Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Плоды этих размышлений были опубликованы в журнале Nature

в феврале 1954 г. Гамов ухватился за открытие, что ДНК состоит из четырех типов оснований, апериодически распределенных по ее нити, и подчеркнул, что молекулы белка могут строиться из цепочек аминокислот, удерживаемых рядом с ДНК так, что каждая аминокислота расположена напротив определенной кодирующей группы оснований ДНК. Детали предложенного им механизма были ошибочны, однако он объяснял:

Наследственные свойства любого конкретного организма можно выразить в виде длинного числа, записанного с использованием четырехзначной системы. С другой стороны, ферменты, чей состав должен полностью определяться молекулой дезоксирибонуклеиновой кислоты, являются длинными пептидными цепочками, образованными примерно двадцатью различными аминокислотами, и их можно считать длинными «словами», записанными 20-буквенным алфавитом.

В результате кропотливой работы, последовавшей за этим предположением, были установлены два ключевых факта. Во-первых, цепочки аминокислот не строятся непосредственно на ДНК. Когда клетке нужен конкретный белок (а как она «узнает», когда он ей нужен, до сих пор во многом остается загадкой), необходимый фрагмент ДНК высвобождается из двойной спирали одной из хромосом, используется как шаблон при синтезе цепочки РНК, а затем снова скручивается в спираль и упаковывается обратно в хромосому. Получившаяся цепочка РНК используется как шаблон для синтеза белка, после чего расщепляется для повторного использования ее компонентов. Во-вторых, хотя генетический код содержит четыре буквы, эти буквы используются для образования трехбуквенных слов (кодонов), каждое из которых обозначает конкретную аминокислоту или, в некоторых случаях, команды «старт» или «стоп» для строительства новой пептидной цепочки. Поскольку именно РНК, а не ДНК непосредственно участвует в синтезе белков, эти четыре буквы — A, У, Г и Ц. Например, тройка АГУ является кодоном аминокислоты серин, ГГУ — это валин, ЦЦА — пролин, а УАГ означает «стоп». Таким образом, последовательность оснований в молекуле РНК, например УЦЦAГУAГЦГГAЦAГ, следует читать как УЦЦ AГУ AГЦ ГГA ЦAГ.

Чтобы продемонстрировать, как это влияет на эволюцию, мы приведем пример из нашего алфавита. Вот предложение из трехбуквенных слов: КОТ БЫЛ СЫТ ПЕС БЫЛ ЗОЛ. За счет простой мутации, изменившей всего одну букву, в цепочке может появиться бессмысленное слово: КУТ БЫЛ СЫТ ПЕС БЫЛ ЗОЛ, и это может быть, а может и не быть важным для процессов, протекающих в клетке. Или может появиться новое правильное слово («правильное» в том смысле, что оно кодирует другую аминокислоту): КИТ БЫЛ СЫТ ПЕС БЫЛ ЗОЛ. В результате изменения одной аминокислоты в клетке может начаться синтез бесполезного белка. Или иногда может получиться белок даже более эффективный, чем исходный. Более резкие мутации могут менять целые слова — например, слово КОТ может превратиться в ЛЕВ — или вообще удалять слова: КОТ БЫЛ СЫТ БЫЛ ЗОЛ. А пропуск (или добавление) одной буквы может полностью изменить весь текст. Например, если убрать из исходного сообщения первую букву К, то мы получим ОТБ ЫЛС ЫТП ЕСБ ЫЛЗ ОЛ.

Вы можете сами поразвлечься с другими примерами. Для эволюции важно то, что такие ошибки могут возникать в результате сбоев копирования, когда хромосомы перетасовываются, перед тем как попасть в половые клетки, которые передают гены следующему поколению. Могут происходить и более серьезные изменения, например, когда целые участки ДНК неправильно соединяются после кроссинговера или вообще удаляются. В детали этого процесса мы вдаваться не будем. Что здесь действительно важно, так это то, что был открыт источник неидеально точного копирования генетического материала, который является одной из основ эволюции. Учитывая все вышеизложенное, давайте снова вернемся к эволюции на уровне целых организмов и рассмотрим открытия, которые были сделаны во второй половине XX в.

Основы для этих открытий были заложены еще в 1930-е гг., но тогда эти исследования не получили широкого признания. Хотя к тому времени ученые уже в основном изучали все более мелкие формы жизни, одна исследовательница продолжала заниматься крупными организмами, как Грегор Мендель. Ее имя — Барбара Макклинток (1902–1992). Организмом, который она изучала, была кукуруза, которая, как и менделевский горох, давала всего одно поколение в год. Макклинток сближало с Менделем еще и то, что результаты ее работы были оценены в полной мере только через 40 лет, но она, в отличие от Менделя, дожила до этого момента.