменение мишени – белка, на который действует препарат.
До эры массового применения антибиотиков штамм, в котором случайно возникала такая мутация, проигрывал в соревновании обычному штамму, хотя какое-то небольшое число устойчивых бактерий могло сохраняться в популяции из-за ее сложной структуры (вспомним различие результатов опыта в пробирке и опыта на плоской поверхности). Но когда мы начинаем прием антибиотика, в игру вступает новый мощный фактор отбора. Теперь обычный штамм оказывается в крайне невыгодной ситуации и вымирает, освобождая место для устойчивого. Если продолжить курс лечения, вымрут и эти бактерии – когда их мало, они не в состоянии выдержать одновременный натиск лекарства и иммунной системы. Но если курс преждевременно прекратить, какое-то количество устойчивых бактерий выживет, размножится (ведь соответствующая ниша свободна от конкурентов) и станет источником новых заражений. Теперь мы получаем большую популяцию бактерий, на которых плохо действует лекарство, а иммунитет с ними не справляется. Начинается эпидемия устойчивого штамма, защититься от которого нечем.
Детали могут разниться, но само явление хорошо описывается теорией естественного отбора. Эволюционная мораль из этой истории – не надо пить антибиотики при обычной простуде; начав прием антибиотика, следует пройти полный курс; и ни в коем случае не следует практиковать массовое добавление антибиотиков в пищу сельскохозяйственных животных.
Я надеюсь, эти примеры показывают, что эволюция – это не сухая теория, а живая, интересная и очень важная область современной науки. Разумеется, это лишь малая часть того, о чем можно было бы рассказать. У эволюционной теории есть множество приложений – от планирования заповедников до проблемы происхождения человека. По-видимому, именно из-за последней преподавание эволюции стало мишенью для разного рода нападок – от анекдотического иска недоучившейся питерской школьницы до публичных выступлений высших иерархов Русской православной церкви. Но это уже тема для совсем другой статьи.
