Дарвінівська еволюція - блискуча і красива наукова теорія. Колись це було сміливе припущення.
Сьогодні вона визначає наш базовий світогляд. Прийняття теорії як усталеної істини, що не підлягає обговоренню. Те ж саме, що земля кругла, небо блакитне або тяжіння прискорює маси. Відтак ви виступаєте в ролі ортодоксального прихильника наукових поглядів. Що, своєю чергою, означає проходження першого кроку до справжнього інтелектуального життя.
Але якщо Дарвін помилявся?
Як і багато інших, я виріс на теорії Дарвіна і завжди вірив в її істинність. Протягом багатьох років я чув сумніви від добре поінформованих, іноді блискучих людей, але був по вуха зайнятий власним садом; мені було легше дозволити біології подбати про себе. Але в останні роки книжки та наукові дискусії назавжди закрили той шлях.
Сумно. Щоправда, релігія не перемогла. Це поразка людської винахідливості. Однією прекрасною ідеєю в нашому світі стало менше. Ще одна надзвичайно складна і важлива проблема повернулася до списку невирішених справ людства.
Кожен з нас має примиритися з фактами та не намагатися зробити життя на Землі більш простим, ніж воно є насправді.
Чарльз Дарвін пояснював монументальні зміни, зробивши одне припущення: всі форми життя походять від спільного предка. Додавши два прості процеси, зрозумілі кожному - випадкові, спадкові зміни та природний відбір.
З таких простих інгредієнтів, які, за задумом, повинні були діяти наосліп протягом сотень мільйонів років, він створив закономірності, які виглядають як навмисне розгортання грандіозного плану, розробленого і здійсненого надлюдським генієм. Інакше кажучи, він переписав біблію.
Але чи могла природа дійсно витягнути зі свого капелюха виникнення життя, все більш досконалі форми й, зрештою, унікальний в космосі (наскільки нам відомо) людський розум, не маючи жодної стратегії, окрім спроб і помилок?
Бездумне накопичення дрібних змін? Приголомшлива ідея. Проте блискуча і прекрасна теорія Дарвіна пояснює, як це могло статися.
Її краса важлива. Краса часто позначає істини. Краса - це наш провідник до інтелектуального всесвіту, що йде поруч із нами через незвідану пустелю, вказуючи правильний напрямок, тримаючи нас на правильному шляху. Більшу частину часу.
Руйнування світогляду
Не існує підстав сумніватися, що Дарвін успішно пояснює невеликі зміни, за допомогою яких організм пристосовується до місцевих умов: зміни густоти хутра, стилю крил або форми дзьоба. Проте є багато причин сумніватися, що його теорія відповідає на складніші питання і пояснює загальну картину. Не тонку настройку наявних видів, а появу нових. Походження видів - саме те, що Дарвін не може пояснити.
Вдумлива і скрупульозна книга Стівена Мейєра "Сумніви Дарвіна" (2013) переконала мене в тому, що вчений зазнав наукової поразки. Він не може відповісти на велике питання.
Дві інші книги також важливі: "Заперечення Дарвіна та інші есеї" (2009) Девіда Берлінські та "Дебати про сумнів Дарвіна" (2015), антологія під редакцією Девіда Клінггоффера, де зібрані аргументи, які випливають з книги Мейєра.
Всі троє утворюють доленосну бойову групу, яку більшість людей воліє ігнорувати. Використовуючи результати роботи багатьох десятків науковців протягом багатьох років, Меєр, який після роботи геофізиком у Далласі здобув ступінь доктора філософії науки в Кембриджі, а зараз очолює Центр науки та культури Інституту Діскавері, розбирає теорію еволюції по шматочках.
"Сумнів Дарвіна" - одна з найважливіших книг покоління. Мало хто з неупереджених людей дочитає її до кінця, не втративши віри в Дарвіна.
Фундаменталісти та інтелектуали можуть сперечатися вічно. Але нормальні люди захочуть розібратися з Мейєром і крахом прекрасної ідеї. Я згадаю кілька його аргументів, один з них (лише трохи) детальніше. Найважливіше інтелектуальне питання сучасності, хоча кожна розумна людина має право та обов'язок судити сама.
У пошуках доказів
Сам Дарвін мав сумніви щодо власної теорії, про які вказували біологи його часу. Зрештою проблеми ставали все більш суттєвими.
Так, під час знаменитого "Кембрійського вибуху", за якихось 70 з гаком мільйонів років, раптово з'явилося вражаюче розмаїття нових організмів, включно з першими в історії тваринами. Цей великий сплеск відбувся після багатьох сотень мільйонів років повільного зростання на фоні переважно одноклітинних організмів, які виникли приблизно три з половиною мільярди років тому.
