Проблемы Эволюции

Проблемы Эволюции

Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция. Эпилог.

Стил Э., Линдли Р., Бландэн Р.

Сенсационная книга австралийских иммунологов. Популярно изложено строение иммунной системы позвоночных и механизм образования новых специфических антител методом соматического "гипермутирования" иммуноглобулиновых генов и отбора лимфоцитов. Обоснована гипотеза о возможном механизме наследования приобретенных признаков в иммунной системе. (М.: Мир,  2002. 237 с.)

Оглавление

 

 

Э.Стил, Р.Линдли, Р.Бландэн

Что, если Ламарк прав?

Иммуногенетика и эволюция

М.: Мир, 2002. 237 с.

(Edward J. Steele, Robyn A. Lindley and Robert V. Blanden. Lamarck's signature. How retrogenes are changing Darwin's natural selection paradigm. Allen & Unwin: 1998)

Эпилог

Если наследование приобретенных признаков в иммунной системе считать реальностью, а дальнейшие исследования покажут, что обсуждавшиеся нами механизмы передачи наследственной информации от соматических клеток к половым применимы и к другим семействам генов, это приведет к существенным последствиям для науки и человечества. Некоторые из них мы бы хотели обсудить в конце нашей книги. Читателю предоставляется возможность поразмышлять вместе с нами.

Ответ неодарвинистам

В 1858 г. в Лондоне Чарлз Дарвин и Альфред Расселл Уоллес впервые представили Линнеевскому обществу свою теорию эволюции путем естественного отбора. Противники тут же яростно заклеймили ее как разрушающую теологические представления о происхождении человека. Как верно отмечает Дэниэл К. Деннет в книге Darwin's Dangerous Idea (Опасная идея Дарвина), «буря, сопровождавшая этот разрыв с прошлым, до сих пор бушует в социологии, искусстве, да и просто в умах людей. До 1858 г. никому не могло придти в голову, что человек представляет собой всего лишь животное высшего порядка, произошедшее от нематод и приматов».

Дарвиновская революция принесла пользу науке. Однако проблема интеллектуальных революций заключается в том, что «победившее» представление со временем превращается в догму. Какое-то время догма полезна, но затем неминуемо образуется «сообщество», члены которого почти не способны выйти за ее рамки, так как это подвергло бы риску их карьеру и финансовое положение. Это противоречит духу научного исследования (но, как это ни печально, точно отражает состояние человеческого общества). Сегодня, к сожалению, очевидно, что неодарвинистские представления в некоторой части научного сообщества превратились почти что в религию. Неоламаркистская идея обратной связи сомы и зародышевой линии до сих пор встречает сильное сопротивление. А в ряде теоретических исследований все еще используют неприменимую в данном случае теорию нейтральной молекулярной эволюции Кимура (Kimura). Однако мы показали в этой книге, что в эволюции и структуре семейства V-генов иммунной системы позвоночных многое объясняется и предсказывается теорией обратной связи генов. Сейчас задача заключается в том, чтобы выяснить, можно ли распространить ее за пределы иммунной системы. В гл. 7 мы попытались убедить читателя в том, что такой подход может оказаться весьма плодотворным.

Возвращение к идеям Ламарка можно проследить в трудах Вуда Джоунза, затем Г. Кэннона (Cannon) и Артура Кестлера в 1960-х и 1970-х гг. За последние двадцать лет концепция передачи генетической информации от сомы к зародышевой линии, касающаяся V-генов лимфоцитов, претерпела бурную историю. Критика этой идеи как среди иммунологов, так и в более широком кругу биологов, была настолько сильной, что Теду Стилу в пору было бросить заниматься наукой! Это дает и нам полное право покритиковать наиболее рьяных противников нашей гипотезы: Дэниела Деннета (философа из Университета Тафте) и Ричарда Докинза (Оксфордский университет). Именно они в конце XX века стали апологетами того, что Стивен Гулд назвал «дарвинистским фундаментализмом».

