Школа. Урок биологии. Тема - теория эволюции Дарвина.
Действующие лица:
Терпеливый учитель - с бесконечным терпением несущий свет знаний молодому поколению, но давно не пополнявший своих знаний современными достижениями генетики и биологии. Его догматизм часто вызывает недоумение многих присутствующих продвинутых учеников, включая порой его самого.
Школьник Зануда- непрерывно задающий наивные вопросы, ставящие в тупик учителя. Часто нервирует учителя.
Школьница Отличница - помогающая учителю разъяснить детали. Она в курсе всех новостей генетики - но порой только усугубляет проблему своими объяснениями. Любит быть первой во всем, чем часто вызывает глубокое возмущение тех, кто хочет вставит свое слово.
Школьница Гугольшица - сидит на уроке с компьютером и молча Гуглит. Иногда вскакивает и зачитывает цитаты из Гугла. Вызывает опасение всех присутствующих - без всякой причины.
Школьник философ - любит изучать идеи во всех областях. Вызывает тревожное волнение только когда многозначительно молчит.
Школьник фантазер. - Сидит молча, а потом выдает свои теории. Его теории зачастую раздражают учителя.
Школьник оппортунист -Любит критиковать все теории. Вызывает глубокую смущение у всех, кого он критикует.
Школьник Шут - Любит цинично надсмеяться над серьёзными вещами. Иногда делает это в рифмованной форме. Приводит в бешенство тех кого дразнит.
Урок
Терпеливый Учительвывешивает на доску схему дерева эволюции и, показывая на него указкой, начинает:
- Как нас учит Дарвин, и в свете современных знаний о генетике, изменения в генах возникают у отдельных особей под влиянием внешней среды и носят случайный характер. Возникнув естественным путем, органические формы медленно и постепенно преобразовывались, и совершенствовались, в соответствии с окружающими условиями. Если возникшие изменения полезны для данного вида, то в процессе естественного отбора они закрепляются, давая в последующем начало новому виду. Благодаря непрерывному действию естественного отбора, каждый вид приспосабливается к местным условиям. Эти изменения возможны в различных направлениях. Изменения расходятся в своих признаках, или дивергируют. Эта дивергенция приводит к образованию новых форм, которые в свою очередь будут также преобразовываться в новые виды и разновидности. Всем понятна эта гениальная по простоте идея?
Школьник Зануда начитает функционировать:
- Мне кажется, что понятно все, кроме одной мелочи. А откуда известно данному виду- в каком направлении ему надо дивергировать?
Терпеливый учитель снисходительно объясняет:
- Он не знает. Но случайно, то там, то сям появляется мутации в ДНК, на которой записана вся информация. Мутации могут быть естественными, спонтанными, т. е. возникающими непроизвольно, или искусственными, индуцируемыми, возникающими при воздействии на организмы различных факторов. Генные, или точковые, мутации могут нарушить строения одного участка ДНК. А еще бывает, что в результате выпадения или вставки участка происходят мутации при их случайном удвоении или перемещении, или повороте. А иногда происходят геномные мутации, когда меняется число хромосом. Как можно увидеть, причин для мутаций хватает. Очевидно, что самые главные мутации для организмов, размножающихся половым путем - это мутации в половых клетках - их называются генеративными. Мутации в других клетках называются соматическими. Они нас не интересуют с точки зрения эволюции. Если быть очень кратким - неудачные потомки гибнут - а удачные выживают и закрепляются в своей экологической нише. Надеюсь, все понятно?
Зануда (радостно):
-Вроде бы все ясно! Если получилась удачная генеративная реакция у зверька ( например появились острые рога) - то его потомок будет удачливее и выживет, и соответствующее изменение будет закреплено у его счастливых потомков. Потомки с благодарностью к своим передкам будут поддерживать спасительную мутацию. Кто-то их них так же благополучно мутирует, научившись быстро бегать, чем выполнит свой долг перед следующим поколением.
Терпеливый учитель честно уточняет:
По правде, этого мало - нужно чтобы эта мутация была доминантной. Иначе, она не очень-то поможет в борьбе за существование в первом поколении. Например, если бы карие глаза имели преимущество в выживании, то, поскольку карий цвет доминантный, соответствующая мутация проявилась бы уже в следующем поколении. А вот если полезным является признак голубоглазости, то надо подождать до следующего поколениям где родится потомок у родителей у каждого из которых была голубоглазая мутация. Что конечно, несколько менее вероятнее.
Зануда начитает заводиться :
Так получить сразу доминантную и полезную мутацию - это двойная удача! В общем, одинокой голубоглазой мутации так быстро не породить голубоглазый народ. Я правда не очень понимаю, какая эволюционная разница в цвете глаз? А вот сами глаза... - сколько мутаций требуется у эволюции, для того чтобы их создать?
Терпеливый учитель начинает раздражатся:
-Ну дались тебе эти глаза! Почему ты про печень, почки или хотя бы волосы не спросил? Мы же о видах говорим. Ну, хорошо - начнем с глаз. В соответствии с теорией, сначала появилась, в результате спонтанной мутации, вернее серии мутаций, то есть абсолютно случайно - сетчатка. Сетчатка нам просто необходима, чтобы уметь регистрировать фотоны видимого спектра, исходящие от нашей звезды - Солнца. Интересно что пик чувствительности приходится на зеленый цвет. А ведь именно на этот цвет приходится максимум излучения нашего Светила. Что еще раз подтверждает гибкость эволюционной модели. Но как мы понимаем обзавестись сетчаткой неплохо но недостаточно .Поэтому все что видели первые животные с примитивным глазо, было довольно расплывчато. И вот тогда у кого-то из наших предком произошла счастливая случайность, в результате мутации, и появился хрусталик, который фокусировал изображение на сетчатку. Понятно, что обладатели этого набора были непобедимы. Конечно, для полноценного глаза нужны были еще некоторые ингредиенты. Вроде всякой мелочи - например, роговица, стекловидное тело, склера, зрачки, специальные мышцы. После того как все эти части собрались вместе стало совсем видно очень хорошо! Да, совсем забыл - для полноты восприятия нужно было, чтобы в мозгу развились соответствующее центры - для правильной и быстрой обработки зрительной информации. И вот, когда накопились все эти благополучные мутации - появился, наконец-то, полноценный глаз.
