Россия в красках
 Россия   Святая Земля   Европа   Русское Зарубежье   История России   Архивы   Журнал   О нас 
  Новости  |  Ссылки  |  Гостевая книга  |  Карта сайта  |     
Главная / Россия / Наука и религия / Современная наука об эволюции / Заразные гены, или Горизонтальный поворот: ДНК можно получить не только от родителей. Дмитрий Шабанов

ПАЛОМНИКАМ И ТУРИСТАМ
НАШИ ВИДЕОПРОЕКТЫ
Святая Земля. Река Иордан. От устья до истоков. Часть 2-я
Святая Земля. Река Иордан. От устья до истоков. Часть 1-я
Святая Земля и Библия. Часть 3-я. Формирование образа Святой Земли в Библии
Святая Земля и Библия. Часть 2-я. Переводы Библии и археология
Святая Земля и Библия. Часть 1-я Предисловие
Рекомендуем
Новости сайта:
Новые материалы
Павел Густерин (Россия). Взятие Берлина в 1760 году.
Документальный фильм «Святая Земля и Библия. Исцеления в Новом Завете» Павла и Ларисы Платоновых  принял участие в 3-й Международной конференции «Церковь и медицина: действенные ответы на вызовы времени» (30 сент. - 2 окт. 2020)
Павел Густерин (Россия). Памяти миротворца майора Бударина
Оксана Бабенко (Россия). О судьбе ИНИОН РАН
Павел Густерин (Россия). Советско-иракские отношения в контексте Версальской системы миропорядка
 
 
 
Ксения Кривошеина (Франция). Возвращение матери Марии (Скобцовой) в Крым
 
 
Ксения Лученко (Россия). Никому не нужный царь

Протоиерей Георгий Митрофанов. (Россия). «Мы жили без Христа целый век. Я хочу, чтобы это прекратилось»
 
 
 
 
Кирилл Александров (Россия). Почему белые не спасли царскую семью
 
 
Владимир Кружков (Россия). Русский посол в Вене Д.М. Голицын: дипломат-благотворитель 
Протоиерей Георгий Митрофанов (Россия). Мы подходим к мощам со страхом шаманиста
Борис Колымагин (Россия). Тепло церковного зарубежья
Нина Кривошеина (Франция). Четыре трети нашей жизни. Воспоминания
Протоиерей Георгий Митрофанов (Россия). "Не ищите в кино правды о святых" 
Протоиерей Георгий Митрофанов (Россия). «Мы упустили созидание нашей Церкви»
Популярная рубрика

Проекты ПНПО "Россия в красках":
Публикации из архивов:
Раритетный сборник стихов из архивов "России в красках". С. Пономарев. Из Палестинских впечатлений 1873-74 гг.

Мы на Fasebook

Почтовый ящик интернет-портала "Россия в красках"
Наш сайт о паломничестве на Святую Землю
Православный поклонник на Святой Земле. Святая Земля и паломничество: история и современность
 
Заразные гены, или Горизонтальный поворот: ДНК можно получить не только от родителей
 
Автор: Дмитрий Шабанов
Опубликовано в журнале "Компьютерра" №7 от 27 февраля 2007 года
 
Журнал "Nature" публикует не только статьи о состоявшихся достижениях, но и эссе, авторы которых пытаются нащупать дальнейшие пути развития науки. Одно из последних принадлежит Нигелю Гольденфельду и Карлу Вёзе (Nigel Goldenfeld, Carl Woese), американским ученым, которые прочат очередную революцию в биологии. С их точки зрения, новые данные об обмене генетической информацией между представителями разных видов организмов вызовут в биологии смену парадигмы.
ЦИТАТА

"…Вся живая материя восстает перед нами как одно целое, как один огромный организм, заимствующий свои элементы из резервуара неорганической природы, целесообразно управляющий всеми процессами своего прогрессивного и регрессивного метаморфоза и, наконец, отдающий снова всё заимствованное назад мертвой природе".

