Расширенный Фенотип: длинная рука гена - Ричард Докинз

А пока мы ждем новых свидетельств «за» и «против» гипотез вроде той, что выдвинул Кэвальер-Смит, давайте отметим в контексте теперешнего разговора, что эти гипотезы скроены по традиционному шаблону: они основываются на идее, что ДНК, как и любой другой аспект организма, отбирается, потому что приносит организму какую-то пользу. Гипотеза об эгоистичной ДНК отталкивается от противоположной посылки: фенотипические признаки существуют, поскольку они помогают ДНК реплицироваться, и если ДНК удается найти более быстрые и легкие способы репликации — возможно, обходясь при этом без обычных фенотипических проявлений, — то, значит, она будет отбираться по этому свойству. Эгоистичная ДНК — теория в некотором смысле революционная, раз уж сам редактор Nature (1980, том 285, с.604) позволил себе охарактеризовать ее как «слегка шокирующую». Но стоит нам как следует усвоить аксиому, что это организм инструмент для ДНК, а не наоборот, и мысль об «эгоистичной ДНК» станет неизбежной, даже очевидной.

Живая клетка (а особенно клеточное ядро у эукариот) битком набита активно работающей аппаратурой для репликации и рекомбинации нуклеиновых кислот. ДНК-полимераза с готовностью катализирует удвоение любой ДНК, не обращая внимания на то, закодировано там что-нибудь значимое или нет. «Вырезание» одних кусочков ДНК и «сшивание» других тоже входит в обычный рабочий арсенал клеточного аппарата — это происходит каждый раз во время кроссинговера или других рекомбинационных событий. Тот факт, что инверсии и прочие хромосомные перестройки не бог весть какая редкость, тоже свидетельствует о том, с какой легкостью куски ДНК могут вырезаться из одних участков генома и встраиваться в другие. Способность удваиваться и «сшиваться» — это, возможно, самые заметные свойства ДНК в ее естественном окружении (Richmond, 1979), то есть в клетке.

Учитывая возможности, предоставляемые таким окружением, учитывая наличие клеточных заводов по производству и сшиванию кусков ДНК, только и остается ждать того, что естественный отбор будет благоприятствовать тем разновидностям ДНК, которые сумеют использовать эти условия ради своей собственной выгоды. Под выгодой в данном случае понимается просто многократная репликация в зародышевой линии. Любой вариант молекулы ДНК, свойства которого позволяют ему без труда реплицироваться, автоматически будет становиться все более распространенным.

Что же это могут быть за свойства? Парадоксально, но лучше всего нам известны непрямые, искусные и замысловатые способы, с помощью которых молекулы ДНК обеспечивают свое будущее. Это фенотипические эффекты, производимые на организмы путем непосредственного контроля над синтезом белков и, как следствие, путем более отдаленных воздействий на формирование строения, физиологии и поведения в ходе эмбрионального развития. Но существуют также и гораздо более прямые и простые пути для распространения одних вариантов ДНК за счет соперничающих с ними других. Становится все очевиднее, что в клетке, помимо больших, упорядоченных хромосом с их строго регламентированным гавотом, находит приют разношерстный сброд из фрагментов ДНК и РНК, тунеядствующих в благодатной среде, формируемой клеточным аппаратом.

Эти реплицирующиеся попутчики известны под разными именами, в зависимости от своего размера и свойств: плазмиды[75], эписомы, инсерционные последовательности, плазмоны, вироиды, транспозоны, репликоны, вирусы. Вопрос, кем их считать, бунтовщиками, отбросившими условности хромосомного гавота, или вторгшимися извне паразитами, представляется все менее и менее значимым. В качестве аналогии давайте возьмем пруд или лес, который вполне можно рассматривать как сообщество, обладающее определенной структурой и даже определенной стабильностью. Но эти структура и стабильность поддерживаются вопреки непрерывному круговороту участников. Отдельные особи приходят и уходят, рождаются и умирают. Налицо текучесть: одни компоненты встраиваются, а другие выпадают, так что бессмысленно пытаться различить «настоящих» членов сообщества и пришлых чужаков. То же самое и с геномом. Не статичная структура, а динамичное сообщество. «Скачущие гены» то и дело вселяются и выселяются (Cohen, 1976).

В связи с тем, что в природе количество потенциальных хозяев для трансформирующей ДНК и для таких плазмид, как RP4, настолько велико, кажется, что уж по крайней мере у грамотрицательных бактерий все популяции точно могут быть связаны друг с другом. Известно, что бактериальная ДНК способна экспрессироваться в самых различных хозяевах… Рассматривать бактериальную эволюцию в виде простого генеалогического древа может оказаться в самом деле бессмысленно; не исключено, что более подходящей метафорой будет сеть из сходящихся и расходящихся ветвей (Broda, 1979, p.140).

Некоторые авторы полагают, что эта сеть распространяется не только на бактериальную эволюцию (например, Margulis, 1976).