Школьник Зануда (призадумавшись):
- A что - все эти вещи сразу появились? То ест мутации появились гармоничным аккордом и один из слепых наших предков получил в подарок готовый глаз. Или Тогда как же они закреплялись? Одинокий хрусталик служит зрению так же как галстук на голом женихе в день свадьбы! А может быть, получив мутацию, наш геном терпеливо вынашивает ее до следующий то есть наш жених ходит абсолютно голый в галстуке терпеливо ожидая когда к его ногам упадет брюки?
Школьница отличница (вскакивая):
- Нет, конечно! Любой идиот (она выразительно смотрит в сторону Зануды) понимает, как маловероятно появление всего вместе одновременно. Ты прав - поочередное появление и закрепление предполагает, что ген заранее знает куда мутировать - что в полном противоречии с теорией эволюции. Поэтому нетрудно понять, что идет постепенный процесс. Сначала был очень примитивный глаз с очень примитивным мозгом - у кого-то первого. И он побеждает в борьбе за существование. А потом этот примитивный вариант закрепляется генетически. Со временем он немножко совершенствуется по всем параметрам - сетчатка становится более зернистой хрусталик - более гибким и так в каждом следующим поколении, при помощи естественного отбора все лучше и совершеннее. И эти улучшения ведутся в полном соответствии со средой обитания и способом добычи пищи.
Терпеливый учитель (одобрительно кивая):
-Совершенно верно. Поэтому у каждого вида свой вариант глаз. У некоторых видов пауков, например, восемь пар глаз. Другие пауки, живущие в пещерах -вообще ничего не видят потому что им и не надо видеть. А пауки скакуны обладают цветным зрением - как у людей. Или возьмем орлов - у них широкое поле зрения, позволяющие оценить обстановку во всех направлениях да к тому же способность четко различать мельчайшие оттенки цвета, что конечно помогает опознать потенциальную жертву издалека. В полном соответствии с теорией эволюции! А у кого-то, кому зрение не надо - то оно и не появилось, как у червя или летучей мыши.
Гугольшица, не спрашивая разрешения, встает и, держа в руках планшетку, зачитывает:
-А я прочитала, что есть такой ген - общий для людей и насекомых - PAX6 называется. Он обеспечивает преобразование многофункциональных эмбриональных стволовых клеток в клетки будущей нервной системы. Мутации в гене PAX6 приводят к различным проявлениям глазной патологии: врожденной катаракте, дисгенезу переднего сегмента глаза.И он управляет развитием глаза! (8)
Школьник Шут (подскакивает)
У паучка и у амебы
Есть генетический заказ
Едва коснёшься их - как оба
Из ног достанут гордо глаз!
Зануда (задумчиво):
Как здорово! Я начинаю понимать. Чтобы выжить, насекомые случайно обзавелись глазами. А мы наверно от них произошли? Поэтому у нас тот же ген!
Терпеливый учитель (теряя терпение):
Ты невежда! Разве ты не помнишь? Ведь мы проходили, что у насекомых и у хордовых (прародителей позвоночных) был один общий предок. Кто? Черви. А они были и есть слепые.
Зануда (немножко удивляясь):
-Так что - насекомые и хордовые - каждый обзавелся сам глазами самостоятельно? Но, тогда как же получилось, что у них общий управляющий ген для развития глаз и нервной системы?
-Так раз есть общий ген - значит глаза развились у общих предков. Может быть, эти самые гены были нужны для других целей. Может быть, мы всего не знаем?
Гугольщица поднимает руку и, как обычно, не дожидаясь разрешения, нетерпеливо зачитывает:
-В 2005 году в журнале Nature появилась публикация о зрительном аппарате некого желеобразного создания jellyfish, которое можно перевести как кубо-образная медуза. У этой тропической рыбки или медузы есть 24 глаза (1,2)! В этой статье рассказывается, что у этого существа есть глаза, вернее линзы с идеально подогнанными оптическими характеристиками для четкого зрения - как у нас всех. Правда сетчатка находится вообще на другом месте. Кроме того, отсутствуют другие части нервной системы, без которых все это деяние становится бессмысленно?
Школьник Шут (печально)
Чтоб Горгоновой медузе буйна голову отсечь
Для сражения с ней Персею дали зеркало и меч
А с медузой в форме куба - чтобы ты не отсекал,
Остаются неизбежно -не зубов , но глаз оскал.
Школьница отличница с изумлением смотрит на Гугольщицу:
-Ты, наверно, что-то перепутала. Глаза такого качества появились намного позже. Да и зачем эти гены медузам. Они же ими не могут воспользоваться без соответствующих зон мозга. Учитель - объясните ей, что это не может быть по Дарвину!
Терпеливый учитель, отмахнувшись рукой на гипер- активную Гугольщицу:
Самое главное, что вы должны знать -если есть приобретенное в эволюции полезное свойство, то оно будет закреплено в генах его потомков.
Зануда (нерешительно) :
- А у меня еще вопрос. Вот нашу способность разговаривать мы давно приобрели? Наверно, когда-то в результате случайных мутаций появился язык и гортань и голосовые связки. И центры мозга, управляющие этим все.
Терпеливый учитель (улыбаясь) :
-Примерно так. А у кого не появилось ни того ни другого - остался молчаливым крокодилом.
Гугольщица не выдерживает и зачитывает:
-Я хочу добавить про крокодилов! Я прочитала, что есть общий ген, без которого невозможно говорить или петь. Он есть у нас и у птиц! Он называется FoxP2. (4) Оказывается он есть и у крокодилов. Но у них онкак бы не заактивирован.
