Вопросы и ответы

  • Очень часто в эволюционной литературе можно встретить выражение известного учёного-эволюциониста Ф. Добжанского: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Что означает эта фраза и можно ли представить себе биологию без эволюции?

Наверное, сегодня сложно найти биолога, который бы не слышал знаменитую фразу американского учёного-эволюциониста (советского происхождения), основателя современной синтетической теории эволюции (СТЭ) Феодосия Добжанского: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции» (англ. Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution). В 1973 году, незадолго до своей смерти от хронического лимфолейкоза, Добжанский (к тому времени получивший гражданство США) написал небольшое, пятистраничное эссе в журнале «Американский учитель биологии» (на английском языке), которое так и назвал: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Вскоре эта фраза стала крылатой, и по сей день с огромным чувством удовлетворением, и даже с гордостью звучит из уст чуть ли ни каждого апологета эволюционной теории Ч. Дарвина. Но что означает эта фраза?

Смысл данного выражения становится более понятным при другом переводе: «Ничто в биологии не имеет смысла, если не рассмотрено в свете эволюции». По мнению автора, эволюция составляет главный стержень биологии, основу основ науки о жизни, и все её открытия нуждаются в осмыслении и объяснении в свете эволюционного учения. Именно в свете эволюции биология становится самой вдохновляющей и интеллектуально насыщающей наукой. Без такой подсветки, пишет Добжанский, биология превратилась бы в кучу «вяленых фактов»; некоторые были бы интересны сами по себе, но они выглядели бы именно как беспорядочная куча, а не имеющая смысл картина. Эволюция дает возможность смотреть на биологию, одну из самых неточных естественных наук, как на науку, имеющую объединяющую теорию.

Ну что ж, а теперь самое время выяснить, как наличие «объединяющей биологию теории» отражается в трудах современных учёных-биологов, или, другими словами, насколько актуально знаменитое выражение «Ничто в биологии не имеет смысла, если не рассмотрено в свете эволюции». Чтобы выяснить это, я предлагаю заглянуть в, пожалуй, самую популярную базу данных медико-биологической литературы Pubmed. Там собраны данные о всех статьях в журналах с более ли менее заметным уровнем цитирования.

Статьи можно выбирать из базы данных по словам и их комбинациям в названии, тексте реферата или в списке ключевых слов, которые специально подобраны, чтобы облегчать поиск. Так, используя для поиска, например, слово biochemistry (биохимия) можно увидеть все статьи, где это слово упоминается. Еще лучше использовать урезанное слово biochem*, тогда нам покажут все статьи, имеющие какое-то отношение к биохимии. Далее, нам нужно выяснить в скольких статьях, имеющих отношение к биохимии, упоминается эволюция. Для этого введём дополнительное слово для поиска evolut* (т.е. имеющие отношение эволюции).

Осуществив такую проверку для нескольких основных биологических дисциплин, мы увидим следующую картинку (на 01.04.2018):

Всего статей по

– биохимии 1343961 из них с упоминанием эволюции 37069, т.е. 2,8%

– иммунологии (immunol*)1834342 из них с эволюцией 31130, т.е. 1,7%

– микробиологии( bact*) 1278896 из них с эволюцией 42588, т.е. 3,3%

– генетики (genetic*) 3658746 из них с эволюцией 223142, т.е. 6,0%

– связанных с животными (animal*) 6399010 из них с эволюцией 192901, т.е. 3,0%

– связанных с человеком (human*) 3159908 из них с эволюцией 80678, т.е. 2,5%

Итак, от 94 до 98% научных статей по вполне актуальным разделам биологии не содержат упоминаний об эволюции. При этом часть обзоров, содержащих слова с корнем «эвол», не всегда имеют отношение к биологической эволюции. Чтение случайно выбранных обзоров из этой группы показало, что далеко не всегда слово «эволюция» употребляется в привычном для биологов значении – как развитие жизни. Одни из обзоров описывают, например, «эволюционирующую классификацию» ракового заболевания, другой «эволюционирующую парадигму» в понимании некоего класса ферментов, третий «эволюцию методов лечения», четвёртые – «эволюцию подхода». И таких работ довольно много. Поэтому цифру 9498% можно ещё уменьшить как минимум на 1–2%.