Имеются существенные доказательства в пользу того, что, эволюционируя, организмы не ограничиваются генами, принадлежащими к генофонду их вида. Кажется гораздо более правдоподобным, что в эволюционном масштабе времени у всех организмов имеется доступ ко всему генофонду биосферы, что самые резкие скачки эволюции и ее явная прерывистость на самом деле результаты крайне редких событий, связанных с присоединением, частичным или полным, чужеродного генома. Таким образом, организмы и геномы могут рассматриваться в качестве компартментов биосферы, сквозь которые с различной частотой циркулируют все гены вообще и в которые отдельные гены и опероны могут встраиваться, если это достаточно выгодно… (Jeon & Danielli, 1971).

На мысль, что эукариоты, в том числе и мы с вами, могут не быть изолированы от этого гипотетического генооборота, наводят и быстрорастущие успехи методов «генной инженерии» или генного манипулирования. В Великобритании юридическое определение генных манипуляций следующее: «Создание новых комбинаций наследственного материала путем включения молекул нуклеиновых кислот, произведенных каким угодно способом вне клетки, в любой вирус, бактериальную плазмиду или другую векторную систему, способствующую их встраиванию в организм реципиента, природе которого они не свойственны, но который может служить для их нескончаемого распространения» (Old & Primrose, 1980, p.1). Но, конечно же, наши генные инженеры новички в этой игре. Они только учатся перенимать опыт у генных инженеров природы: вирусов и плазмид, отбиравшихся по способности зарабатывать этим ремеслом себе на жизнь.

Если смотреть на крупномасштабной шкале времени, то, возможно, самым грандиозным достижением естественной генной инженерии является комплекс манипуляций, связанных с половым размножением эукариот: мейоз, кроссинговер и оплодотворение. Двое наших крупнейших эволюционистов потерпели поражение при попытке объяснить удовлетворительно для самих себя, какие преимущества дает индивидуальному организму эта экстравагантная процедура (Williams, 1975; Maynard Smith, 1978а). Как отмечают и Уильямс (Williams, 1979), и Мэйнард Смит (Maynard Smith, 1978а, р.113), возможно, это одна из тех областей, в которых, как нигде, необходимо переключить внимание с отдельных особей на истинные репликаторы. Может быть, решая парадокс связанных с мейозом затрат, мы, вместо того чтобы ломать себе голову, каким образом явление пола помогает организму, должны заняться поиском реплицирующихся «инженеров мейоза» — внутриклеточных агентов, благодаря которым, собственно, мейоз и происходит. Репродуктивный успех этих гипотетических инженеров, фрагментов нуклеиновых кислот, могущих располагаться как в хромосомах, так и вне их, должен оказываться побочным результатом осуществления мейоза организмом. Рекомбинация у бактерий происходит благодаря особому фрагменту ДНК или «F-фактору», который в старых учебниках рассматривается как часть приспособительного аппарата самой бактерии, но больше смахивает на реплицирующегося генного инженера, действующего в своих собственных интересах. Считается, что центриоли у животных — это самореплицирующиеся единицы, обладающие, как и митохондрии[76], собственной ДНК, однако в отличие от митохондрий зачастую одинаково передающиеся как по мужской, так и по женской линии. И пусть в настоящий момент картина упирающихся и брыкающихся хромосом, растаскиваемых во второй анафазе[77] мейоза безжалостными эгоистичными центриолями, выглядит разве что как шутка, и не такие нелепые в прошлом идеи стали теперь общим местом. В конце концов, ортодоксальным теориям парадокс затрат на мейоз до сих пор оказывался не по зубам.

Оргел и Крик говорят примерно то же самое про не столь загадочный парадокс изменчивого значения с и про теорию эгоистичной ДНК, его объясняющую: «С первого же взгляда основные факты кажутся такими странными, что, вероятно, понять их можно только с какой-то нетрадиционной точки зрения» (Orgel & Crick, 1980). Комбинируя факты и фантазию, я попытался установить такие подмостки, на которые эгоистичная ДНК могла бы выйти почти незаметно, нарисовать такие декорации, в которых ее появление не только не резало бы глаз, но было бы практически неизбежным. ДНК, не транслируемая в белок, чьи кодоны, будь она транслирована, складывались бы в бессмысленную тарабарщину, может, тем не менее, различаться по своей способности реплицироваться, сшиваться, а также сопротивляться распознаванию и удалению отладочными механизмами клетки. А значит, «внутригеномный отбор» может приводить к увеличению количества определенных типов бессмысленной, или нетранскрибируемой, ДНК, засоряющей и загромождающей хромосомы. Транслируемая ДНК тоже может быть предметом для такого отбора, хотя не исключено, что в ее случае эти внутригеномные влияния будут перекрываться более мощным селективным давлением, как положительным, так и отрицательным, возникающим вследствие обычных фенотипических эффектов.