Читати книгу - "Сліпий годинникар"

Різний успіх конкурентних ДНК у справі вертикального передавання в архіви виду цілком і повністю пов’язаний із природним відбором. «Конкурентна ДНК» означає альтернативний зміст конкретних адрес у хромосомах виду. Одні гени є успішнішими за конкурентні у збереженні в архівах. Хоча вертикальне передавання архівами виду, врешті-решт, якраз і означає «успіх», критерієм успіху зазвичай є дія, яку гени справляють на організми за рахунок їх передавання вбік. Тут усе так само, як у комп’ютерній моделі з біоморфами. Наприклад, припустімо, що у тигрів існує конкретний ген, який за рахунок його впливу по горизонталі, у клітинах щелеп, змушує зуби бути трохи гострішими за ті, що виросли б під впливом конкурентного гена. Тигр із такими надгострими зубами може вбивати здобич ефективніше, ніж звичайний тигр, а отже, має більше потомство і, значить, передає (вертикально) більше копій гена, що робить зуби гострішими. Звісно, одночасно він передає і всі інші свої гени, але в середньому в організмах гострозубих тигрів опиниться лише конкретний «ген гострих зубів». З погляду його вертикального передавання сам ген виграє від середніх впливів, які він має на цілу низку організмів.

Ефективність ДНК як архівного середовища захоплює. За своєю здатністю зберігати повідомлення вона значно перевершує кам’яні скрижалі. Корови та горох (а по суті, й усі ми) мають майже ідентичний ген під назвою «ген гістона H4». Текст його ДНК складається з 306 знаків. Не можна сказати, що він має однакові адреси в усіх видів, бо не можна точно порівняти позначки адрес між видами. Але зрозуміло, що у корів є ділянка завдовжки 306 знаків, практично ідентична ділянці завдовжки 306 знаків у гороху. Корови і горох відрізняються один від одного лише двома знаками з цих 306. Ми не знаємо точно, як давно жив спільний предок корів і гороху, але скам’янілості свідчать про те, що це було десь від 1 до 2 тисяч мільйонів років тому. Хай буде 1,5 мільярда. За цей неймовірно довгий (для людей) час кожна з двох ліній, що розгалужувалися від цього далекого предка, зберегла незмінними 305 із 306 знаків (у середньому: цілком можливо, що одна лінія зберегла всі 306 із них, а друга — лише 304). Це при тому, що навіть літери, висічені на надгробках, стають нечитабельними за якісь сотні років.

У певному сенсі збереження документа ДНК «гістон H4» є ще приголомшливішим, бо, на відміну від кам’яних скрижалів, текст зберігається не однією й тією самою фізичною структурою. Він неодноразово копіюється й перекопійовується зі зміною поколінь на кшталт іудейських священних книг, які згідно з ритуалом переписувачі копіювали кожні 80 років, аби попередити їхнє зношування. Важко оцінити точно, скільки разів документ «гістон H4» було перекопійовано в лінії, що веде до корів від їхнього спільного з горохом предка, але, мабуть, цих копій було не менше 20 мільярдів. Також важко знайти мірило, щоб порівняти збереження понад 99 % інформації в процесі 20 мільярдів послідовних копіювань. Можна спробувати використати версію гри «Зіпсований телефон». Уявімо собі 20 мільярдів машиністок, що сидять у ряд. Цей ряд міг би оперезати Землю 500 разів. Перша машиністка друкує сторінку документа й передає її своїй сусідці. Та копіює її й передає копію наступній. Та передруковує її знову, передає копію далі… Урешті-решт повідомлення досягає кінця ряду, і ми читаємо його (чи, радше, це роблять наші 12 тисяч разів правнуки — якщо припустити, що всі машиністки працюють із типовою для доброї секретарки швидкістю). Наскільки точним було б у цьому разі відтворення вихідного повідомлення?