Теорія Дарвіна передбачає, що нові форми життя поступово розвиваються зі старих: дерево життя постійно розгалужується і поширюється. Отже, нові сміливі кембрійські істоти повинні були мати докембрійських попередників, схожих, але не так витончених.
Вони не могли з'явитися раптово, як купа гейзерів. Кожен з них повинен був мати близькоспорідненого попередника, який, своєю чергою, мав би своїх попередників. Пам’ятаємо: дарвінівська еволюція відбувається поступово, крок за кроком. Всі ці попередники, мабуть, об'єдналися разом в серію гілок, що ведуть вниз до (першого) стовбура.
Але майже всі попередники кембрійських істот раптово зникли. Дарвін був стурбований їхньою відсутністю у скам'янілостях. Але вірив, що рано чи пізно вони знайдуться.
Деякі з його сучасників (наприклад, видатний гарвардський біолог Луїс Агассіс) доводили, що скам'янілості вже досить чіткі, а тому теорія Дарвіна помилкова.
Можливо, скам'янілості шукали лише на кількох ділянках. Кембрійський вибух був розкопаний, і під кембрійськими істотами мали б бути докембрійські попередники. Але у викопних рештках не зайшли висхідної структури, яку передбачав британський еволюціоніст.
Передбачалося, що стовбур розгалужується на безліч різних видів, кожен вид дає початок багатьом родам, а на верхівці дерева ви знайдете стільки різноманіття, що зможете розрізнити окремі філи - великі відділи (губки, мохи, молюски, хордові тощо), які складають царства тварин, рослин, - на ваш вибір.
Але, як зазначає Берлінські, скам'янілості свідчать про протилежне: "спочатку з'являються представники окремих філ, за якими слідує диверсифікація на нижчих рівнях.
“Більшість видів входять в еволюційний порядок повністю сформованими, а потім залишають його незмінними”. Поступовий розвиток нових видів здебільшого відсутній. Докембрійські організми не знайдені.
Інші дослідники припускають, що зниклі докембрійські форми були занадто малими або м'якотілими, щоб залишити гарні скам'янілості.
Меєр вказує: сам по собі малий розмір виявлених скам'янілостей слідів бактерій та одноклітинних водоростей ((?!) не означає, що організм не може залишити скам'янілі сліди. Існування скам'янілостей залежить від середовища, в якому жив організм, та історії відповідної гірської породи протягом століть, що минули з моменту його смерті.
Схожа історія і з м'якотілими організмами. Твердотілі форми більш схильні до скам'яніння, ніж м'якотілі, але існує багато скам'янілостей м'якотілих організмів або частин їхніх тіл. Також були виявлені докембрійські скам'янілості, де збереглися крихітні м'якотілі зародки губок - не попередники знаменитих організмів Кембрійського вибуху.
Негативні докази ніколи не можуть бути переконливими. Архіви скам'янілостей, що постійно розширюються, не дуже добре виглядають для Дарвіна, який зробив чіткі та конкретні прогнози, які дотепер не сфальсифіковані - принаймні, на думку багатьох авторитетних палеонтологів.
Коли закінчиться термін дії цих прогнозів? Ніколи. Але будь-яка вдумлива людина повинна запитати себе, чи шукають сьогодні вчені докази теорії Дарвіна? Чи розв’язують такі докази “суперечності” еволюції?
Вчені - лише люди, а їхнє мислення (як і всіх інших) забарвлене емоціями.
Поява молекулярної біології
Однак головна проблема Дарвіна - молекулярна біологія. За його часів такої науки не існувало. Зараз ми бачимо зсередини те, що він міг бачити лише ззовні, так, ніби він розробив теорію еволюції мобільних телефонів, не знаючи, що всередині них є комп'ютери та програмне забезпечення, або що таке цифрова революція.
Теорія Дарвіна проста для сприйняття; в її простоті - основа блиску та сили. Ми всі знаємо, що серед представників одного виду природним чином виникають відмінності - білі чи чорні вівці, голуби сірого кольору проти білих чи блідо-бежевих голубів, нудні та похмурі студенти проти чарівних, худорлявих.
Ми всі знаємо, що багато варіацій не впливають на перспективи істоти, але деякі впливають. Вівця, яка народилася з надтеплою шерстю, ймовірно, краще переживе сувору шотландську зиму, ніж її друзі з нормальною шерстю. Така вівця з більшою ймовірністю, ніж звичайна, проживе достатньо довго, щоб спаритися і передати свою перевагу наступному поколінню.