В своей книге «Darwin's Dangerous Idea», вышедшей в свет в 1995 г., Деннет называет палеонтолога Тейяра де Шардена, придерживающегося ламаркистских воззрений, самого Ламарка и направленные мутации «тремя проигравшими». Здесь мы остановимся исключительно на его низкой оценке научного вклада Ламарка. Она поверхностна и наивна, хотя автор и признает, что сам Дарвин, «как это печально известно», в теории пангенезиса придерживался ламарковского принципа упражнения и неупражнения органов. Деннет абсолютно уверен в том, что барьер Вейсмана генетически непроницаем. Он полностью отвергает возможность наследования приобретенных признаков, заявляя: «... для того, чтобы ламаркизм мог действовать, информация о приобретенных признаках, о которых здесь идет речь, должна была бы передаваться от измененного органа, сомы, в яйцеклетки и сперму. В общем, такую передачу информации можно считать невозможной — каналы связи, которые могли бы нести сообщение, не обнаружены...».

Это догматическое утверждение противоречит тому, что мы знаем теперь об иммунной системе. Обратная транскрипция и соматическое гипермутирование совсем не упоминаются в его книге. Мы полагаем, что это может быть следствием его неосведомленности, так как он не занимается ни молекулярной биологией, ни иммунологией. Несмотря на это, в глазах общественности он равноправный «участник эволюционной игры».

Ричард Докинз в своей книге «The Extendend Phenotype» (1982 г.) пространно рассуждает о гипотезе соматического отбора. Цель его аргументации — преуменьшить значение гипотезы Стила. В конце раздела, посвященного соматическому отбору, мы с изумлением прочли следующее: «Теория Стила несомненно верна, он ошибается только в определении того, что считать зародышевой линией. Любой ген в соматической клетке, который является кандидатом для про-вирусной [читай, ретровирусной] передачи в зародышевую клетку, по определению является репликатором зародышевой линии. Книгу Стила можно было бы заново озаглавить «The Extendend Germ-line»! Вовсе не задевая неовейсманистов, она оказывается глубоко близкой нам».

Попытка Докинза превратить лимфоцит и его гены в «продолжение зародышевой линии», с научной точки зрения, абсурдна. Сначала он принимает идею о том, что соматическая клетка может передавать новые гены половым клеткам, т. е. концепцию, противоречащую догме Вейсмана, и тут же он говорит, что такая концепция «оказывается глубоко близкой» неовейсманистам. Это акробатический номер, на который способен только догматичный неодарвинист, пообещавший съесть свою шляпу, если неоламаркизм окажется истинным. Если бы Вейсман мог прочесть этот абзац из книги Докинза, он бы перевернулся в гробу!

Однако в истории науки известно довольно много случаев, когда сторонники ортодоксальных точек зрения отказываются принимать ставшие уже всем очевидными новые факты и идеи. Наиболее известный из них нежелание врагов Галилея взглянуть на спутники Юпитера через телескоп, который Галилей установил специально для них. А в конце XVIII века сторонники теории неизменяемости видов, пытаясь совместить ее с противоречащими геологическими данными, дошли до абсурда, утверждая, что «каждый день имеет неопределенную (или варьирующую) длину» [З]. В современной иммунологии таких эпизодов тоже было немало, например длительная приверженность ряда ученых инструктивным теориям образования антител, несмотря на то, что клонально-селекционная теория Бернета была уже давно опубликована и признана.

