Теорія Дарвіна та її спростування

Такое сходство геномов многоклеточных организмов различных уровней сложности трудно объяснить в рамках дарвиновской концепции эволюции как системы, усложняющейся прогрессивно.
 

Эмбриология

В ходе развития организма формируются многочисленные органы и ткани. В последние годы были достигнуты огромные успехи в понимании того, как из начального яйца, представляющего собой одну клетку, и делящегося на две (и далее несколько) одинаковых клеток; развивается организм со сложной морфологией, множеством систем органов и сотнями различных тканей.

На ранних стадиях развития формируется общий план строения; это происходит с помощью морфогенов – веществ, индуцирующих образование, из тех или иных клеток эмбриона, определенных частей тела. Эти вещества диффундируют внутри эмбриона, образуя, под воздействием силы тяжести, градиенты концентрации морфогенов. Эти градиенты определяют далее оси организма: (верх-низ, право-лево, т.д.) Далее, вдоль осей формируются сегменты, и позднее внутри сегментов формируются системы органов

Формирование сегментов зародыша регулируют семейство генов Hox. Каждый из генов Hox регулирует формирование отдельного сегмента: головы, груди и т.д.

При этом оказывается, что общий план развития организма на анатомическом и генетическом уровне аналогичен у всех типов животных. Однако, согласно Дарвину, построение эволюционного древа по данным зоологии точно предполагает, что существуют, по крайней мере, две основных ветки эволюции, одна – первичноротые организмы, заканчивающаяся членистоногими, и другая – вторичноротые организмы, заканчивающаяся хордовыми и человеком; при этом утверждается, что эти ветки разошлись примерно на уровне очень примитивных червей. В связи с этим удивительно, что и у хордовых и у членистоногих функционально аналогичные системы органов управляются одинаково.  Например, функционально сходные крылья насекомых и птиц (появившиеся, в соответствии с концепцией Дарвина, совершенно независимо друг от друга, и каждая в рамках процесса случайных мутаций и накопления мелких выгодных изменений и не имеющие поэтому никаких эволюционных связей между собой) контролируется одинаковыми способами – хотя при этом у их общего предка, червей, не было вообще никаких крыльев и механизма управления ими.

Другой пример: у червей, предполагаемых общих предков хордовых и членистоногих, не было глаз – и, следовательно, по теории Дарвина глаза у хордовых и глаза у членистоногих возникли совершенно независимо друг от друга через накопления случайных мутаций. Тем не менее, ген, включающий развитие глаза (т.е. воздействующий на клетку эмбриона так, чтобы из нее вырос глаз) у хордовых и членистоногих, практически один и тот же, он называется Pax6. В эксперименте слепым мухам (членистоногим) с мутацией в этом гене внедрили в ногу аналогичный ген-выключатель, ответственный за развитие глаза у мышей (хордовых), в результате чего мышиный ген-выключатель вызвал у мухи на ноге (в месте внедрения гена) развитие нормального глаза мухи.

Необходимо отметить, что глаза млекопитающих во многом принципиально отличны от глаз мух. Но при этом оказалось, что программы развития этих морфологически отличных, но функционально сходных органов, – включаются одним и тем же способом! Трудно представить себе, как вообще можно было бы объяснить этот факт в рамках концепции дарвинизма.

Еще один интересный случай аналогичной генной регуляции функционально сходных структур у двух разных эволюционных веток организмов мы можем видеть на примере механизма формирования речи человека и механизма обучения птиц пению. Нейробиологи обнаружили, что один и тот же ген FoxP2 является ключевым компонентом как певческих способностей у птиц, так и формирования речи у человека. Особенность (и подобие) человеческой речи и пения птиц состоит в том, что обе эти функции обучаемы (т.е. человек не рождается уже умеющим говорить, он учится этому от других людей в процессе взросления, и также птицы учатся петь одна у другой) – и оказалось, что эта обучаемость в обоих случаях зависит от гена FoxP2 (и если он поврежден, то данная особь – не обучаема). Интересно отметить, что ген FoxP2 имеется не только у человека и птиц, но он был найден и у многих других животных, включая, например, даже таких молчунов, как крокодилы. Однако у поющих птиц и у человека этот ген активно включается в определенной зоне мозга, зоне Брока, в то время как у неговорящих и непоющих животных этот ген хотя и имеется, но в зоне Брока не функционирует. И еще раз отметим, что ни у общих предков, ни даже у близких видов, никакой похожей функции не существует.

Таким образом, мы сталкиваемся с проблемой возникновения новых сходных качеств в параллельных ветвях эволюции, которых не было у общего предка, и эти качества контролируются одним и тем же образом. Все это наводит на мысль, что подобные качества и функции были «внедрены» в организмы заранее, хотя они и никак не проявляли себя у их общих предков. 