Школьница отличница приходит на помощь:
- Но это легко объяснить - в рамках естественного отбора иногда надо отказаться от каких- либо лишних качеств. Например - в далеком прошлом крокодилы или их предки пели или общались, но по каком-то причинам это им оказалось во вред. Вот они и деактивировали ген.
Зануда (радостно крича) :
-Я знаю почему - они своим пением всю рыбу распугивали!
Школьник Шут (энергично)
Взвод зеленых крокодилов мимо зебры проходил
Запевай! - подумал молча самый главный крокодил,
Но солдатики молчали и никто не запевал,
Лишь улыбкой сто-зубастой зебре взвод салютовал
Терпеливый учитель (сохраняя присутствие духа) показывает рукой на дерево эволюции :
-Пусть нас не смущают несколько не совсем понятных моментов. Ведь наша цель - понять, что естественный отбор и появление новых признаков - это случайный процесс. Случайные мутации приводят к появлению полезных свойств, которые неизбежно закрепляются в потомстве. Например, четыре миллиарда лет назад все живое обитало только в воде. Затем, около 400 миллионов лет назад, живые существа начали осваивать сушу. Для дыхания в воде требуются совсем не такие органы, как для дыхания на суше. У каких- то рыб произошла мутация, позволяющая им дышать воздухом и ходить по берегу. Это рыбы амфибии (земноводные) явились предком всех животных, которые расплодились впоследствии на суше. Сначала, как показывают геологические данные, это были разные рептилии, то есть пресмыкающиеся. Затем, в Мезозойскую эру, около 200 миллионов лет назад, из них появились млекопитающие. В меловой период, около 80 миллионов лет назад появились приматы. А совсем недавно дошла очередь до человека разумного.
Занудаудовлетворённо кивает :
Наконец- то я все понял. Например, те рыбы, что спокойно плавали несколько миллиардов лет, не могли обзаводится мутациями, которые пригодятся им намного позже. Ведь не может быть у рыб никаких генов, связанных с ходьбой пока они плавают. Потому что эти гены не закрепятся, а напротив - отсеются. Вы попробуйте поплавать, когда у вас вместо плавников - ноги! А лапы для ходьбы появились намного позднее. Что и является еще одним доказательством теории эволюции.
Терпеливый учитель (одобрительно) :
Молодец! Так ты у меня и в отличники выйдешь!
Гугольщица бесцеремонно встает и зачитывает прямо из планшетки:
Группа исследователей-генетиков (6) решили изменить поведение гена Hoxd13, активность которого высока у четвероногих. В ходе эксперимента рыбам-зебрам (Daniorerio) была введена в геном вторая копия Hoxd13.В результате у зародышей с измененным геном вместо обычных плавников стали формироваться не плоские, а округлые конечности. Внутри мягких тканей были замечены предпосылки развития нехарактерных для рыб хрящей и костей. Данная конструкция стала уже довольно сильно напоминать лапы животного, и, по всей вероятности, примерно таким образом произошло сотни миллионов лет назад превращение рыб в амфибий.
Предположения исследователей подтвердились и после введения отсутствующего гена CsС в геном подопытной рыбы-зебры, который управляет работой Hoxd13 в зародыше мыши, плавники стали превращаться уже в примитивный аналог лап.
"Мы установили, что ген CsС из генома мышей активизировал работу Hoxd13 в кончиках плавников рыбы-зебры. Это указывает на присутствие клеточных механизмов, которые могут запускать эту программу преобразования, в геноме общего предка рыб и наземных животных",
Школьник Шут (с чувством)
В море рыбка одна проживала,
Взглядом берег, тоскуя, ловила
-Как бы я по садам погуляла
Если б ноги себе отрастила!
Оправдалась надежда и вера
Мышка встретилась ей у причала
И, забрав у нее пару генов,
Рыбка в старый кабак зашагала.
Школьница отличница озабоченно посматривает на Учителя и, пытаясь ему помочь, высказывает предположение:
- Возможно, именно эти рыбы зебры - потомки тех рыб, что пытались выйти на сушу, но не сумели - а этот ген у них остался.
Терпеливый учитель механически кивает головой:
- Вполне логично!
Зануда, возвращаясь в свое обычное занудное состояние:
А что - может быть, что ген есть и он никак не проявляется?-
Школьница отличница поднимает руку и быстроговорит:
-Вообще то мы знаем сегодня, что не все гены участвуют в активной игре. К примеру, в ходе процесса под названием "метилирование", клетки ограничивают свою ДНК для сохранения определенных генов закрытыми. Но в определенных ситуациях клетки могут адаптироваться, запуская эти скрытые гены. Это все называется эпигенетикой. Так что иногда можно приспособиться и без мутации.
Гугольщица вроде ни к месту зачитывает:
-Если вы выращиваете генетически идентичные ростки горца перечного вразличных условиях, вконечном итоге вы получите растения, принадлежащие какбудто кразным видам (3). Начнем стого, что горец перечный подгоняет размер своих листьев кколичеству получаемого солнечного света. При ярком свете их листья становятся узкими итолстыми, апри недостаточном освещении-- широкими итонкими. В сухой почве эти растения пускают корни глубоко вземлю впоисках воды, ав хорошо увлажненной корни становятся короткими, волосовидными иповерхностными.
Зануда, воодушевившись новыми перспективами:
Это что получается - если я очень буду стараться, то может быть у меня проявятся эпигенетические изменения, как у горца перечного и я стану очень умный? И мои дети тоже!
Терпеливый учитель уточняет:
-Как известно, генетические свойства передаются от поколения к поколению. А мы говорили только о эпигенетических.
Гугольщица входит в раж:
-Некоторые исследования показывают(12), что приопределенных обстоятельствах эпигенетические изменения уродительской особи могут передаваться потомкам. А они, всвою очередь, могут передать этот измененный эпигенетический код своим детям.