С. Н. Виноградский, Лекция  перед
императорской фамилией 8 декабря 1896 года

Речь идет о горизонтальном переносе генов - передаче наследственной информации от организма к организму вне генеалогической (вертикальной, от предков к потомкам) последовательности. Сам феномен известен давно: так, например, передаются гены устойчивости к антибиотикам от одних болезнетворных микроорганизмов к другим. Много лет на него смотрели как на некую оплошность природы. Энтузиасты надеялись объяснить с его помощью феномен эволюции, прагматики искали в нем естественные технологии генетической инженерии… Лишь недавняя лавина молекулярно-биологических данных позволила понять, насколько это явление распространено в природе.

Десятилетиями в микробиологии торжествовал принцип, возведенный в догму Робертом Кохом: изучаемый микроорганизм нужно вырастить в чистой культуре. Зачастую для культивирования используются потомки одной-единственной бактериальной клетки. Выращиваемые в таких условиях микроорганизмы оказываются одинаковыми, что считается критерием их правильного выделения. Увы, такие условия совершенно противоестественны! Естественным является именно функционирование микроорганизмов в сложной среде, информационный обмен с которой включает передачу фрагментов ДНК.

В таких условиях для двух основных групп "микробов" - бактерий и архей (или архебактерий) - вообще трудно говорить о видоспецифичном геноме (наборе наследственной информации). Благодаря горизонтальному переносу этот геном постоянно пополняется новыми фрагментами, а благодаря собственной эволюции теряет многое из приобретенного. Проследив генеалогию какого-нибудь микроорганизма, мы увидим, что через него течет "река" разнородной по происхождению генетической информации. В этом потоке отражается вся биосфера!

Как регистрируют горизонтальный перенос генетической информации? Иногда удается увидеть исходный текст у одного организма и его копию у другого. Чаще, однако, приходится использовать косвенные данные - вычленять участки ДНК, которые отличаются по соотношениям разных пар нуклеотидов или по частоте использования разных триплетов для кодирования одних и тех же аминокислот (эти признаки, в общем, видоспецифичны). Найдя в чьем-то геноме кусок текста, отличающийся от окружения по частоте "букв" (нуклеотидов) или "слов" (триплетов), мы можем предположить, что имеем дело с заимствованием. Со временем хозяин откорректирует текст, приведя его в соответствие с "собственным стилем".

Итак, работа современных генных инженеров, создающих генетически модифицированные организмы и тем самым порождающих волну протестов и "страшилок", оказывается для земной биосферы обыденным делом [Заодно, правда, теряет правдоподобие один из аргументов, которым генные инженеры пытаются успокоить страхи растревоженного общества - что "чужие гены" никак не могут расползтись по биосфере. Оказывается, не все так очевидно. Впрочем, вставки в геномы модифицированных организмов тоже являются продуктами развития биосферы, как и "родные" гены культурных растений].

Что самое интересное, горизонтальный перенос свойствен не только микроорганизмам. Например, проведенные недавно учеными из Беркли исследования геномов риса и проса (злаков, которые разделяет не менее 30 млн. лет независимой эволюции) показало, что между этими видами происходил горизонтальный перенос генетической информации. В этих растениях найдены практически идентичные транспозоны - участки ДНК, способные перемещаться внутри геномов и между ними с места на место! Чаще всего транспозоны переносят информацию внутри вида, но могут и перешагнуть видовой барьер, ведь грань между транспозонами и вирусами весьма условна. С активностью преобразованных транспозонов может быть связана реорганизация генома, которая происходит при видообразовании.

Заразные гены в действии. Электронная микрофотография и схема: транспозон (проект ДНК, перемещающийся внутри генома), прицепившийся к плазмиде — небольшой кольцевой ДНК бактерии. В начале и конце транспозона размещены соответствующие друг другу последовательности, обеспечивающие встраивание транспозона в чужую ДНК. Бактерии могут передать такую плазмиду друг другу, как на фотографии справа. Соединяющий тела бактерий мост (пиль) служит как раз для передачи плазмид. Эти носители могут перемещаться между бактериями не только «одного» вида, но и разных. А «оседлав» ДНК вируса, транспозон может отправиться в еще более далекое путешествие