Отметим еще одну особенность Hox-генов, отвечающих за основные программы развития организма. Исследования показали, что последовательность Hox-генов на хромосоме в точности соответствует порядку развития сегментов, которые они кодируют (т.е. они выстроены на хромосоме в точном порядке «от головы до хвоста» животного). Такая система расположения генов в хромосоме никак не объясняется концепцией Дарвина, в представлении которой различные элементы возникали в случайной последовательности. Более того, эта последовательность не следует ни из каких известных соображений строения хромосом и генетики вообще. С другой стороны, соответствие порядка «записей в хромосоме» функциональным свойствам генов и порядку кодируемых ими органов наводит на мысль о заранее задуманном точном плане организма – плане, которого можно было бы ожидать от инженера, заранее чертящего план будущего дома.
 

Новая модель эволюции

Предложение новой модели

В связи со всеми вышеупомянутыми проблемами, мы предлагаем ниже новую модель эволюции. Наша модель предполагает, что многоклеточные организмы появились в начале Кембрийского периода в результате особого события, «вмешательства извне», когда организмы получили «универсальный геном».

Мы не знаем природы этого события и оставляем вне нашего рассмотрения вопрос о том, было ли это «актом Творения» или вмешательством какой-то другой, внешней по отношению к нашей жизни на земле Силы; но мы считаем, что не представляется возможным объяснить существующие факты как естественный «внутриземной» процесс.

Итак, наша модель предполагает, что все многоклеточные организмы, относящиеся к различным типам, обладали универсальным геномом. Все эти группы появились одновременно (Кембрийский взрыв в палеонтологии), и поэтому геномы различных многоклеточных так похожи. В универсальном геноме была записана информация об устройстве всех основных сегментов и систем органов у всех типов животных. Тем самым, организм, принадлежащий к каждому из типов, имел в своих генах информацию о развитии любого другого типа. Однако в одних организмах включались одни программы развития, а в других – другие. Эта разница во включении программ определила то, что одни животные стали червями, а другие хордовыми. Другими словами, мы утверждаем, что черви не обладают сердцем, легкими и мозгом не потому, что этого нет в их геноме – но из-за того, что требующиеся для этого эмбриональные программы не «включаются» у них – несмотря на то, что код этих программ закодированы в их геноме.

Это не означает, что исходные программы кембрийского периода полностью соответствуют существующим сегодня. Программы развития в универсальном геноме могли изменяться, при этом они могли как локально улучшаться, так и что-то терять. Более того, наша модель не отрицает, что локальные улучшения могли происходить даже и в соответствии с концепцией Дарвина, т.е. «небольших случайных изменений и закрепление полезных из них» – однако, с точки зрения нашей концепции, это касается только деталей, и «доводка» происходит после того, как все основные органы уже существуют (или, иначе говоря, после того, как с самого начала базовая информация об устройстве основных систем была заложена в организмы).

При этом, поскольку самыми примитивными многоклеточными являются кишечнополостные, то мы предполагаем, что искать универсальный геном нужно именно у них.
 

Потеря генов

Как известно, у примитивных организмов часто не находят определенных генов, присутствующих у более развитых форм. Например, у плоских червей отсутствуют белки семейства EphR, которые выполняют важные функции у человека. Теория Дарвина, конечно, объясняла этот факт таким образом, что человеческие гены развились из генов червей в результате прогрессивной эволюции, и поэтому новые гены появились в процессе этой эволюции. Однако, предлагаемое нашей моделью альтернативное объяснение заключается в том, что исходно у червей эти гены были, но впоследствии потерялись из геномов из-за неиспользования. Иными словами, в процессе эволюции имела место потеря неиспользуемой генетической информации. Из такого предположения может быть сделано экспериментально проверяемое предположение – а именно, что у организмов, более примитивных, чем черви, эти гены могли сохраниться.

Действительно, сравнивая геномы, мы можем легко убедиться, что примеров потери генов в эволюции имеется множество, однако, до недавнего времени мало кто отдавал себе отчет в том, что потеря генов – это явление массовое и часто параллельное «прогрессивной эволюции». Например, геномы примитивнейших кишечнополостных несут удивительно развитые системы регуляторных генов. У человека эти системы генов нужны для различных программ эмбрионального развития, но что эти гены делают у кораллов и медуз – абсолютно непонятно и необъяснимо с точки зрения дарвиновской концепции. Итак, существует гигантское разнообразие и сложность системы регуляторных генов у примитивнейших животных, при том, что у таких неизмеримо более развитых организмов как насекомые, многие из этих генов отсутствуют – т.е. насекомые потеряли множество регуляторных генов, которые присутствуют у кишечнополостных.

Ярким примером возможной генетической потери может послужить семейство генов Wnt, регулирующих программы развития. Млекопитающие обладают 19 генами Wnt, которые подразделяются на 12 семейств, в зависимости от их сходства и функций. Гены Wnt идентифицированы у позвоночных и беспозвоночных, но отсутствуют у растений и одноклеточных. Они относительно сходны, но их количество варьируется. У кишечнополостной гидры – 2 гена Wnt. По дарвиновской схеме следовало бы предположить, что в процессе эволюции от кишечнополостных к млекопитающим появлялись новые ткани и органы, и поэтому требовались новые гены развития, и что они были приобретены со временем. Однако недавно у кишечнополостной Nematostella vectensis были идентифицированы 12 генов Wnt, которые подразделяются на 11 семейств, точно соответствующие 11 из 12 семейств Wnt у млекопитающих. Таким образом, очевидно что у исходных кишечнополостных было по крайней мере 11, а может быть, и все 12 Wnt-семейств. Гидра потеряла 10 из них (и у нее осталось лишь 2 Wnt-гена), а анемона потеряла только 1 и у нее осталось 11.