Видообразование и конвергенция

Теперь нам бы хотелось обсудить значение ламарковской гипотезы об обратной связи сомы и зародышевой линии для теории видообразования и конвергенции. Помимо катастрофического исчезновения видов, например, из-за падения метеоритов или усиленной вулканической активности, наименее понятное явление эволюции живых организмов — это происхождение новых видов и планов строения, то есть возникновение новых и отличных от всех прочих жизненных форм. В своих ярких и увлекательных книгах (особенно в «Wonderful Life»), Стивен Гулд убедительно показал, насколько противоречива история жизни на Земле. «Кембрийский взрыв» многоклеточных (приблизительно 570 млн. лет назад) явился моментом возникновения многих сохранившихся до наших дней многоклеточных форм. Но в этот же геологический период происходила массовая гибель многих видов. Действительно, очевидное подлаживание выживших планов строения и видов во время такой адаптивной радиации соответствует теории прерывистого равновесия, предложенной Гулдом и его коллегой Найлзом Элдреджем (Eldredge) в 1972 г. (длинные периоды «застоя», или эволюционного постоянства, прерываются мощными эволюционными взрывами). Одна из ярких черт адаптивной радиации — отсутствие многих промежуточных форм. Майкл Дентон (Denton) подробно рассмотрел надежность подобных отрицательных данных в книге «Evolution: A Theory in Crisis», вышедшей в середине 1980-х годов. Могут ли общая теория передачи наследственной информации от сомы к зародышевой линии и концепция упражнения и неупражнения органов добавить что-либо к дискуссии о происхождении новых форм жизни? Можно ли понять, как сложные соматические приспособления переводятся в новые сложные морфологические/физиологические формы (или виды)? Другими словами, могут ли соматические мутации пройти по «каналу» от сомы к зародышевой линии за короткий период времени (одно или несколько поколений)? Теоретически подобные события могут иметь место, когда происходят резкие сдвиги в окружающей среде. В этом случае необходимо достаточно быстро (за одно поколение, чтобы новая сложная форма выжила) создать потенциально приспособленную форму, т. е. того самого «счастливого монстра», о котором писал в своей книге «The Material Basis of Evolution» в 1940-х годах эволюционный генетик Ричард Голдшмидт (Goldschmidt).

Однако связь соматических и половых клеток может быть только одним из возможных механизмов приспособления и создания разнообразия на этапе адаптивной радиации. Из других механизмов укажем горизонтальный перенос генов между видами. В книге «Our Place in the Cosmos» Хойл и Викрамасинг приводят доводы в пользу того, что эволюционный скачок был вызван попаданием на Землю генетического материала из другой области Солнечной системы (см. рис. 1.4). Интересные идеи относительно того, как могут в результате самоорганизации спонтанно появляться сложные упорядоченные системы высказывает Стюатр Кауфман (Kauffman) из Института Санта-Фе. Весьма плодотворной нам представляется гипотеза Линн Мар-гулис (Margulis), согласно которой решающую роль в создании разнообразия эукариотических клеток сыграл эндосимбиоз (поглощение без переваривания), заключающийся в слиянии клеток. Каждая внутриклеточная органелла, вероятно, сначала вела независимую жизнь, но потом стала полностью зависимым симбионтом для блага клетки. Вполне возможно, что явление независимой конвергенции форм или физиологических характеристик у не-родственных видов (и даже у разных родов) может быть объяснено передачей информации от сомы к зародышевой линии. Но опять-таки такая реконструкция должна была бы рассматриваться вместе с взаимодействием (горизонтальные «перекрестные инфекции») генов и клеток, как это только что были описано. Для установившегося вида, чувствительная к окружав ющей среде обратная связь сомы и зародышевой линии может! иметь большую эволюционную значимость, потому что она позволяет геному быстро и эффективно «отслеживать среду».

Другими словами, в долгие периоды покоя ламарковская обратная связь сомы и зародышевой линии может приводить к адаптивной настройке, позволяя видам занять свою нишу.