Горячие головы видят в горизонтальном переносе объяснение прогрессивной эволюции. Вот так появляются новые признаки: подует ветер, принесет вирус с куском новой информации, и - глядь! - у организма появилось новое полезное свойство. Так, выдающийся палеоботаник В. А. Красилов считает, что в эпоху происхождения цветковых растений именно вирусы разносили от одних голосеменных к другим "блоки" генетической информации, ответственные за формирование цветка. Увы, в это поверить нелегко. Дело в том, что конструкция любого организма - нелегкий компромисс между модульностью и монолитностью. Любое из населяющих Землю существ - одновременно и целостная система, и конгломерат относительно независимых признаков. Теми из свойств организма, которые связаны со всеми остальными в тугой узел взаимосвязей, невозможно заразиться "от ветру". Именно поэтому роль горизонтального переноса в эволюции высокоорганизованных и высокоинтегрированных групп снижается. Может, когда-нибудь у генных инженеров дойдут руки проверить идею Красилова и они перенесут "гены формирования цветов" в геномы сосен, гинкго или саговников? Скорее всего, инородные фрагменты не смогут встроиться в систему управления развитием растения, для которого характерен иной способ размножения.

Даже когда крупное новшество у высокоинтегрированных животных оказывается связано с каким-то продуктом горизонтального переноса, его не следует считать прямым следствием захвата чужеродной информации. Приведем один пример. У млекопитающих развитие плаценты (органа, обеспечивающего физиологическую связь зародыша и матери) требует, кроме прочего, работы гена Peg10. Этот ген чрезвычайно сходен с одним из широко распространенных транспозонов. Такой факт можно интерпретировать двояко. Наивный человек, убежденный, что всякий признак - проекция определенного гена, сделает вывод, что появление плацентарных млекопитающих (и в конечном счете нас с вами) - следствие "заражения" "геном плаценты". Отсюда недалеко до веры в генетического Демиурга, который управляет эволюцией, время от времени запуская в оборот новые вирусы и очередные прогрессивные качества.

Более зрелой представляется иная трактовка. Новые функции, вырабатываемые в ходе эволюции, могут связываться не только со старыми участками генетического текста, которые выполняют собственные задачи, а с новыми, свободными. Эти новые гены могут как раз оказываться занесенными со стороны кусками. Так опытный шофер, ремонтируя сломавшуюся в дороге машину, может сделать требующуюся деталь из какого-нибудь найденного на обочине обломка. Функция этого обломка в отремонтированной конструкции не содержалась в нем исходно - она возникла вследствие его определенного положения в новой системе. Такая трактовка подтверждается тем, что находящийся в тесном родстве с "геном плаценты" транспозон в любом ином месте и окружении вовсе не вызывает формирования чего-то подобного.

Наоборот, горизонтальный перенос служит не двигателем, а скорее тормозом эволюции! Существа, которые приобрели относительно изолированный геном, морфологически, физиологически, поведенчески эволюционируют намного быстрее, чем плотно вплетенные в единую сеть биосферы микроорганизмы. Эволюция направлена от континуума геномных возможностей к отдельным генотипам. Почему же биологи поняли это так поздно? Тому есть несколько причин. Во-первых, биология должна была достичь технического уровня, позволяющего зарегистрировать сам факт разнообразия путей передачи наследственной информации. Во-вторых, изучение надорганизменных систем психологически затруднительно для исследователей, которые сами являются организмами (см. врезку). В-третьих, распространению нового понимания препятствует трактовка организма как воплощения (реализации) генетической программы.

Нерестовый водоем лЯгушек — модель большого мираМетафора наследственной информации как программы настолько въелась в сознание современных биологов и небиологов, что многим из них попросту трудно ее осознать. А что же такое организм, как не воплощение хранящегося в его генах плана? То, что использует эти гены! Наследственная информация - не истинная суть организма, а используемая им библиотека. На протяжении большей части истории жизни эта библиотека была общей для самых разных существ, и лишь потом некоторые из них завели себе изолированные "книжные шкафы".

Когда речь идет о людях или наших ближайших родственниках, высших животных, мы имеем дело с относительно изолированными видами. Каждый из них характеризуется определенной общностью генетической программы, занимая определенное место в экосистемах. Дискретность бактерий и архей носит иную природу. Она скорее связана с дискретностью возможных образов жизни, экологических ниш.