В общем не хотят почему-то современные учёные обсуждать свои работы с эволюционной точки зрения. Неужели они все бессмысленные и только несколько процентов публикации несут какой-то научный смысл?…

Видя эти цифры невольно вспоминаются слова российского учёного генетика и эмбриолога, чл.-корр. РАН Л. И. Корочкина, который на заседании круглого стола по дискуссионным вопросам эволюции сказал: «Пользуясь случаем, хочу подчеркнуть важную для меня мысль. Многие полагают, что «становым хребтом» современной биологии является эволюционное учение… Представим себе, что вдруг эволюционное учение будет изъято из биологии. Изменится ли существенно облик этой науки? Нет, в ней просто будет отсутствовать эволюционное учение» (Существует ли естественный отбор, 2006).

Здесь было бы уместно упомянуть и знаменитую публикацию российского микробиолога, академика РАН Г. А. Заварзина «Составляет ли эволюция смысл биологии?» (Вестник РАН, 2006). Во введении автор написал следующее: «Традиционно представление о том, что все явления в биологии могут быть объяснены через эволюцию  путём выяснения происхождения. Понятие о происхождении неизбежно ведет к более древним исходным формам жизни. Однако в мире микробов, который существует на Земле около 4 млрд. лет, общего предшественника найти не удалось. В этом мире дарвиновская теория не работает».

Так что для некоторых учёных биология без эволюции не теряет, а скорее приобретает смысл. А подавляющее большинство учёных-биологов предпочитают вообще не касаться этой темы и даже не упоминать эволюцию в своих работах.

 


  • Почему эндогенные ретровирусы (ЭРВ), являющиеся остатками древних вирусов, расположены в одних и тех же местах генома человека и шимпанзе?

Очень часто на страницах интернета, в научно-популярных книгах и передачах говорится о схожем расположении эндогенных ретровирусов у человека и шимпанзе, как ярчайшем свидетельстве эволюции, и, в частности, происхождении человека и современных обезьян от общего предка, который и был заражён этим вирусом.  

Так, в одной из публикаций на данную тему мы читаем: «… эти ретровирусы – следы прошлых встреч живых организмов с вирусами типа ВИЧ и другими. Миллионы лет назад они атаковали клетки живших тогда организмов. И если организм не погибал, а успешно справлялся с вирусной атакой, то вирусы в «разобранном» (деактивированном) состоянии оставались в клетках, уже потеряв свою способность к инфицированию. Если вирусом заражались клетки половой линии, то эндогенный ретровирус передавался из поколения в поколение, путешествуя таким образом по геномам иногда миллионы лет. После расшифровки нуклеотидной последовательности ДНК многих животных, в том числе и человека, стало возможным узнать, где именно в геноме находятся эти остатки древних вирусов. И взору ученых предстала строгая упорядоченность расположения эндогенных ретровирусов – выяснилось, что все они находятся в геномах в строго определенных местах. Некоторые из них характерны лишь для человека или для кошки и не встречаются у других животных. Другие же ретровирусы можно обнаружить в одном и том же месте, к примеру, в геномах гориллы, шимпанзе, орангутанга и человека. Вероятность того, что вирусы атаковали клетки и случайным образом встроились в геномы разных видов на абсолютно одинаковые позиции среди миллиардов других нуклеотидов, чрезвычайно мала. Это все равно, как если бы несколько миллионов человек взяли в руки «Войну и мир» и, не сговариваясь, указали бы на одно и то же слово на одной и той же странице. Все это говорит в пользу того, что в процессе эволюции обломки вирусов в клетках передавались из поколения в поколение и от одних видов другим. И то, что ретровирусы находятся у двух или более животных на одной и той же позиции в ДНК, недвусмысленно говорит о том, что эти животные произошли от общего предка».

Однако, хотелось бы обратить внимание, что этот аргумент является ненаучным, т.к. в нём нарушены все правила научной аргументации: те положения, которые сами нуждаются в доказательстве, уже выступают в качестве доказательств других положений.  Давайте разберёмся…

Как известно, почти половина генома человека и многих животных состоит из разного рода повторяющихся последовательностей ДНК. Часть из них кодирует фермент ревертазу (обратную транскриптазу), которая в цитоплазме клетки синтезирует ДНК на матрице РНК. Эта вновь синтезированная ДНК способна снова возвращаться в ядро и встраиваться в гены клетки. Такие ДНК (как исходные, так и вновь встроенные) называются ретротранспозонами, а описанный процесс обеспечивает их «размножение» в геноме. Точно таким же образом функционируют и ретровирусы (к ним относится и широкоизвестный вирус иммунодефицита человека).

Но у животных (и у человека) существует, и другая часть повторяющихся последовательностей, которые не содержат фрагмента, кодирующего ревертазу, а потому не способна размножаться независимо от остальной части ДНК и даже перемещаться по геному, а потому может только передаваться из поколения в поколение при делении клеток. Что это за фрагменты и для чего они нужны?

