Читати книгу - "Сліпий годинникар"

Люди мають на різних хромосомах вісім окремих генів, які звуться глобіновими і, серед іншого, використовуються для створення гемоглобіну. Здається очевидним, що всі вісім були скопійовані, врешті-решт, з єдиного предкового глобінового гена. Приблизно 1100 мільйонів років тому цей предковий глобіновий ген зазнав дуплікації, утворивши два гени. Датувати цю подію дають змогу незалежні докази щодо швидкості, з якою зазвичай еволюціонують глобіни (див. розділи 5 і 11). З двох генів, породжених цією первинною дуплікацією, один став предком усіх генів, що створюють гемоглобін у хребетних. Другий став предком усіх генів, що створюють міоглобіни — споріднену родину білків, що працюють у м’язах. Різноманітні подальші дуплікації породили так звані альфа-, бета-, гама-, дельта-, епсилон- і зета-глобіни. Цікаво, що можна побудувати повне генеалогічне дерево усіх глобінових генів і навіть проставити дати всіх точок дивергенції (дельта- й бета-глобін, наприклад, розійшлися приблизно 40 мільйонів років тому; епсилон- і гама-глобіни — 100 мільйонів років тому). І всі ці вісім глобінів, породжені давніми розгалуженнями в наших далеких пращурів, усе ще присутні всередині кожного з нас. Вони розійшлися по різних частинах предкових хромосом, і кожен з нас успадкував їх у різних хромосомах. Сьогодні ці молекули ділять одне тіло зі своїми далекими молекулярними родичами. Безумовно, така дуплікація значною мірою відбувалася в усіх хромосомах і впродовж усього геологічного часу. Це є важливим аспектом, у якому реальне життя є складнішим за біоморфи з розділу 3. Усі вони мали лише дев’ять генів. Вони еволюціонували шляхом змін цих дев’яти генів і ніколи шляхом збільшення числа генів до десяти. Навіть у реальних тварин така дуплікація є достатньо рідкісною, аби не заперечувати мого загального твердження, що всі представники виду мають однакову систему «адресації» ДНК.

Дуплікація всередині виду є не єдиним способом, яким число генів, що співпрацюють, збільшилося в процесі еволюції. Ще більш рідкісною, але все ж можливою й дуже важливою подією є випадкове вбудовування гена іншого виду, навіть надзвичайно далекого. Наприклад, гемоглобіни можна виявити в корінні рослин родини бобових. Вони не трап­ляються в жодних інших родинах рослин, і здається майже безумовним, що до родини бобових вони потрапили шляхом перехресного занесення від тварин, посередниками чого могли виступити віруси.

У цьому ключі особливо важливою подією (згідно з дедалі популярнішою теорією американського біолога Лінн Марґуліс) стала поява так званих еукаріотичних клітин. До еукаріотичних належать усі клітини, крім бактеріальних. У своїй основі живий світ поділяється на бактерії та все інше. Ми з вами є частиною цього «іншого» і всі разом називаємось еукаріотами. Ми відрізняємося від бактерій переважно тим, що всередині наших клітин є дискретні маленькі мініклітини. Вони містять у собі ядро, де мешкають хромосоми, крихітні об’єкти у формі бомбочок під назвою «мітохондрії» (з якими ми побіжно зустрічалися на рисунку 1), повні вигадливо складених мембран, а також, в (еукаріотичних) клітинах рослин, хлоропласти. Мітохондрії та хлоропласти мають свою власну ДНК, яка реплікується та поширюється абсолютно незалежно від основної ДНК у хромосомах ядра. Усі мітохондрії у вашому організмі походять від невеличкої популяції мітохондрій, переданої від вашої матері в її яйцеклітині. Сперматозоїди є надто маленькими, щоб містити мітохондрії, тож останні передаються виключно по жіночій лінії, тоді як чоловічі тіла для розмноження мітохондрій не придатні. До речі, це означає, що мітохондрії можна використовувати для відстежування наших пращурів суто по жіночій лінії.

