Казалось бы 80 лет назад в спорах между приверженцами Ламарка и дарвинистами поставил точку тест Лурии — Дельбрюка. Забавно, что тест этот задумывали, чтобы доказать адаптивную гипотезу Ламарка. Каково же было удивление экспериментаторов, когда результаты опыта разбили их надежды.
Итоги эксперимента опубликованы в 1943 году. Все источники заверяют, что эксперимент очень прост, но в реальности на этом вся простота и заканчивается. Человеку, далёкому от генетики, понять его логику очень непросто.
Тест Лурии — Дельбрюка
Коротко суть теста Лурии — Дельбрюка такова: бактерии E. Coli помещали в пробирки с жидкой средой, а после нескольких циклов делений им добавляли убийственный для них антибиотик, после чего считали выжившие колонии.
Проверке подлежали две распространенные в первой половине 20-го века гипотезы:
1. Мутации происходят спонтанно, независимо от внешней среды (Дарвин).
2. Мутации возникают как результат приспособления к среде (Ламарк).
Первую версию подтверждало бы незначительное количество выживших колоний, имеющих хаотическое распределение в силу возникновения случайных мутаций у нескольких поколений E. Coli. Вторая гипотеза подтвердилась, если бы адаптивные изменения возникали при контакте с антибиотиком. Тогда выжившие колонии должны быть распределены более-менее равномерно.
Однако эксперимент, проведенный многократно и в различных вариациях, вторую гипотезу не подтвердил. Дисперсия выживших колоний была чудовищной. Ни о каком приспособлении к среде говорить не приходилось.
Эксперимент Джона Кернса
Дарвинисты торжествовали, про Ламарка забыли на пятьдесят лет, вплоть до 1988 года, когда Джон Кернс опубликовал в журнале “Nature” статью “О природе мутаций”, которая вызвала большой переполох в узких кругах.
В работе учёный описал концепцию, разработанную в результате изучения вариаций у бактерий. Кернс предположил, что бактерии могут контролировать, где и как у них происходят мутации.
Это предположение противоречило одному из фундаментальных законов Дарвина, согласно которому мутации в популяции возникают случайно и не зависят от требований окружающей среды.
Эксперимент Кернса довольно похож на предыдущий, с той лишь разницей, что несчастных бактерии E. Coli теперь не травили антибиотиком, а морили голодом. Брали туже кишечную палочку, но только не способную поедать лактозу и помещали в среду, содержащую одну лактозы. Больше есть было нечего. Или помирай, или переходи на углеводы.
И если в первый день результаты опыта ничем не отличались от результатов, полученных в опыте Лурии — Дельбрюка, то со второго в случае с лактозой ситуация поменялась. Клетки в среде без лактозы, т.е. у них нет еды, но отсутствие еды — это не смерть. По крайней мере, не быстрая смерть. Голодающие клетки голодают, "с завистью смотрят на тех, кто начал расти с самого начала". А потом некоторые из них вдруг получают какой-то стимул - и тоже начинают расти...
Что вы думаете? За доказательство дарвиновской случайности ученым Лурии и Дельбруку вручили Нобелевскую премию в 1969 году, а Кернсу, посеявшему в ней сомнения - нет. Вместо этого Национальными институтами здоровья и Национальным научным фондом США выделил миллионы долларов в виде грантов, чтобы разобраться, что за ненаучная ерунда происходит с кишечной палочкой.
И выяснили! Потребовалось 15 лет, чтобы объяснить селективность изменений в опытах Кернса неким стрессом. Всего-то за несколько миллионов долларов удалось самим себе доказать, что стресс, вызванный в данном случае голоданием, приводит к гипермутабельности.
Типа кишечная палочка, лишенная еды, впадает в депрессию, часто-часто делится, а, делясь, совершает множество ошибок (мутаций). Ну а чем больше ошибок, тем больше шансов появления именно той мутации, которая позволит поедать лактозу.
Вот так! Здорово ведь.
Объяснение изменений стрессом в эксперименте Кернса вполне себе логично. Можно, конечно, вывести подобным образом любую идею, особенно за несколько миллионов долларов.
Это так, к слову. А теперь самое интересное.
Опыты Рудольфа Барангу и Филиппа Хорвата
Речь пойдет о специальной CRISPR/Cas системе в ДНК. Она есть почти у всех бактерий, за исключением многоуважаемых E. Coli и ещё некоторых. Состоит CRISPR/Cas система из участка ДНК, называемого CRISPR-кассетой, в котором 30 повторов по три витка спирали ДНК.