Терпеливый учитель со смехом:
-Ну не будем торопится - нельзя эпигенетикой объяснить появление новых видов и вообще эволюцию видов. Это чистый Ламаркизм! Немножко скрытых генов может объяснить некую вариабельность внутри вида, но не появления новых видов. Как говорил один писатель - рожденный ползать летать (или плавать) не может.
Гугольщица немедленно реагирует:
-Ближайшими родственниками китов являются гиппопотамы (5). К такому выводу пришла группа ученых, проведя генетическое исследование окаменелых останков кита, жившего 40 миллионов лет назад. Китовых (к которым относятся киты, дельфины и морские свиньи) и бегемотов разделяет 37 миллионов лет - самые ранние найденные останки китовых насчитывают 53 миллиона лет, а гиппопотамов - примерно 16 миллионов.Однако, как предположили исследователи, у китов и бегемотов существует некий общий предок, живший 50 - 60 миллионов лет назад. От него и произошли ранние китовые, а также похожее на свинью животное, названное антракотер.Кроме того, новая теория относит китов, дельфинов и морских свиней к тому же классу, что и парнокопытных млекопитающих - верблюдов, свиней и крупный рогатый скот.
Зануда смотрит с надеждой на Учителя:
-Постойте - так это как понимать? У этого общего предка гиппопотама, дельфина и нашей коровы и верблюда были гены и тех и других? Но кит с верблюдом не выглядят, как родные братья. А как же естественный отбор?
Терпеливый учитель:
Торопится не надо! Теория эволюции подкреплена бесчисленным количеством находок и сравнений. Никто не сомневается, что мутации происходили все время и когда изменялись условия среды, то полезные мутации закреплялись. Когда были полезны глаза, то появились и закрепились глаза - когда ноги были полезны - то появились ноги и так далее.
Школьница отличница:
Поэтому нет никакой связи между разными генами. Они появлялись в разное время и накапливались в процессе эволюции.
Гугольщица опять вскакивает и зачитывает:
И у мух, и у людей порядок, в котором включаются гены строения тела, соответствует порядку их расположения в ДНК: гены, работающие в голове, находятся на одном конце молекулы ДНК, работающие в хвосте -- на другом, а те, что управляют развитием органов, расположенных посередине, и на ДНК расположены посередине (7).
Зануда начинает сердиться:
Послушай, Гугальщица - ты может быть замолчишь? Я только начинаю все понимать - а ты портишь. Что же получается - наши гены знали заранее, в каком порядке они будут мутировать? Пожалуйста объясните!
Школьница отличница задумалась и пытается спасти ситуацию:
Конечно, гены не могли знать заранее, какая будет следующая мутация. Но то, что порядок генов в молекуле ДНК соответствуют порядку расположения в органах легко объяснить тем что, например, ...именно этот порядок дает какое-то эволюционное преимущество и все те, у кого был другой порядок - не выжили!
Зануда (с удивлением) :
А какое же преимущество у этого порядка по сравнению с другим?
Школьница отличница (напрягаясь) :
Ну, мы не очень хорошо знаем, как влияет порядок генов в ДНК на порядок развития органов в процессе эмбриогенеза. Может быть по-другому и невозможно...
Терпеливый учитель ( думая о чем-то другом):
Очень убедительно! Вот видите - у всех фактов находится разумное объяснение в рамках теории эволюции.
А главное - существует неопровержимый факт, что эволюция идет от простого у сложному. Именно этот факт получает полное объяснение в рамках теории Дарвина! Например, современными методами анализа доказан, что сначала появились одноклеточные - а лишь потом развились многоклеточные. Понятно, что появление многоклеточных потребовало у эволюции массу мутаций - пока клетки не научились взаимодействовать между собой и так появились одноклеточные.
Зануда (радостно улыбаясь) :
Ну, Гугольщица - съела? Наконец-то есть твердое доказательство! Уверен, что у одноклеточных нет ничего, что необходимо только для многоклеточной жизни. Что и требовалось доказать!
Терпеливый учитель (очнувшись от отвлекающих мыслей):
Ты совершенно прав!
Гугольщица принимает вызов и торжественно декламирует текст:
Хоанофлагелляты (Choanoflagellata),-- это одноклеточные организмы, имеющие один жгутик. Спомощью жгутика клетка двигается. Ухоанофлагеллят обнаружились гены многих белков (9),которые свойственны многоклеточным организмам.Умногоклеточных животных эти белки отвечают в основном завзаимодействие сокружающими клетками. Многоклеточный организм не может существовать без этих белков. Но одноклеточному организму они абсолютно не нужны. А вот и другой пример одноклеточного дальнего предка, который и сейчас с нами активно сотрудничает. Его зовут дрожжи. Наши эволюционные пути разошлись примерно 1 миллиард лет назад. Но при этом, хоть в дрожжах нет и следа кровеносных сосудов, oни содержат гены, которые командуют ростом кровеносных сосудов у позвоночных (19).
Терпеливый учитель(устало):
Мы придаем слишком большое значение этой генетике. Кто знает, что еще откроют в этой науке! Дарвин и его последователи основывались не на генетике, которой тогда еще не существовало, а на внешнем и поведенческом различии видов. А там все ясно - пчелка никак не похожа на человека, а обезьяна очень даже похожа. Не будем же отрицать очевидное.