Итак, есть все основания согласиться с авторами эссе в "Nature". Мы стоим на пороге нового понимания жизни вокруг нас. Понятия организма, вида, генома, наследственной информации нуждаются в серьезном уточнении. В то же время не следует считать такой подход совсем уж новым. Это его нащупывал в своем "Космосе" Александр фон Гумбольдт, высказывал в лекции перед царской семьей Сергей Николаевич Виноградский, воплощал в теории Геи Джеймс Лавлок, пытается под именем "природоведческой микробиологии" развивать академик РАН Георгий Александрович Заварзин… Но в любом случае, развитие биологии подарит нам еще немало неожиданностей.

Как объять необъятное

Мы сами являемся организмами и окружающие нас другие системы воспринимаем по аналогии с самими собой. Как ни естествен для нас такой подход, он не единственно возможный…

Позапрошлой весной автор этих строк оказался во время нереста остромордых лягушек возле небольшого нерестового водоема - пруда среди заросших дубами холмов. Были сумерки - "час меж собакой и волком". На мелководье собралось несколько тысяч самцов лягушек. В это время они преображаются благодаря ярко-голубой брачной окраске. Песня самца остромордой лягушки похожа на клокотание кипящей крупными пузырями воды. Многоголосый хор нескольких тысяч самцов сливался в невероятный гул. Этот объединенный голос тысяч особей разносился по окрестным холмам, созывая неторопливых, разбухших от икры самок…

Подходя к нерестовому котлу, самка находит себе самца и вместе с ним отметывает свою порцию икры. Те самки, которые прибывают позже других, вынуждены нереститься на сплошном поле из кладок. Часть их икринок оказывается оплодотворена молоками не "своего" самца, а других - тех, что были отцами соседних кладок. Пройдет немного времени - и из икринок выйдут головастики, ферменты вылупления которых превратят в жидкость слизистые икряные оболочки. Даже если за время их развития уровень воды в весеннем пруду упадет, разжиженная икра стечет под уклон к отступившей воде. Ну и пусть десятки тысяч особей (а головастик, как и икринка, - это особи!) обсохнут на окраинах пруда - сотни тысяч попадут в воду, где продолжат развиваться. По мере роста они будут обмениваться разнообразными химическими и физическими сигналами. При необходимости те из головастиков, которые опередят прочих, притормозят рост отстающих, чтобы снизить конкуренцию за недостающие ресурсы. В иных случаях, наоборот, рост разновозрастных и неродственных личинок окажется синхронизирован - популяция сама выберет стратегию своего оптимального развития.

Так вот, сумерки, пение лягушек и усталость сместили восприятие подошедшего к нерестовому котлу человека. Он почувствовал, что стоит не перед определенным числом организмов, а перед сущностью более высокого порядка - популяцией. Потенциально бессмертный живой объект находился на одном из ключевых этапов своего годичного цикла. Производство новых особей оправдает потери существующих, ведь только через их поток и смену и осуществляется бытие популяции. Казалось бы, человек не может быть замечен этой сущностью - он ведь находится на более низком уровне бытия, чем она. Тем не менее, когда завороженный человек приблизился к одному из нерестовых котлов, поющие лягушки испугались, замолчали и торопливо попрятались на дне. Голос популяции изменился: она заметила чужака и отреагировала на его присутствие…

Вы скажете, такой опыт переживания контакта с сущностью более высокого порядка относится к сфере интересов психиатра, а не биолога? Вы, конечно, правы. Но, поверите ли, такой опыт очень помогает представить себе популяцию единым целым, а не совокупностью отдельных особей… А вы лучше попытайтесь вообразить всепланетную общность живых организмов, связанную горизонтальным переносом генетической информации, как популяция лягушек связана совместным размножением! Удобно ли описывать и изучать эту общность, пользуясь традиционными понятиями и расхожими мыслительными штампами? Новым задачам должен соответствовать и новый способ мышления!


[версия для печати]
 
  © 2004 – 2015 Educational Orthodox Society «Russia in colors» in Jerusalem
Копирование материалов сайта разрешено только для некоммерческого использования с указанием активной ссылки на конкретную страницу. В остальных случаях необходимо письменное разрешение редакции: ricolor1@gmail.com