Генная инженерия

Еще одна область, в которой следует ожидать важных результатов, если обратная связь сомы и зародышевой линии будет доказана, — это генная инженерия эукариот. Сейчас развивается новая область лечения «врожденных» генетических ошибок — соматическая генная терапия. Мы стоим на пороге широкого применения этой технологии в медицине. Если существует «генетический канал» от сомы к зародышевой линии (хотя бы только для V-генов), можно надеяться, что «соматическая коррекция» приведет и к фиксации исправленного гена в половых клетках? Если бы этот механизм работал, можно было бы, используя ретровирусные векторы, встроить исправленные гены в ядерный геном лимфоцитов пациента, а затем ввести эти клетки в его организм при переливании крови. Это должны быть кроветворные стволовые клетки, которые, дифференцируясь, постоянно пополняют популяции кровяных клеток всех типов. Это означает, что подвижные лимфоциты, включая В-лимфоциты, которые несут и экспрессируют РНК нового функционального гена, могли бы проникать в репродуктивные ткани и передавать новую последовательность ДНК зародышевой линии. Однако вероятность такой передачи неизвестна.

Основная идея нашей книги состоит в том, что соматические мутации в клетках иммунной системы могут быть унаследованы зародышевой линией. Главный аргумент в пользу обобщения этих представлений для других систем организма состоит в следующем. Известно, что как только какой-либо процесс или механизм обнаруживается в одной биологической системе, он начинает использоваться и в других системах. Вряд ли возможно чтобы высокая частота соматического мутирования была не замечена в других «адаптивных» генетических локусах, таких например, как система цитохрома Р-450, обеспечивающего детоксикацию печени, или в такой «сенсорной» генетической системе, как гены, ответственные за обоняние? Вызывает большой интерес, стабильны ли в действительности «сенсорные» гены (продукты которых взаимодействуют непосредственно с молекулами, обеспечивающими внешние стимулы) в ткани-мишени в условиях перенесенного соматического стресса? Не исключено, что возникновение опухолей может оказаться обратной стороной соматических генетических адаптации (ценой прогресса) у многоклеточных эукариотиче-ских организмов, способных на адаптивную соматическую реакцию.

Известно, что онкологические и аутоиммунные заболевания в общем являются заболеваниями пострепродуктивного возраста. В самом деле, лишь в этом столетии большое число людей живет достаточно долго для того, чтобы заболеть ими. Любые соматические адаптивные реакции организма, которые могли бы исправить их и перейти к генам зародышевой линии после завершения периода размножении, таким образом, будут потеряны для последующих поколений. Отбора против этих заболеваний также почти не было, так как большинство наших предков начинали производить на свет детей в раннем возрасте и умирали в том возрасте, который мы теперь называем средним.

В благополучном западном обществе возникло новое явление, а именно, люди заводят детей во все более позднем возрасте. В свою очередь, это означает, что временной промежуток, в котором соматические генетические нарушения могут быть переданы генам половых клеток, становится длиннее. В результате, потомство более старых родителей может оказаться с генетической точки зрения в невыгодном положении. И наоборот, некоторые соматические адаптации, возникшие в результате, скажем «выбора образа жизни», могут дать и генетическое преимущество детям старых родителей. Поскольку этот вывод основан на допущении о связи сомы и зародышевой линии, вероятность такого рода событий неизвестна.

Эволюция сознания

Возникновение сознания — самый значительный результат эволюции жизни на Земле. Даже если разум возник по воле «слепого случая», сейчас — это реальный факт, и он должен быть включен в любой сценарий дальнейшего эволюционного пути человечества. Значение этого факта выразилось в создании нового журнала Journal of Consciousness Studies, посвященного исключительно этой теме, и в интересных идеях об «антропоцентричном ментальном реализме» и общей роли сознания в эволюции Вселенной, высказанных Гэри Ричард -соном (Richardson), философом из Блю Маунтинз в Австралии. То, что человек овладевает генетическим инструментарием, безусловно будет иметь социальные и экологические последствия.

Какое отношение к этому имеет соматический отбор и обратная связь сомы и зародышевой линии? Если эти процессы носят универсальный характер, нам следует исключить те действия и условия жизни, которые могут вести к генетическим нарушениям. В этом отношении уже осуществляются соответствующие общественные программы (что имеет смысл как при неоламаркистской, так и при неодарвинистской парадигме).