Щоб відповісти на це запитання, треба зробити певне припущення про точність роботи машиністок. Зайдімо з іншого боку. Наскільки точною має бути кожна машиністка, щоб зберегти відповідність ДНК? Відповідь є чи не надто абсурдною, щоб її озвучувати. Хай там як, але кожна машиністка мала би помилятися не частіше ніж приблизно один раз на трильйон знаків — тобто бути достатньо акуратною, щоб припускатися лише однієї-єдиної помилки під час передруку Біблії 250 тисяч разів поспіль. Гарна секретарка в реальному житті помиляється з частотою приблизно один раз на сторінку. Це десь у півмільярда разів більше за частоту помилок гена гістона H4. У реальному житті ряд секретарок уже на двадцятій із 20 мільярдів копій залишив би від тексту тільки 99 % його первинних літер. На десятитисячній з ряду від первинного тексту залишилося б менше 1 %. І ця точка майже повної деградації була б досягнута ще до того, як 99,9995 % машиністок узагалі б його побачили.

Усе це порівняння трохи оманливе, але в цікавому й показовому сенсі. Я створив враження, що ми вимірюємо лише помилки під час копіювання. Але документ гістона H4 не просто копіювався, а ще й зазнавав природного відбору. Гістон є надзвичайно важливим для виживання. Він використовується в побудові структури хромосом. Можливо, помилок під час копіювання гена гістона H4 було значно більше, але мутантні організми не виживали чи принаймні не розмножувалися. Щоб зробити це порівняння наочнішим, треба припустити, що в кожен стілець вбудовано пістолет, під’єднаний так, що у разі помилки машиністка буде одразу ж застрелена, а її місце займе резервна (надто чутливі читачі можуть уявити собі катапульту, що м’яко викидає неакуратну машиністку з ряду, але пістолет створює реалістичнішу картину природного відбору).

Отже, цей метод вимірювання збереження ДНК з огляду на кількість змін, що насправді відбулися за якийсь геологічний час, поєднує точність копіювання як таку з фільтраційними ефектами природного відбору. Ми бачимо лише нащадків успішних змін ДНК. Тих же, що призвели до смерті, з нами явно немає. А чи можна виміряти реальну точність копіювання до того, як природний відбір візьметься за роботу над кожним новим поколінням генів? Так, вона є зворотною стороною того, що відоме як частота мутацій, і її можна виміряти. Імовірність неправильного копіювання будь-якої конкретної літери за будь-якого випадку копіювання виявляється трохи більшою, ніж один на мільярд. Відмінність між цим, частотою мутацій і нижньою частотою, з якою зміна насправді вноситься в ген гістона під час еволюції, є мірилом ефективності збереження природним відбором цього давнього документа.

Збереження гена гістона впродовж віків за генетичними мірками є винятковим. Інші гени змінюються з вищою частотою переважно тому, що природний відбір більш толерантний до їхньої мінливості. Наприклад, гени кодування білка, відомі як фібринопептиди, в процесі еволюції змінюються з частотою, що наближається до базової частоти мутацій. Можливо, це означає, що помилки в деталях цих білків (вони виробляються під час згортання крові) не мають великого значення для організму. Частота зміни генів гемоглобіну є проміжною між частотами мутацій гістонів і фібринопептидів. Можливо, й толерантність природного відбору до їхніх помилок є проміжною. Гемоглобін виконує в крові важливу роботу, і його властивості справді мають значення, але декілька альтернативних його варіантів, схоже, здатні виконувати цю роботу не гірше.

Тут ми маємо щось схоже на невеличкий парадокс, але тільки допоки не придивимось уважніше. Молекули, що еволюціонують найповільніше, на кшталт гістонів, як виявляється, найбільше піддаються природному відбору. Молекули фібринопептидів еволюціонують найшвидше, бо природний відбір майже повністю їх ігнорує. Вони вільні еволюціонувати з частотою мутацій. На парадокс це схоже тому, що ми приділяємо надто велику увагу природному відбору як рушійній силі еволюції. Із цього випливає, що, якби природного відбору не існувало, можна було б очікувати, що не відбувалася б і еволюція. І навпаки,