Протягом мільйонів років накопичуються невеликі варіації, що сприяють виживанню, і врешті-решт (за словами Дарвіна) з'являється абсолютно новий вид.
Той самий механізм природним чином сприяє генам, які підходять для місцевого середовища - тепла шерсть для Шотландії, легка і зручна шерсть для тропіків, інші різновиди для гір і пустель.
Таким чином, один вид (стандартна вівця) може з часом перетворитися на чотири спеціалізовані. Нові види розвиваються зі старих за схемою дерева, що розгалужується вгору.
Поява молекулярної біології уможливила трансформацію дарвінізму в неодарвінізм. Нова версія пояснює (а не просто цитує) природну мінливість як наслідок випадкових змін або мутацій генетичної інформації в клітинах, що відповідають за розмноження. Ці клітини передають генетичні зміни наступному поколінню, таким чином змінюючи - потенційно - майбутнє виду, а не лише долю однієї особини.
Двигун неодарвінівської еволюції - чистий випадок і багато часу. Заповнюючи деталі клітинного життя, молекулярна біологія дозволяє оцінювати силу простого механізму. Але що означає створення нових форм життя?
Біологи сходяться на думці, що створення нової форми білка - це і є його суть. Тільки якщо неодарвіністська еволюція буде достатньо творчою, вона створить нові форми життя і проштовхує еволюцію вперед.
Білки - це спецзагони (або, можливо, морська піхота) живих клітин, за винятком того, що вони не рідкісні, а звичайні; вони виконують всю важку роботу, всі складні та критичні завдання, сліпуче широкий спектр ролей.
Білки, які називаються ферментами, каталізують всілякі реакції та керують клітинним метаболізмом. Інші білки (наприклад, колаген) надають клітинам форму і структуру, подібно до жердин для намету, але в набагато складніших формах.
Нервова функція, м'язова функція і фотосинтез - все це відбувається завдяки білкам. У виконанні багатьох інших завдань присутня важлива реальна, тривимірна форма білкової молекули.
Тож, чи справляється з нашим завданням простий неодарвіністський механізм? Чи достатньо випадкових мутацій плюс природний відбір для створення нових форм білків?
Мутації
Як виникли білки - наше перше питання. Білки - це ланцюги: лінійні послідовності атомних груп, кожна з яких пов'язана з наступною. В основі білкової молекули знаходиться ланцюжок амінокислот; 150 елементів - це "скромний" ланцюжок, в середньому - 250.
Кожна ланка вибирається, як правило, з однієї з 20 амінокислот. Ланцюжок амінокислот - поліпептид - тип хімічного зв'язку, який з'єднує одну амінокислоту з іншою. Але такий ланцюг - лише відправна точка: хімічні сили між ланками змушують їх скручуватися в спіралі, інші - випрямлятися, а потім іноді як теслярським ножем, багаторазово розрізати на плоскі аркуші.
Далі вся збірка складається, як складний аркуш паперу оригамі. Тривимірна форма молекули надто важлива.
Уявіть собі 150-елементний білок як ланцюжок зі 150 намистин, кожна з яких зібрана з 20 сортів. Але: тільки певні ланцюжки працюють. Лише певні комбінації намистин формують стабільні, корисні, добре сформовані білки.
Тож наскільки складно створити добре сформований протеїн? Чи можна кинути купу амінокислот разом і припустити, що вийде щось хороше? Чи потрібно ретельно підбирати кожен елемент ланцюжка? Виявляється, дуже важко підібрати правильні намистинки.
Винахід нового білка означає винахід нового гена. Вони описують ланки білкового ланцюга, амінокислота за амінокислотою. Кожен ген - це сегмент ДНК, макромолекули, якою найбільше захоплюються у світі.
ДНК, звичайно ж, являє собою знамениту подвійну спіраль або гвинтові сходи, де кожна сходинка - пара нуклеотидів. Коли ви читаєте нуклеотиди вздовж одного краю сходів (сидячи на одній сходинці та спускаючись на наступну і наступну), кожна група з трьох нуклеотидів на цьому шляху вказує на амінокислоту.
Кожна група з трьох нуклеотидів є кодоном, а відповідність між кодонами та амінокислотами створює генетичний код.
Наше завдання - винайти новий ген шляхом мутації. Тобто випадкової зміни одного кодону на інший. У вас є дві можливі відправні точки для цієї спроби. Ви можете мутувати існуючий ген або мутувати абракадабру. У вас є вибір, тому що ДНК насправді складається з повноцінних генів, розділених довгими послідовностями нісенітниць.
