Читати книгу - "Сліпий годинникар"

інформація може, бо тут ми знаходимо різні ступені подібності, а не загальну ідентичність. Згадайте, що продуктом механізму трансляції генів є білкові молекули. Кожна білкова молекула є реченням, ланцюжком амінокислотних слів зі словника. Ці речення можна читати або в перекладі мовою білків, або в їхній первинній формі ДНК. Хоча всі живі істоти мають однаковий словник, не всі вони утворюють однакові речення за допомогою свого спільного словника. Це дає нам можливість працювати з різними ступенями спорідненості. Білкові речення, хоча й різні в деталях, часто є аналогічними в загальній схемі. Для будь-якої пари організмів завжди можна знайти речення, що є достатньо аналогічними, аби бути очевидно лиш трохи «викривленими» версіями одного й того самого предкового речення. Ми вже спостерігали це на прикладі незначних відмінностей між послідовностями гістонів у корів і гороху.

Таксономісти тепер можуть порівнювати молекулярні речення так само, як вони могли б порівняти між собою черепні коробки чи кістки ніг. Можна припустити, що дуже подібні між собою білкові чи ДНК-речення належать близьким родичам, тоді як більш різні — більш далеким. Усі ці речення побудовані на основі універсального словника, що складається лише з 64 слів. Краса сучасної молекулярної біології в тому, що можна точно виміряти відмінність між двома тваринами — як точну кількість слів, що відрізняє їхні версії конкретного речення. З погляду генетичного гіперпростору розділу 3 можна точно виміряти, скільки кроків відділяють одну тварину від іншої, хоча б відносно конкретної білкової молекули.

Додаткова перевага використання в таксономії молекулярних послідовностей полягає в тому, що, згідно з постулатами однієї впливової школи генетиків — «нейтралістів» (ми знову зустрінемося з ними в наступному розділі), більшість еволюційних змін, які відбуваються на молекулярному рівні, є нейтральними. Це означає, що вони є не наслідком природного відбору, а практично випадковими, а тому, крім випадків випадкових невдач, проблема конвергенції не збиватиме таксономістів з пантелику. Крім того, як ми вже бачили, будь-який тип молекул, схоже, еволюціонує з приблизно постійною швидкістю у дуже різних груп тварин. Це означає, що кількість відмінностей між порівнюваними молекулами двох тварин, скажімо між цитохромами людини й бородавочника, є добрим мірилом часу, що минув з доби існування їхнього спільного предка. Ми маємо доволі точний «молекулярний годинник». Цей «годинник» дає нам змогу оцінити не лише які пари тварин мають найближчих спільних предків, а й коли приблизно ті спільні предки жили.

Тут читача може спантеличити позірна непослідовність. Уся ця книжка наголошує на надзвичайній важливості природного відбору. То як же можна тепер робити акцент на випадковості еволюційних змін на молекулярному рівні? У розділі 11 ми побачимо, що насправді щодо еволюції адаптацій, яка є основним предметом розгляду цієї книжки, немає жодних суперечок. Навіть найзапекліший нейтраліст не вважає, що складні робочі органи на кшталт очей і рук еволюціонували шляхом випадкового дрейфу. Кожен біолог при здоровому глузді погодиться, що вони можуть еволюціонувати лише шляхом природного відбору. Нейтралісти лише вважають (на мою думку, справедливо), що такі адаптації є верхівкою айсберга: більшість еволюційних змін, якщо розглядати їх на молекулярному рівні, можливо, нефункціональні.

Якщо тільки існування «молекулярного годинника» є фактом (а схоже на правду, що всі типи молекул змінюються, кожен приблизно зі своєю власною характерною швидкістю на мільйон років), його можна використовувати для датування точок розгалуження еволюційного дерева. І якщо дійсно правда, що більшість еволюційних змін на молекулярному рівні є нейтральними, це чудовий подарунок для таксономістів. Це означає, що проблему конвергенції можна відкинути, озброївшись статистикою. Кожна тварина є носієм великих обсягів записаної в її клітинах генетичної інформації, більша частина якої, згідно з нейтралістською теорією, не має нічого спільного з пристосуванням до конкретного способу життя і яка є текстом, що здебільшого не зачіпається відбором і, як правило, не зазнає конвергентної еволюції, крім як унаслідок випадкових збігів. Шанси на те, що дві великі частини нейтральної для відбору інформації можуть випадково нагадувати одна одну, можна розрахувати, і вони є справді дуже низькими. Ще краще те, що постійна швидкість молекулярної еволюції дає нам можливість датувати точки розгалуження еволюційної історії.