Гугольщицане унимается и продолжает зачитывать:
Общий предок млекопитающих и членистоногих достаточно примитивные существа вроде рачка жившие около 500 миллионов лет назад. Но при этом анатомия и физиология насекомых и людей весьма схожи. И мы и они обладаем мозгом, сердцем желудочно- кишечным трактом мускулами, потребляем кислород. Более того многие наши органы состоят из одинаково типа клеток. Например, скелетные мускулы жучка устроены из такого же волокна, как и наши мускулы. Жировые клетки и у них и у нас распределены по всему телу и ткань состоит из липидных клеток, выделяющие иногда гормоны. Мозг жучка состоит из тысяч нейронов таких же, как и у нас. Они стареют и страдают от таких же болезней - например рак. В социальной жизни они независимо от нас и от птичек придумали распевать песни для привлечения партнеров по жизни. Они, как и мы защищают свою территорию. Пчелы обладают способностью к решению абстрактных математических задач (оптимизация пути между цветками).Самцы сверчков демонстрируют рыцарское поведение защищая своих подруг от нападения и подвергаясь опасности погибнуть, а их социальное поведение похоже во многом на наше. Когда сверчки сражаются друг с другом то если за ними наблюдают другие сверчки, то схватка намного более ожесточенна, а победитель исполняет ликующий танец победы. Ну и как было показано исследователями, муравьи обучают менее опытных своих коллег находить пропитание.
Зануда хочет что-то сказать, но Школьница отличница быстро перебивает его и, глядя в сторону учителя, выпаливает:
А вдруг - эволюция может идти в обратную сторону? Из каких-то многоклеточных появились одноклеточные и несут в себе ненужную им сейчас информацию о предках - то есть потомках...
Школьник- оппортуниствпервые проявляет интерес и иронично вставляет:
Тогда все та информация о будущем, что мы находим в предках - это просто результат того, что какой-то человек превратился в одноклеточное, пройдя по дороге назад всю эволюцию. Так что у нас две теории - одна обычная эволюция Дарвина и потом Дарвин наоборот - чтобы замести следы!
Школьница отличница (испугано)
Нет-нет! Я хотела сказать, что, возможно, все те приспособления для многоклеточной жизни, что обнаружили у одноклеточных, служили совсем другой цели у одноклеточных- тоже очень полезной.
Терпеливый учительпродолжает механически кивать.
Это очень правдоподобно!
Школьник философ(неожиданно вмешивается)
Я вот попал на ваш урок и удивляюсь - ведь в моем классе лингвистики мы обсуждаем сходные проблемы. В мире есть масса языков. У каждого свой ДНК - звуки или фонемы. У каждого свое функциональное устройство - грамматика. У каждого своя история эволюции. Мутации, переход к следующему поколению, принятие генов из похожих видов. Виды, Семейства и т.д. Эволюция грамматики. Мы тоже задаем вопрос - а был ли единый предок у всех языков? И если был - то что его заставляло меняться? И при этом оставаться цельным языком?
Зануда (с любопытством):
И что же вы обнаружили?
Философ:
Мы думаем, что когда-то был единый язык (10). Количество фонем или генов меняется от языка к языку. У племени Бушменов их 200, а вот в Английском всего 46. Чем ближе к Африке - тем больше фонем. Исходный много-фонетичный язык возник около 100 тысяч лет назад в Африке. Чем больше популяция - тем меньше изменений. Чем меньше - тем быстрее она меняется. Разница в этих фонемах соответствует миграции человека из Африки по всему миру также подчиняясь тем же законам что и настоящие гены. Получается, что усложнение языка происходит одновременно с уменьшением фонем или генов. Чем дальше от источника - тем меньше разнообразия генов. Это очень похоже на закономерность в разнообразии генов человека. Чем дальше от Африканского источника - тем меньше разнообразия в разнообразии - и каждое следующее ответвление все больше отличается от другой ветви. Но обратим внимание - ничего нового практически не добавляется к первоисточнику - а наоборот, происходит уменьшение строительных блоков. Зато эти блоки используются каждый раз по-другому.
Школьница отличница:
Получается, что при эволюции языка мы не приобретаем, а скорее теряет гены языка. А как же так получается, что каждая модификация или диалект - это абсолютно цельный язык co своими правилами и богатством? Это, как если бы кто-то терпеливо строил домики из кубиков, а потом соседский мальчик хулиган подходил, выбрасывал, не глядя какие-то кубики, затем их слегка перемешивал - и возникали новые дома или даже дворцы? Можешь объяснить?
Терпеливый учитель (не дожидаясь ответа):
Не надо путать нас неправильными аналогиями. В процессе любой эволюции организмы усложняются. Так что фонемы фонемами, а гены - генами.
Гугольщицане выдерживает и зачитывает:
У микроскопического речного рачка дафнии оказалось больше генов, чем у любого другого животного из тех, чьи геномы уже расшифрованы (11).Дафнии относятся к планктонным организмам и обитают в пресноводных водоемах. В зависимости от условий дафнии могут размножаться половым или бесполым путем, регулируя при этом пол своих потомков - либо это будут только самки, либо только самцы. В геноме D. pulex содержится как минимум 30,9 тысячи генов - для сравнения, в геноме человека насчитывается около 23-25 тысяч генов. D. pulex содержит зачастую неработающие гены - их содержание в геноме рачков также примерно втрое больше, чем в ДНК других организмов.
Зануда (с любопытством):
Так получается, что у наших предков было не меньше генетического багажа, чем у нас?