Проблема в тому, що саме безглузді послідовності виступають основним джерелом нових генів. Якщо ви втрутитеся в робочий ген, майже напевно зробите його гіршим - так, що його білок дасть осічку і поставить під загрозу (або вб'є) організм. Задовго до того, як ви почнете робити його кращим.
З іншого боку, безглузді послідовності стоять осторонь, не створюючи білків, і ви зможете мутувати їх, без жодної загрози для організму. Потім мутована послідовність передається наступному поколінню, де вона знову мутує. Таким чином, мутації накопичуються осторонь, не впливаючи на весь організм. Але якщо ви отримуєте дійсно новий ген, він створить новий білок і таким чином, потенційно, відіграє роль еволюційного двигуна.
Самі мутації з'являються, коли ДНК розщеплюється навпіл у центрі сходів, дозволяючи клітині, що її оточує, розділитися навпіл, а організму, що її охоплює, - рости.
Кожна половина сходів викликає відповідний набір нуклеотидів з навколишнього хімічного супу; з'являються дві абсолютно нові молекули ДНК. Помилка в цьому елегантному процесі реплікації - неправильний нуклеотид, що відповідає на виклик, а помилка призводить до мутації, яка перетворюється або на “правильний план”, або на суцільну абракадабру.
Створення кращого білка
Тепер ми нарешті готові взяти Дарвіна на тест-драйв. Починаючи зі 150 ланок тарабарщини, які шанси, що ми зможемо мутувати наш шлях до нової корисної форми білка?
Поставимо те ж саме питання в більш зрозумілій формі: які шанси, що випадкова послідовність зі 150 ланок створить такий самий білок? Послідовності випадкові. Мутації також випадкові. Зробіть випадкові зміни у випадковій послідовності, й отримуйте іншу випадкову послідовність.
Отже, заплющте очі, зробіть 150 випадкових виборів з ваших 20 коробочок з бісером і нанизуйте намистини в тому порядку, в якому ви їх вибрали. Які шанси отримати новий корисний білок?
Загальна кількість можливих послідовностей величезна. Легко повірити, що підмножина корисних послідовностей - послідовностей, які створюють справжні, придатні для використання білки - порівняно з ними крихітна. Але ми знаємо, наскільки вона величезна й наскільки крихітна.
Загальна кількість можливих 150-ланкових ланцюгів, де кожна ланка вибирається окремо з 20 амінокислот, становить 20150. Іншими словами, дуже багато, хоча у Всесвіті лише 1080 різновидів атомів.
Яка частка з цих численних поліпептидів є корисними білками? Дуглас Екс провів серію експериментів, щоб оцінити, скільки ланцюгів здатні стабільно згортатися - досягати завершального етапу процесу створення білка і зберігати свою форму досить довго.
(Екс - видатний біолог з п'ятизірковою освітою: він був аспірантом Каліфорнійського технологічного інституту, а потім приєднався до Центру білкової інженерії в Кембриджі).
Він підрахував, що з усіх амінокислотних послідовностей, що складаються зі 150 ланок, лише 1 з 1074 здатна відтворити стабільний білок. Сказати, що ваші шанси становлять 1 з 1074, на практиці нічим не відрізняється від того, щоб сказати, що вони дорівнюють нулю.
Не дивно, що ваші шанси натрапити на стабільний білок, який виконує корисну функцію, а отже, може відігравати певну роль в еволюції, ще менші. Екс оцінює їх як 1 до 1077.
Іншими словами: неодарвінівська еволюція - поки що безнадійна втрата. Спробуйте мутувати свій шлях від 150 ланок тарабарщини до працюючого, корисного білка, і ви гарантовано зазнаєте невдачі. Спробуйте з десятьма мутаціями, тисячею, мільйоном - ви зазнаєте поразки. Шанси поховають вас. Це неможливо.
Погана ставка
Неодарвінізм розуміє, що мутації трапляються рідко. Щоб їх збалансувати, існує безліч організмів і приголомшлива безмежність часу. Ваші шанси на перемогу можуть бути нескінченно малими. Але якщо ви граєте в гру досить часто, ви врешті-решт виграєте, чи не так?
Чи врівноважуються цифри? Чи неодарвінівська еволюція - правдоподібна?
Екс пропонує наступну логіку. Розглянемо всю історію живих істот - всю групу всіх живих організмів, які коли-небудь існували. У ній чисельно домінують бактерії. Всі інші організми, від мандаринових дерев до коралових поліпів, - лише виноска.
Припустимо, що кожна бактерія, яка коли-небудь жила, перед своєю смертю вносить в історію життя одну мутацію. Це щедре припущення; більшість бактерій передають свою генетичну інформацію незмінною, не мутованою. Мутації виняткові.