Додаткові можливості, якими нові техніки прочитання молекулярної послідовності збагатили арсенал таксономістів, важко переоцінити. Звісно, поки що розшифровані не всі молекулярні речення й не в усіх тварин, але вже можна піти до бібліотеки й переглянути точну — слово до слова й літера до літери — фразеологію, скажімо, речень α-гемоглобіну собаки, кенгуру, єхидни, курки, гадюки, тритона, коропа та людини. Не всі тварини мають гемоглобін, але є інші білки, наприклад гістони, та чи інша версія яких існує в кожній тварині та рослині, і, знову ж таки, багато з них уже можна знайти в бібліотеці. І це не якісь там розпливчасті виміри на кшталт довжини ніг чи об’єму черепа, що можуть залежати від віку, стану здоров’я зразка чи навіть гостроти зору вимірювача. Це чітко виписані однією мовою альтернативні версії одного речення, які можна покласти поруч і порівняти між собою так само детально й точно, як якийсь прискіп­ливий фахівець із давньогрецької міг би порівнювати два пергаменти з текстом одного й того самого Євангелія. Послідовності ДНК є документальними євангеліями всього життя, і ми навчились їх розшифровувати.

Базове припущення таксономістів полягає в тому, що близькі родичі матимуть більш подібні версії конкретного молекулярного речення, ніж віддалені. Це називається «принцип парсимонії». Парсимонія — інша назва економічної ощадливості, або скнарості. За наявності набору тварин, речення яких відомі (скажімо, восьми тварин, перелічених у попередньому абзаці), нашим завданням буде виявити, яка з усіх можливих деревоподібних діаграм, що з’єднують ці вісім тварин, є найощадливішою. Найощадливішим деревом вважається «економічно найскнаріше» стосовно припущень у тому сенсі, що воно передбачає мінімальну кількість змін слів у процесі еволюції та мінімальний обсяг конвергенції. Нам дозволено передбачити мінімальний обсяг конвергенції на підставі чистої неймовірності. Адже малоймовірно, особ­ливо якщо більша частина молекулярної еволюції є нейтральною, що дві неспоріднені тварини зійдуться на одній і тій самій послідовності, слово в слово й літера в літеру.

За спроби розглянути всі можливі дерева виникають труднощі з обчисленням. Якщо треба класифікувати лише трьох тварин, то кількість можливих дерев дорівнює трьом: А, з’єднане з B в обхід C; А з C в обхід B; B з C в обхід А. Якщо ж треба класифікувати більшу кількість тварин, можна виконати такі самі розрахунки, але кількість можливих дерев різко зросте. Якщо треба розглянути лише чотирьох тварин, то загальна кількість можливих дерев спорідненості є все ще контрольованою й дорівнює лише 15. Комп’ютеру не знадобиться багато часу, щоб обчислити, яке з цих 15 є найощадливішим. Але якщо треба розглянути вже 20 тварин, то, за моїми підрахунками, кількість можливих дерев дорівнює 8 200 794 532 637 891 559 375 (див. рис. 9). Було розраховано, що найшвидшому з сучасних комп’ютерів, аби виявити найощадливіше дерево всього з 20 тварин, знадобилося б 10 000 мільйонів років, що приблизно дорівнює вікові Всесвіту. А таксономісти часто прагнуть побудувати дерева з понад 20 тварин.

 

Рис. 9. Це генеалогічне дерево є правильним. Існує 8 200 794 532 637 891 559 374 інші способи класифікації цих 20 організмів, і всі вони є неправильними.