Теорія Лінн Марґуліс полягає в тому, що всі мітохондрії, хлоропласти, а також декілька інших утворень усередині клітин походять від бактерій. Еукаріотична клітина була сформована, можливо, 2 мільярди років тому, коли декілька типів бактерій об’єднали зусилля заради переваг, які кожна з них могла отримати від інших. За багато еонів вони настільки щільно інтегрувались у взаємопов’язану одиницю, що стали еукаріотичною клітиною, де вже майже неможливо виявити той факт (якщо це справді факт), що колись вони були окремими бактеріями.

Схоже, що одразу після «винайдення» еукаріотичної клітини стала можливою ціла низка нових задумів. На наш погляд, найцікавіше, що клітини могли б виробляти великі тіла, які складалися б із багатьох мільярдів клітин. Усі клітини розмножуються шляхом поділу навпіл, причому обидві половини отримують повний набір генів. Як ми вже бачили у випадку бактерій на шпильковій голівці, послідовні поділи навпіл здатні породити дуже велику кількість клітин за доволі короткий час. Усе починається з однієї, яка ділиться надвоє. Потім кожна з двох нових клітин ділиться знову, утворюючи вже чотири. Кожна з чотирьох також ділиться, утворюючи вісім. Кількість клітин зростає шляхом послідовних подвоєнь: з 8 до 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192. Усього лише після 20 подвоєнь, що не вимагають надто багато часу, ми виходимо на мільйони клітин. Лише після 40 подвоєнь кількість клітин перевалює за трильйон. У випадку бактерій величезна кількість клітин, утворених шляхом послідовних подвоєнь, розходиться в різні боки. Те саме справедливо для багатьох еукаріотичних клітин, наприклад найпростіших, таких як амеби. Головний крок в еволюції був зроблений, коли клітини, утворені шляхом послідовних поділів, склеїлися разом, а не розійшлися нарізно. Після цього могла вже виникнути структура вищого порядку — точнісінько так, як це сталося, хоч і у незрівнянно меншому масштабі, під час двостороннього розгалуження комп’ютерних біоморфів.

Відтоді вперше став можливим великий розмір тіла. Людське тіло є по-справжньому колосальною популяцією клітин, які походять від єдиного предка — заплідненої яйцеклітини, а тому всі є кузенами, дітьми, онуками, дядьками тощо інших клітин тіла. 10 трильйонів клітин, з яких складається кожен із нас, є продуктом кількох десятків поколінь клітинного подвоєння. Ці клітини поділяються приблизно на 210 (за смаком) різних типів, створених однаковим набором генів, але за «ввімкнення» різних представників цього набору в різних типах клітин. Як ми вже бачили, саме тому клітини печінки відрізняються від клітин мозку, а кісткові від м’язових.

Впливаючи на органи та схеми поведінки багатоклітинних організмів, гени здатні опанувати методи забезпечення свого відтворення, які не доступні окремим клітинам, що працюють самі по собі. Багатоклітинні організми дають генам можливість управляти світом, використовуючи інструменти, створені в масштабі, що на порядки перевищує масштаб окремих клітин. Вони досягають такого великомасштабного опосередкованого управління шляхом своїх більш безпосередніх впливів у мініатюрному масштабі клітин. Наприклад, вони змінюють форму клітинної мембрани. Після цього клітини взаємодіють одна з одною у величезних популяціях, породжуючи великомасштабні групові ефекти на кшталт руки, ноги чи (більш опосередковано) бобрової греб­лі. Більшість властивостей організму, які ми здатні побачити неозброєним оком, є так званими «непередбаченими властивостями». Навіть комп’ютерні біоморфи з їхніми дев’ятьма генами мали непередбачені властивості. У реальних тварин вони породжуються на рівні всього тіла взаємодіями між клітинами. Організм працює як єдине ціле, а тому можна говорити, що його гени впливають на весь організм, навіть попри те, що кожна копія будь-якого гена виявляє свої безпосередні впливи лише всередині своєї власної клітини.

Ми вже бачили, що дуже важливою частиною умов навколишнього середовища гена є інші гени, з якими він імовірно зустрінеться в послідовності тіл із плином поколінь. Ці гени перетасовуються й комбінуються в межах виду. По суті, вид зі статевим розмноженням можна вважати пристроєм, що переставляє дискретний набір звиклих один до одного генів у різних комбінаціях. Згідно з такою думкою, види безперервно перетасовують