У будь-якому випадку, за всю історію життя, згідно з припущеннями Екса, відбулося близько 1040 мутацій. Дуже велика кількість шансів у будь-якій грі. Але враховуючи, що шанси кожного разу складають 1 до 1077, це недостатньо багато.
Шанси на те, що сліпий дарвінівський випадок виявить хоча б одну мутацію, яка здатна підштовхнути еволюцію вперед, становить 1040x(1/1077)-1040 спроб, де ваші шанси на успіх кожного разу становлять 1 до 1077. З практичної точки зору, ці шанси все ще дорівнюють нулю. Нульові шанси створити єдину перспективну мутацію за всю історію життя. Дарвін програє.
Абстрактно його ідея все ще цілком слушна. Але є цифри, які він не міг передбачити: сміховинно велика кількість амінокислотних ланцюжків відносно кількості корисних білків. Ці цифри виходять за межі будь-якого конкретного набору оцінок.
Очевидним фактом є те, що гени, зберігаючи креслення білків, які складають основу клітинного життя, кодують виняткову кількість інформації. Ви не знайдете корисний білок, просто намалювавши його на конверті. Так само якне напишете арію Моцарта, склавши три аркуші офісного паперу і розкидавши ноти навколо.
Глибокі біохімічні знання якимось чином відображені в кожному описі працюючого білка. Звідки все це взялося?
Неодарвінізм каже, що природа просто кидає кості. Якщо випадає щось корисне - чудово. Якщо ні - спробуєще раз.
Але корисні послідовності настільки рідкісні, що така відповідь просто не спрацює. Дослідження Мейєра показують, що неодарвінізм - це квінтесенція невдалої ставки.
Великий дарвінівський парадокс
Існує багато інших проблем, окрім білків. Одна з найголовніших, і остання, про яку я тут згадаю, ставить під сумнів саму ідею генних мутацій як рушійної сили макроеволюції - виникнення нових форм життя, а не простої варіації чинних форм.
Щоб допомогти створити абсолютно нову форму організму, мутація повинна вплинути на ген, який виконує свою роботу на ранніх етапах і контролює експресію інших генів, які вступають у гру пізніше, коли організм росте.
Але мутації "стратегічних" генів ранньої дії, схоже, завжди фатальні. Вони вбивають організм задовго до того, як він зможе розмножуватися. Сильно деформованим істотам ніколи не судилося прокласти шлях до нових чудових форм життя. Натомість вони помирають молодими.
Очевидно, що в літературі немає жодного прикладу мутацій, які впливають на ранній розвиток і організм в цілому. Німецькі генетики Крістіан Нюссляйн-Вольхард та Ерік Вішаус отримали Нобелівську премію в 1995 році за "Гейдельберзький екран" - вичерпне дослідження індукованої мутації Drosophila melanogaster.
"Ми вважаємо, що знайшли всі гени, необхідні для визначення плану тіла дрозофіли", - говорив Вішаус, відповідаючи на запитання після доповіді. За його словами, жоден з них не є "перспективним як сировина для макроеволюції", оскільки мутації в них вбивали муху задовго до того, як вона спарюється.
Якщо вичерпний пошук виключає кожен правдоподібний ген як кандидата на масштабну еволюцію дрозофіли, де тоді залишається Дарвін?
Вішаус продовжує: "Які мутації є - або якими могли б бути - правильними для великих еволюційних змін? Ми не знаємо відповіді на це питання".
Тут діє загальний принцип, згідно з яким кількість непотрібних поліпептидів пригнічує кількість корисних.
Генетик з Технологічного інституту Джорджії Джон Ф. Макдональд називає цей принцип "великим дарвінівським парадоксом".
Меєр пояснює: "Гени, які, очевидно, мінливі в природних популяціях, впливають лише на незначні аспекти форми та функції, тоді як ті гени, що керують основними змінами, суть макроеволюції, очевидно, не змінюються або змінюються лише на шкоду організму".
Філософ біології Пол Нельсон підсумовує проблему плану тіла:
Дослідження розвитку тварин і макроеволюції за останні тридцять років - дослідження, проведені в рамках неодарвінізму - показали, що неодарвіністське пояснення походження нових планів будови тіла, швидше за все, є хибним - і з причин, які зрозумів би сам Дарвін.
А саме: незначні мутації зустрічаються часто, але вони не спричиняють значні еволюційнізміни; великі мутації рідкісні та смертельні.
Не дивно, що революція в біологічних знаннях, яка відбулася за останні півстоліття, має вимагати нового розуміння походження видів.
Більш детально: Giving Up Darwin