Подводя итог, можно сказать, что недостаточность какой либо функции или органа у простейшего организма не обязательно означает их приобретения со временем в процессе эволюции, но может означать также и потерю или упрощение данных функций у этого простого организма, в ходе последних 500 млн. лет эволюции.
 

Предложение экспериментальных проверок и «естественные эксперименты»

Достоинство предлагаемой модели в том, что она дает достаточно  жесткое экспериментальное предсказание: а именно, в геномах более примитивных организмов должны быть закодированы программы развития систем органов, присущих более сложным организмам. Однако, учитывая, что со времени возникновения «универсального генома» прошло примерно 550 млн. лет, и многие системы терялись в результате неиспользования, в геномах современных примитивных организмах можно ожидать найти лишь немногие из сложных программ, и, возможно, лишь их осколки – но они непременно должны там быть. Ниже мы опишем некоторые эксперименты, которые можно поставить для проверки нашей модели. При этом весьма интересно отметить, что природа сама предоставила нам несколько экспериментов, один из которых оказался чрезвычайно ярким.

А именно, медузы семейства Cubozoa противоречат всем традиционным представлениям об эволюции. Чрезвычайно сложные органы зрения могли бы сделать их весьма «зоркими», если бы животное обладало достаточно развитой нервной системой для обработки воспринимаемой информации – чего, конечно, у медузы нет.

Tripedalia cystophora, живущая в тропических водах, имеет 24 «глаза». 16 из них – обычные фоторецепторы, которые присутствуют у многих медуз и служат лишь  для измерения силы света. Однако, кроме фоторецепторов, у этих медуз есть 8 глаз, сгруппированных по два – один большой и один маленький. Эти глаза у медузы очень сложны, они обладают хрусталиком и сетчаткой, и в целом чрезвычайно похожи на глаза млекопитающих. Поле зрения составляет почти 360 градусов, но медуза неспособна сфокусировать взгляд на окружающих объектах. Интересно, что хотя хрусталик очень совершенен и  способен создавать четкое изображение, его фокусное расстояние очень велико, так что зрительный образ располагается вне сетчатки (которая, соответственно, не может его воспринять). Таким образом, видеть объекты медуза не может, она может видеть лишь тени. Более того, реально зрение требовало бы активного участия головного мозга, который вообще отсутствует у медуз. (Нервные клетки, разбросанные по всему телу медузы и образующие отдельные узлы, не могут выполнять «специальные» задачи – такие, как обработку сложных изображений).

В рамках дарвинизма совершенно непонятно, каким образом у медуз мог «случайно» возникнуть столь сложный и абсолютно «бесполезный» орган, не дающий эволюционных преимуществ и не существующий ни у одного из близких видов. Однако, в соответствии с новой моделью эволюции, этот феномен легко объясним: программа развития глаза уже существовала у медуз и могла в результате мутации случайно включиться у вида, которому она не предназначена. При этом программа эта, конечно, не идеальна и, более того, могла слегка «подпортиться» в результате неиспользования в течение долгого времени или в результате самой мутации; а поэтому хрусталик обладает неправильным фокусным расстоянием.

Интересно отметить, что у кишечнополостных также присутствует ген Pax6, который нужен для развития глаз у млекопитающих и у насекомых (у самих кишечнополостных глаз, естественно нет). Более того, если взять этот ген у анемоны и подсадить слепой мухе, то у нее тоже появится глаз, как это и в опыте с  пересадной мухой гена Pах6 от млекопитающих. Таким образом, и морфологически и генетически системы зрения у нас и у медуз очень сходны.

Аналогично этому «природному эксперименту» прямая проверка нашей гипотезы заключалась бы в том чтобы «включать» у примитивных организмов программы развития органов, которых у них нет, но которые при этом есть у более сложных организмов. Например, направлением экспериментов могла бы быть попытка с помощью пересадки «включателя» получить четырехкамерное сердце (и, соответственно, двух кругов кровообращения) у лягушки. Как известно, у лягушек и других амфибий сердце трехкамерное, и венозная кровь смешивается с артериальной. Переход к четырехкамерному сердцу – это развитие принципиально новой системы, связанное с большим количеством изменений в кровеносных сосудах, которое представляет собой гигантский эволюционный скачок. Однако этот скачок в ходе эволюции происходил, по крайней мере, три раза, и при этом (по Дарвину) независимо – у млекопитающих, у птиц и у крокодилов. Поэтому мы можем предположить, что и для более простых, в эволюционном смысле, существ требуется лишь небольшое изменение для «включения» этой программы, и его нам будет несложно получить экспериментальным путем.