Школьник оппортунист поднимает руку и, не дожидаясь разрешения встает и начинает говорить:
Я не хотел бы спорить с теорией эволюции Дарвина! Напротив - я хочу использовать все ее аргументацию для анализа одного мысленного эксперимента. Мы все знаем, что масштабы времени -это довольно субъективная вещь. У мошки, проходящей всю свою жизнь за один день, скорость процессов и восприятие времени сильно отличается от нашего. Представим себе, что развитие живого организма от эмбриона - до его взросления является предметом изучения некой внеземной цивилизации. То, что для нас 1 секунда - для них миллион лет. То, что для нас 1 миллиметр - для них тысячи километров. В руки пришельцев попал лишь один экземпляр homo sapiens (как и у нас только одна планета с жизнью). За одну секунду человеческой жизни они воспринимают его как скопление всевозможных животных и растений, раскиданных на огромные расстояния друг от друга (эквивалентно разному типы клеток, тканей и органов). Они видят множественное разнообразие и, как полагается настоящим ученым, пытаются построить теорию. Но, вначале, они занимаются классификацией и обнаруживают, что животные одного вида живут, как правило, вместе. Есть рыбо-образные существа ( эритроциты), которые мигрируют в реках (кровеносных сосудах) по всей планете. Они переносят пищу (кислород) другим существам, показывая восхитительные примеры факты симбиоза. Но рядом с ними в этих же реках свирепствуют хищники (макрофаги и лимфоциты), которые агрессивно нападают на мирно пасущихся зверей (микробов), которые хоть немножко отличаются своим генетическим кодом от туземцев. Правда, существуют чужаки, которых почему-то oни не трогают. На планете соседствуют примитивные растительные создания (волосы) и сложнейшие существа (нейроны), которые, собравшись в биллионных колониях, живут вместе, никого не подпуская близко, и общаются между собой при помощи сложного языка, который явно свидетельствует об их разуме и разнообразной культуре.
Наши пришельцы, будучи сильно продвинуты в своей технологии, создают приборы и методы, позволяющие определить время возникновениях тех или иных животных, их расселение по планете и все остальные факты, необходимые для построения настоящей науки. Они открывают, что вначале были совсем примитивные одинокие существа (первые клетки). Затем эти клетки научились копировать, интенсивно размножались и заселяли планету (первые 10 недель в наших единицах - так называемый период эмбриогинеза). А потом, как сорвавшись с цепи, происходит бурное развитие эволюции - и появляется, как по волшебству, невероятное разнообразие новых видов. (Подобно кембрийскому взрыву(14) на планете Земля связанный со ошеломляюще быстрым появлением множества новых организмов 540 миллионов лет назад за очень короткий период времени). Существа размножались и постепенно эволюционировали в различные виды, хоть внешне непохожие друг на друга - но обладающие тем же генетическим материалом. Дерево эволюции причудливо разветвляется. Каждый тип существ находит свою экологическую нишу. Кто-то научился добывать пищу почти из любого органического материала при помощи мощнейших кислот (клетки желудка), а кто-то питается остатками попавшими из желудка в многочисленные реки (кровь). Эти существа любят социальную жизнь и организуются в сообщества (печень, сердце, почки, легкие, мозг). Каждое из сообществ специализируется в своей области. Всего развивается 220 видов. Одна из ветвей пройдя несколько удачных этапов увенчивает эволюцию созданием цивилизации разумных высших существ - Нейронов. Эти Нейроны построили многомиллиардную колонию со своим языком, культурой и разными народами. На планете сосуществуют и те, кто появился миллион лет назад и самые поздние виды. Как же все это объяснить?
Приходит время и один из самых смелых и пытливых пришельцев докладывает о своей новой революционной теории эволюции. Вот его теория:
Все виды борются между собой за ресурсы питания на планете . То, что получает один вид недополучает другой. Поэтому идет непрерывная борьба за существование. Она является движущей силой эволюции и прогресса. И вот как шел этот процесс:
--
Вначале некое случайное появление первого одноклеточного существа (эмбрион).
--
Оно умело размножаться и планета стала заполнятся его примитивными копиями (есть хронологические доказательства что чем раньше - тем примитивнее).
--
Иногда могут происходить случайные мутации, которые ошибочно задействуют неправильные участки кода. Это приводит к гибели. Но порой происходят полезные мутации, и тогда возникают новые виды.
--
Эти мутации закрепляются в новом поколении. Животные множатся (дублируя себя), и новые виды передвигаются в неизведанные уголки планеты и там создают свои колонии.
--
Полезные мутации ведут процесс к совершенствованию, пока наконец на планете не возникает венец творения - Homo Neuronus, живущий в огромном мегалополисе который именуют Brain. Этот наиболее изощренный вид ненасытно отбирает ресурсы у более слабых, и с ним никто не может вступить в конкуренцию.
Мощнейшее свидетельство в пользу этой теории - это то, что есть структурная близость у родственных видов, которая соответствует их времени возникновения. (Подобно тому как пре-исторические рептилии на земле были предками змей и птиц.) Так, например, из примитивных животных под названием эктодерма образовались похожие - в подгруппе эпидермис, породившие в свою очередь, волосы, ногти, кожные железы. Другая подгруппа была предком нервной системы и эпителий органов чувств. Древний, не сохранившийся вид энтодерма, породил зверей слизистого пищеварительного тракта, а также железистые структуры вроде щитовидной железы. Был еще один прародитель - мезодерма, который в дальнейшем мутировал в мускулатуру скелета и еще несколько видов.
Есть в этой теории некие детали, которые мешают ей стать совершенной. Например, не найдено промежуточных видов, но возможно они еще будут обнаружены. Но это частности. А главное - нет никакой другой рациональной теории, которое так хорошо укладывалась в научные данные.
На этом этапе я заканчиваю с мысленным экспериментом. У кого-то есть возражения в отношении теории эволюции?
Терпеливый учитель:
Пожалуй, очень логичная теория!
Школьник оппортунист:
Вот так и принимали наши пришельцы эту теорию. Пока в одни прекрасный день один из пришельцев ученых сумел выловит прото-зверя (на нашем языке этот архаичный и довольно беспомощный зверек называется эмбриональная стволовая клетка - ЭСК) и при помощи всевозможных воздействий сумел превратить некий примитивный вид под названием фибробласт в прото-зверя ЭСК). А другие ученые сумел из прото-зверя сотворить разные виды вроде почечных зверюшек (13). Таким образом было показано, что всю эволюцию можно пройти в обе стороны ускоренным путем - без естественного отбора и мутаций.