Было выдвинуто предположение, что данные последовательности представляют собой ретровирусы, утратившие способность осуществить полный цикл своего развития. Их условно называют эндогенными ретровирусам (ЭРВ). (Хотелось бы отметить, что термин не очень удачный, так как указывает на возможное происхождение данных последовательностей, что обычно в терминологии не допускается). ЭРВ относится к так называемой «мусорной части ДНК», которая не несёт никакой функции и является ненужным балластом.

Далее было замечено, что у человека и шимпанзе некоторые так называемые ЭРВ расположены в аналогичных местах геномов и предполагается, что это следы ретровирусов, встроившихся в геном их общего предка. Для другой части ЭРВ расположение в геноме отличается у шимпанзе и человека и считается, что они попали туда уже после отделения ветви человека от остальных приматов.

Расположение ЭРВ в одних и тех же местах ДНК человека и обезьян, свидетельствует о происхождении человека от общего с шимпанзе и другими обезьянами предка, т.к. вероятность того, что ретровирус (впоследствии ставший ЭРВ) встроится в одну и ту же часть генома и у человека, и у шимпанзе равна нулю.

Казалось бы всё прекрасно, однако утверждение, что данные последовательности ДНК являются остатками ретровирусов является не более чем гипотезой. Не существует никаких доказательств, что это остатки именно древних ретровирусов, а не остатки, например, ретротранспозонов самих клеток эукариот.

Но даже если это и остатки ретровирусов, то нужно доказать, что древние ретровирусы могли встраиваться в любое место ДНК клеток (что также является не более чем гипотезой). Ведь известно, что современные ретровирусы животных встраиваются только в один определенный участок генома во всех зараженных клетках, хотя известно четыре ретровируса, патогенных для человека (Т-лимфотропный вирус человека типа 1, Т-лимфотропный вирус человека типа 2, ВИЧ-1 и ВИЧ-2), которые встраиваются в клеточную ДНК случайным образом.

Кроме этого, непонятно что от чего произошло: данные последовательности ДНК от ретровирусов или наоборот, ретровирусная ДНК от этих последовательностей.

Только после подтверждения всех этих гипотетических представлений можно вести разговор о доказательствах происхождения человека и современных обезьян от общего предка.

Однако в последнее время генетики сделали открытия вообще лишающие данный аргумент какого-либо смысла. Выяснилось, что многие последовательности ДНК, которые мы именуем «эндогенными ретровирусами», является вполне функциональной, однако функционируют они только в определённых типах тканей. Именно поэтому их функция долгое время была неизвестна, отчего эту ДНК рассматривали как «мусор». Эти последовательности ДНК действуют как промоторы: они стартуют транскрипцию в различных отправных точках и благодаря этому из одной и той же последовательности ДНК образуются разные РНК-транскрипты [Faulkner G., Kimura Y., et. The regulated retrotransposon transcriptome of mammalian cells // Nature Genetics. 2009. № 41, Р. 563–571 https://www.nature.com/articles/ng.368].

Учёные одного из крупнейших образовательных и научно-исследовательских центров США – Технологического института Джорджии, – ещё в 2008 г. обнаружили 51197 промотерных последовательностей, полученных из эндогенных ретровирусов, которые инициируют внутри человеческого генома транскрипцию. Сюда относятся и 1743 случаев, когда транскрипция начинается с последовательностей эндогенных ретровирусов, расположенных в проксимальном промоторе гена. Анализ выявил, что ретровирусные последовательности в человеческом геноме кодируют десятки тысяч активных промоторов. [Conley A., Piriyapongsa J., Jordan I. Retroviral promoters in the human genome // Bioinformatics, Vol. 24, Issue 14. 2008. P. 1563–1567 https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btn243]

Таким образом, то, что считалось нефункциональным остатком древних ретровирусов, оказалось тканеспецифичным клеточным промотором, т.е. элементом сверхсложной кодировки, обеспечивающей целостную и скоординированную работу организма.

Конечно, можно оправдать апологетов учения Ч. Дарвина тем, что этот аргумент начали использовать тогда, когда ещё ничего не было известно о промоторной активности ЭРВ (а сегодня продолжают как бы по инерции). Однако, чтобы мы ни говорили, но использование гипотетических представлений о функционировании генома в качестве доказательств чего бы то ни было  неправомерно, и свидетельствует скорее о низком профессионализме учёного, об игнорировании им основных критериев научного знания и о слабом понимании сущности самой науки.