Этические последствия также очень существенны. В соответствии с неодарвинистской парадигмой внешняя среда производит проверку возникающих случайных мутаций в зародышевой линии, из которых формируется наше будущее генетическое наследство. Если общие идеи, вытекающие из теории соматического отбора, подтвердятся для большего числа семейств генов, придется также считаться с организменными, или внутренними, «агентами изменения» — факторами, воздействующими на нашу наследственность. Если мы сочтем, что барьер Вейсмана пошатнулся (хотя бы теоретически), надо будет с серьезностью отнестись к гипотезе о том, что наши идеи и жизненная философия (через выбор образа жизни) могут воздействовать на наш будущий генетический багаж. Возможно, что мы не только лучше поймем наше генетическое «настоящее», но и сможем планировать наше генетическое будущее. Несомненно, мы уже способны создавать новый генетический материал. Но данная идея идет гораздо дальше современной «генной терапии» и заставляет нас направить свои мысли вперед, в то время, когда сознательный выбор образа жизни станет частью «семейной евгеники».

Наша цель состоит не в том, чтобы подробно останавливаться на этих вопросах, а в том, чтобы указать на возможную связь межцу нашими представлениями о том, как следует жить, и нашим генофондом. Эта возможность ставит перед нами множество этических и философских проблем. Этические убеждения, в конце концов, — это общественная структура, обусловленная многими факторами. Но что, если наш генофонд, в конечном итоге, тоже «общественная структура», обусловленная нашим сознанием? Возможно, обе эти структуры тесно связаны и на протяжении эволюции действуют, усиливая друг друга.

Поговорим теперь о «конечной причине» — понятии, которое неодарвинист мог бы приписать любой форме ламар-ковского наследования. Конечно, «божественное назначение» или «конечная причина» лежат за пределами научной работы. Однако по иронии судьбы, пытаясь исключить все следы «божественного вмешательства» или «намеренного планирования» из своего крайнего неодарвинизма, Ричард Докинз в своей книге выбирает роль верховного «изобретателя плана»! Это четко показано в эссе Дэвида Берлински. Так, его компьютерные модели, демонстрирующие «могущество естественного отбора», зависят непосредственно от того, как Докинз определяет все критерии отбора и алгоритм получения желаемого результата селекционной программы. Таким образом, «божественное вмешательство» со стороны программиста — неотъемлемая черта всех компьютерных программ эволюционного отбора. Это во многом похоже на то, как молекулярные биологи регулярно используют «обратную генетику», чтобы вычислить последовательность ДНК из последовательностей аминокислот белка. С нашей точки зрения, единственной полезной концепцией была бы концепция «упреждающей цели» или «генетической ответственности» — научное знание, этические и моральные взгляды и выбор образа жизни могут воздействовать на наше будущее генетическое наследие.

Сейчас мы стоим у порога новой захватывающей эры в генетических исследованиях. В наших силах попытаться ответить на вопрос, проницаем ли барьер Вейсмана, наследуются ли приобретенные признаки, и если да, каковы молекулярные механизмы такого наследования. Однако сделать это мы можем только в том случае, если все вместе решим это сделать. Между тем, многие биологи, придерживающиеся неодарвини-стских взглядов, яростно сопротивляются подобного рода исследованиям. Их позицию можно сравнить с позицией Церкви в 1850-е гг., которая в штыки приняла идею эволюции путем естественного отбора. Остается надеяться, что демократия и терпимость, восторжествовашие в политике большинства развитых стран, восторжествуют и в науке. Ответы на вопросы, возникающие в связи с идеей соматического отбора, только-только начинают появляться. Мы рады, что одними из первых призвали к обсуждению этих проблем.

Так сможем ли мы сознательно влиять на наше генетическое будущее?

 

Читать дальше

Рекламные ссылки

Sdr usb.