Встает Школьник фантазер. Достает тетрадку и зачитывает:
-Я вот записал на прошлом уроке все доказательства теории эволюции. Но то, что я услышал на этом уроке, наводит на очевидную мысль. Кажется, всем уже понятно, что наша эволюция удивительно похожа на управляемую экспрессию генов. А это значит, что Геном нашего прародителя уже включал в себя все возможные функции и программы. Эти программы запускаются в нужное время и в подходящих условиях. Если у всех живых существ заложена функция глаза - все что надо - в нужное время и в нужном месте ее раскрыть. При помощи естественного отбора, конечно. И если у вас заложена функция хвоста, как у дельфина - ее надо только раскрыть, когда надо будет уйти в море. Есть такое слово unfolding - раскрытие. Следовательно, вся эволюция - это процесс раскрытия unfolding готовых, но скрытых (hidden) функций. Так же, как одна клетка зародыша превращается в миллионы различных клеток организма, абсолютно несхожих друг с другом. Можно сказать, что и они превращаются и изменяются под воздействием окружающей среды так же, как в курином яичке, ничего не произойдет, пока его не разогреть. Отличие от эмбриогенеза в том, что в процессе эволюции какие-то функции то есть части генома выпадали за ненужностью, хотя далеко не все. Всем нам необходим резерв и потенциал приспособляемости- на всякий случай. В этом смысле у наших предков было намного больше возможностей, чем у нас. И они реализовывали эти возможности, включая или выключая разнообразные программы, которые были заложены внутри генома. Вредные и бессмысленные мутации происходят все время и ничего нового не привносят, разве что случайно нажимается нужная кнопка и происходит unfolding.
Возможно, что эволюция - это комбинация раскрытия и потери ненужных функций, происходящий по заложенной программе, либо вызываемый определенными внешними условиями. В нас заложена целая библиотека функций - готовая и совершенная. Ее работа уже запрограммирована и поэтому мы получаем каждый раз гармонично работающий организм, от хамелеона до собаки. Будучи включена, эта библиотека в нужное время или в определенных условиях раскроет под-библиотеку. Она запускает нужные виды в ту среду, которая для этого предназначена, так же как дифференциация клеток происходит в подходящее время и в заранее предопределенном месте. Так фотосинтезирующие бактерии готовили в течении пары миллиардов лет кислородную атмосферу для следующего шага программы. Пока все не приготовлено к очередному кембрийскому взрыву и фейерверку unfolding. Мы не приобретаем новые качества - а раскрываем заранее приготовленные в нужной последовательности.
И давайте обратим внимание что гусеница по внешнему виду похожа на бабочку гораздо меньше, чем человек на динозавра. Но это превращение происходит в том же геноме - и не за миллионы лет, а за несколько часов. Природа нам просто демонстрирует на глазах у привыкшей ко всему скучающей публики свои возможности превращений- может быть пришло время присмотреться?
Дошли ли мы до конца в нашем unfolding или нам еще предстоит превратиться в человека амфибию или летучего ангела - мы не знаем. Возможно, часть функций уже безвозвратно утеряна. Но нет никаких оснований полагать что программа остановилась. Ведь у нас пока что нет доступа к шифру программы. Но, учитывая относительно короткое время, прошедшее от превращения языка племени бушменов в лаконичный английский на котором упражнялся Шекспир - все еще впереди.
Терпеливый учитель, ужасаясь:
Что получается? Не естественный отбор через мутации, а неестественный отбор или выбор программ из готовой библиотеки функций? А кто заложил эти функции?
Фантазер (лаконично)
- Очень компетентный программист.
Философ (задумчиво)
Но если был программист - значит мы -и вся живая природа, включая нас самих - это хитро запрограммированные органические роботы! И то, что продукты деятельности наиболее совершенных типов этих роботов так напоминает заложенные в них алгоритмы - не сильно удивляет! Ведь то что они генерируют построено тем же алгоритмистом, что запрограммировал их самих!
Оппортунист
Только как же ты объяснишь что у нас, у роботов -есть сознание?
Философ
Во-первых, с чего ты решил, что оно у нас есть!
Терпеливый учитель (явно не понимая, о чем идет речь)
Мы вроде бы говорили о библиотеке функции?
Зануда (придя ему на помощь)
Так я понимаю, что при помощи сочетания этих активации и скрытия разных функций можно создать что угодно? Многоголового дракона и летающего слона Дамбо? Говорящую рыбу и человека амфибию? Дюймовку и мальчика - с- пальчик? Человека-оборотня и русалку? Трехглавого Цербера и Медузу Горгону?
Фантазер:
Несомненно! Так же, как и нет ограничения языкам, которые можно сотворить, пользуясь определенными правилами, смешивая их между собой заменяя целые части и звуки. Специально или случайно. Конечно требуется еще один алгоритм - самый интересный. Который позволяет смешанным кубикам каждый раз превращаться во что-то, осмысленное! Так же, как и фразы которые мы строим из грамматических правил как правило осмысленны.
Философ:
По-твоей идее, эволюция начинается с набора деталей конструктора - это самые первые одноклеточные существа, возникшие на планеты. Ее кубики. Кубики множатся. Есть правила-или алгоритм игры. Запусти его и начнут генерироваться новые виды из первоначальных кубиков. Эти виды взаимодействуют между собой и всем остальным видом - и получаются новые совершенные и жизнеспособные виды из этих же или почти из этих кубиков. Так заселяется и усложняется планета. Или..
Школьница отличница - перебивает:
Та же идея - на уровне эмбриогенеза. Есть первая клетка. В ней есть набор генов. Это кубики. Они заставляют клетку множится. Затем какой-то кнопкой включается алгоритм программы. Эта кнопка извлекает готовый хорошо спрятанный механизм. Происходит unfolding, который открывает во дворце новую комнату, превращает данную клетку во что-то, совершенно непохожее на свою предыдущую форму. Получаются новые типы клеток. Они взаимодействуют между собой и окружающей средой, вновь открываются дверцы, включается механизмы и получаются новые клетки. Так растет и усложняется организм.
