четверг, 5 января 2012 г.

Александр Марков — Рождение Сложности

Книга Александра Маркова — «Рождение Сложности». Рассказывает о современных представлениях эволюционной биологии. Делает это интересно, увлекательно, и позновательно. Книга написана так, что по уровню подготовки достаточно школьных знаний. И даже если есть пробелы, то это все равно не фатально.

Состояние эволюционной биологии таково, что в последние годы-десятилетия многое изменилось. И изменилось настолько, что буквально приходится переписывать учебники. Как изменилось и что из этого следует — описано в книге.

Здесь приведу несколько фактов, которые для меня оказались особенными.

Преджизнь

Информация о преджизни за последние годы существенно дополнилась и изменилась. Раньше достаточно часто встречал мнение о том, что до первой клетки очень мало чего известно и утверждать что-то достаточно сложно. В пример приводились опыты с попытками создать «первичный бульон» в надежде получить простейшие организмы, а также аргументы такого вида, что сложное одноклеточное не может быть собрано просто так из мусора.

Нынешние же представления этого периода преджизни сейчас существенно дополнены и детализированы. Когда изначально в результате соревнования химических реакций остаются только те, которые имеют наибольшую скорость, используют большее число ресурсов, образуют замкнутые циклы и др.. Когда шаги образования первых простейших (и разных простейших) происходят постепенно и эволюционно (такая эволюция преджизни), и вся цепочка данного этапа представляется в виде последовательных шагов-звеньев.

Поиск жизни в космосе

После прочтения книги сформировалось совершенно другое понимание о поиске жизни, которую сейчас ведут в космосе (в самой книге по этой теме ничего не сказано). На обывательском уровне не понятно, почему именно так идет поиск. Почему ищется вода, почему ищутся различные активные среды, что конкретно хотят найти там, где нет воды, а есть что-то другое, …

Совершенно не удивлюсь, если на других планетах и системах будут обнаруживаться различные формы преджизни. То есть, можно (и вполне вероятно) застать множество миров-планет, где имеется жизнь в виде простейших или допростейших формах. Особенность в том, что жизнь, развиваясь на нашей планете, прошла множество ключевых шагов и пережила ряд катаклизмов. А в других условиях может оказаться так, что катаклизмы были более жестокими, а какой-то из ключевых шагов оказался непреодолимым или на его преодоление не хватило времени-ресурсов, так как климатические, химические, физиологические условия везде могут быть совершенно разными. И от этого первоначального набора многое зависит.

Симбиоз — магистральный путь эволюции

Практически на всех уровнях эволюционирующих систем можно наблюдать данное свойство. В природе все живое находится в симбиозе, за очень редкими исключениями. Достаточно сложно создать универсальное существо, которое будет эффективнее любых других. Поэтому жизнь представлена в виде живых сообществ, в которых имеется множество взаимодействующих организмов. Эти организмы объединяются в цепочки, замыкающие циклы (так как один организм не замыкает цикл). Более специализированные существа занимают отдельные ниши. Отдельные типы существ работают сообща (например даже вирусы могут действовать в команде, в которой одни проникают через барьер, а вторые более эффективно заражают).

Осторожно в книге проводится проекция-аналогия на другие системы. То есть, подобными свойствами обладает культурная и социальная эволюция. От себя я бы дополнил эволюцию мемов и техноэволюцию.

Человек как симбиоз большого числа существ

Само понятие того, что человек является симбиозом большого числа существ. Они помогают нам переваривать пищу, усваивать кислород, защищаться от инфекций и мн. др.. При этом сами клетки нашего организма эволюционно являются результатом симбиоза различного типа существ.

ГМО

В пост-СНГ-шном обществе часто наблюдаю картину истерии по поводу ГМО. Есть объяснения и на народном языке, но вот после прочтения книги многие биологические процессы становятся более понятными, а позиция противников ГМО — ещё более средневековой.

Марков по-своему объясняет это явление. Но оно в любом случае есть и имеет существенные масштабы.

Кроме процессов ГМО в инструментах биологов и технологов числятся и другие способы. Например использование вирусов, как в истории с термостойкой травой — замечательный пример симбиоза вируса и растения. Когда растение, заражённое вирусом, становится устойчивым к повышенным температурам. К ГМО не имеет отношения, но по сути явление того же порядка.

Приобретение новых свойств в результате эволюции

С течением времени в результате эволюции становятся более значимыми следующие факторы: устойчивость (выживают более устойчивые и приспособленные), безотходность (выживают те формы, которые живут независимо и с минимумом потерь), усложнение (выживают более специализированные особи, находящиеся в симбиозе).

Виды, которые не выдерживают конкуренции — исчезают. Естественный процесс. И сейчас мы наблюдаем те виды, которые выжили. Они более устойчивы эволюционно, эффективнее сражаются с инфекциями, живут дольше (как особи, так и популяции), используют меньшее число разнообразных ресурсов (потребители нефти скоро вымрут), оставляют меньшее число отходов (Recycling), более сложны и разнообразны (эффективна специализация).

Контроль скорости мутаций

Долгое время считалось, что мутации — случайный внешний фактор и процесс в биологических организмах. И сейчас в учебниках это можно встретить в виде неприложного факта. Однако, живые существа в состоянии влиять на данный процесс. Как минимум регулировать количество допускаемых ошибок и качество репарации ДНК (восстановления измененных участков). Например в случае изменения условий обитания в худшую сторону популяция вирусов/бактерий может резко повысить вероятность мутаций, в надежде, что из получившихся мутантов получится кто-то, кто будет способен выжить в новых условиях.

Другим примером является иммунная система у животных и её аналоги среди микробов. Когда сборка антител происходит комбинаторно, а из получившихся вариантов выбираются те, кто способны бороться с болезнью и такие варианты размножаются и запоминаются. Но подобным оружием могут пользоваться и некоторые инфекции — изменяя свой геном или внешнюю оболочку во время своей жизни.

Следующим примером является факт того, что клетка в состоянии с помощью метилирования помечать отдельные позиции в ДНК, тем самым повышая вероятность мутации. То есть, отдельные участки генома, которые мутировать более безопасно, более оптимально, система может пометить и тем самым направить изменчивость в нужную сторону.

И очевидным примером является факт выбора брачного партнера. Когда в отдельных видах предпочитают партнера например с большей разностью по геному, со средней разностью, или с минимальной разностью, приводя к инбридингу.

Геном — не исходный и постоянный код

Геном — это не жесткая программа развития организма. Это скорее набор базовых программ для стройки. А как пройдет стройка — уже определяется не только внутренними факторами. Организм в процессе построения постоянно приспосабливается под окружающую среду. Поэтому если мы имеем близнецов, то в разных условиях они могут развиться очень по-разному. И чем раньше условия будут более разными, тем более существенны будут отличия.

Направленность эволюции

Эволюция очень зависит от условий, в которых она проходит. Да, появление мутаций случайны, но чем более высокоорганизована система, тем меньшее число степеней свободы имеет популяция в своем развитии. То есть, если рассмотреть очень похожие условия обитания двух одинаковых генетически изолированных популяций, то у них конечно имеется множество путей развития. Но одни из них более вероятны, а другие менее. И чем более высокоорганизованные существа в популяции, тем у них меньше свободы маневра. И в одной и той же среде они скорее всего пойдут по очень похожему пути, отличаясь только в деталях.