Философ:
Нy, а если мы заглянем в более короткие временные масштабы - не миллионы лет, нужные для возникновения новых видов, и не месяцы - как в формировании организма, а минуты и секунды то....
Школьница отличницавновь перебивает его:
Мы имеем дело с мгновенной экспрессией генов. Клетка, получив команду от внешнего фактора, может произвести белок в течении минут секунд или часов - в зависимости от размера этого белка (20). Этот белок, как ключик, открывает замки в тайных комнатах в совершенно в другом месте организма, вызывая экспрессию другого белка, для того чтобы произвести нужное воздействие, которое приведет к раскрытию новых свойств целого организма. И вновь - все система приготовлена к очередному unfolding при помощи нажатия кнопки в нужном месте.
Философ:
У меня тоже есть пример. Вот возьмем...
Школьница отличница перебивает его:
Возьмем, например, способ общения между людьми. Как мы уже сказали, способность издавать и воспринимать звуки - приготовлена предыдущими шагами эволюции. И опять тот же способ его развития. Сначала кубики или кирпичики- фонемы. Так же, как и кирпичики - аминокислоты. Первый язык эволюционирует из фонем в последующие при помощи определенного алгоритма. Так же как из аминокислот строится организм. Но как? Ведь кирпичики не знают, как им надо выстаиваться чтобы построить дворец. Так и сами фонемы остаются бессмысленным мычанием если нет способа построить из них внятную речь. Возможно наш мозг хранит алгоритм как произвести любой язык? И все что требуется - это активировать его?
Возможно опять unfolding? Каждая его модификация из разных комбинаций этих фонем совершенна сама по себе, в независимости от того, как возникла. В процессе своей эволюции языки взаимодействуют между собой и окружающим миром, усложняются и создают новые языки...
Терпеливый учитель:
Я начинаю понимать идею. Вот, например,...
Школьница отличницанетерпеливоперебивает его:
Вот, например, у нас есть структуры какого-то языка. Внутри этого языка из этих структур по какому-то алгоритму строятся литература, поэзия и т.д. - все что называется культура. При этом процесс ее возникновения может быть очень быстрым - как будто все было приготовлено заранее. Каждая его модификация из разных комбинаций этих я совершенна сама по себе, в независимости от того, как возникла. В процессе своей эволюции эти культуры взаимодействуют между собой и окружающим миром, усложняются и создают новые языки...
Оппортунист пытается возразить:
Но все же есть одно место - наша личность или мозг. Там никаких скрытых, заранее приготовленных личностей не найдешь. Есть только одна личность! Игра в прятки закончилась!
Гугольшица,которая давно ничего не говорила, радостно вскакивает и начинает зачитывать:
При диссоциативном расстройстве идентификации (dissociativeidentitydisorder (DID)) человек идентифицируется одновременно с несколькими личностями, как бы в нем существующими (15). Эти личности могут быть разных национальностей, полов,иметь разные имена, обладать совершенно разными способностями, свойствами характера и наклонностями и т.д. При этом, в определённые моменты в человеке происходит "переключение", и одна личность сменяет другую. Более того - одна личность может быть больна, например,диабетом, а другая - полностью здорова (16). Одна личность левша - другая правша.
Оппортунист (по привычке продолжая спорить)
Тот факт, что это возможно у каких-то психически больных людей, не говорит еще о том, что у здоровых людей заготовлены все способности и наклонности в скрытом виде и случайное нажатие кнопки может открыть дверь или осуществить unfolding в несуществующие комнаты.
Гугольшица радостно продолжает:
Науке известны случаи, когда травма головы открывала в человеке новые способности (suddensavant) . Например после того как торговец мебелью Пэджетт был избит в баре и с трудом оправился после серьезная травмы мозга у него появилось математическое видение мира (17). Или обычный врач ортопед после удара молнией становится пианистом и композитором или девушка, переболевшая тяжелым тифом, приобрела способности к выполнению сложных математическихвычислений, или ребенок после тяжелой мозговой травмы стал лепить с невероятной точностью скульптуры (18).
Философ (опасливо смотрит на Школьницу отличницу):
Мы может продолжать еще дальше... Виден тот же подчерк! И всюду работает идея раскрытия чего-то, заложенного в самой основе...и некого таинственного алгоритма, позволяющего при нажатии кнопки произвести раскрытие как бы заранее приготовленной...новой клетки - новой ткани - нового вида - нового языка - новой культуры - новой личности - новых способностей. Двигаясь каждый раз по новому уровню, подготовленному предыдущем кругом.
- A все же, может быть, еще не все кнопки нажаты? И лягушка может превратиться в принцессу? И если я выпрыгну сейчас из окна - то, может быть, я осуществлю unfolding и у меня откроются крылья?
Все хором, включая учителя, с энтузиазмом кричат:
Прыгай! Прыгай! Обязательно откроются....
Ссылки
1. Nilsson, D. E., GislИn, L., Coates, M. M., Skogh, C., & Garm, A. (2005). Advanced optics in a jellyfish eye. Nature, 435(7039), 201-205.
2. Garm, Anders, Fredrik Andersson, and Dan-E. Nilsson. "Unique structure and optics of the lesser eyes of the box jellyfish Tripedalia cystophora." Vision research 48.8 (2008): 1061-1073.
3. Herman, Jacob J., and Sonia E. Sultan. "DNA methylation mediates genetic variation for adaptive transgenerational plasticity." Proc. R. Soc. B. Vol. 283. No. 1838. The Royal Society, 2016.
4. Enard, Wolfgang, et al. "Molecular evolution of FOXP2, a gene involved in speech and language." Nature 418.6900 (2002): 869-872.
5. Geisler, Jonathan H., and Jessica M. Theodor. "Hippopotamus and whale phylogeny." Nature 458.7236 (2009): E1-E4.
6. Freitas, Renata, et al. "Hoxd13 contribution to the evolution of vertebrate appendages."