Открыта CRISPR-кассета ещё в прошлом веке, но вплоть до 2005-го года никто знать не знал, зачем она нужна. Рядом с этими кассетами обычно находятся гены, названные Cas. Все, что было известно про эти гены до недавних пор, — это только их название.
Ученые Рудольф Барангу и Филипп Хорват не планировали никаких научных прорывов. Работая в компании DANISCO, которая производит стартовые культуры для молочной промышленности (йогурты, сыры и т.д.), они отбирали устойчивые к бактериофагу штаммы молочные бактерии Streptococcus thermophilus.
По сути, ученые попросту раз за разом повторяли тест Лурии-Дельбрюка, но доказывать никому ничего не собирались. С заводов компании им присылали «испорченные» культуры, из которых требовалось вывести такие же, но только устойчивые к внешнему воздействию. Большинство штаммов гибло, но нашлись и такие, которые успешно выживали.
Выяснилось, что у стойких к вирусу штаммов была по непонятной причине изменена CRISPR-кассета. А именно, в кассетах обнаруживался идентичный участок с геномом того вируса, к которому приобреталась устойчивость. Грубо говоря, вирус переставал узнавать бактерию как жертву и начинал воспринимать за своего.
Вот такая военная хитрость на бактериологическом фронте!
Ученые до сих пор не знают, как всё это происходит. Ведь для добавления участка генома вируса в CRISPR-кассету клетки, эта клетка должна быть заражена. А это должно привести к гибели клетки, но клетка не гибнет. Вне зависимости от непонимания наукой этих процессов, теперь точно доказано, что существуют не только случайные изменения (мутации).
Что из этого следует?
Во-первых, стоило лишь сменить бактерию и стройное доказательство спонтанности мутаций посыпалось, как карточный домик. Нет, для кишечной палочки оно неоспоримо, однако обобщения, сделанные из эксперимента Лурии-Дельбрюка, мягко говоря, преувеличены.
После их эксперимента более полувека считалось, что то, что «справедливо для Е.coli, верно и для слона». Теперь можно с уверенностью сказать, что механизм случайных мутаций существует лишь для кишечной палочки, да ещё для нескольких бактерий.
Уже в отношении молочных бактерий это будет спорным.
А ведь это всего лишь бактерии. И у них есть механизм, пока никому непонятный, реагирования на внешнее воздействие. При чем воздействие не длящееся, а мгновенное. Это, по сути, как если бы приговорённый к расстрелу после команды «Огонь!» попросту поймал летящую в него пулю.
Помните фильм «Матрица»? Так вот, то, что так впечатляло в Нео, для бактерии Streptococcus thermophilus – обычное дело.
Во-вторых, если уж у молочных бактерий есть механизм молниеносной реакции, который не повернётся назвать случайным даже фанатичным дарвинистам, то вполне возможно, что такой механизм не один. Легко предположить, что неслучайных механизмов адаптации может быть множество.
Между тем никакой революции в научных умах не произошло. Лишь некоторые генетики негромко говорят о синтезе Ламарка и Дарвина. И все.
Любопытно: Рудольфу Барангу и Филиппу Хорвату Нобелевскую премию не дали, хотя их открытие имеет огромное практическое значение не только в производстве сыра Рокфор и Бри. На основе открытого ими механизма, ученые рассчитывают победить рак.
Механизм неслучайных изменений ДНК научно доказан на генетическом уровне, но никто об этом не кричит. В школах не переписывают учебные программы по биологии, в интернете почти ничего, в новостях - ни слова. Я вообще сомневаюсь, что кто-нибудь об этом слышал, кроме ограниченного круга специалистов.
В википедии лишь появился специальный раздел «Проблема случайности мутаций», в котором крайне сухо сообщается о «целенаправленных» мутациях в механизмах иммунитета высших организмов.
Мне одному кажется что "целенаправленная мутация" - это попытка натянуть сову на глобус? Мутация на то и мутация, что у нее нет и не может быть никакой цели. Мутация - это ошибка, сбой, подберите любой синоним. Это все равно, как если бы учитель хвалил двоечника за целенаправленные ошибки: "Молодец, что так целенаправленно пишешь "сонце" вместо "солнце", путаешь вычитание и сложение, Африку с Азией, Мао с Зевсом и класс с туалетом. Садись, пять."
Целенаправленное изменение в ДНК происходит как отклик на изменение внешней среды, но это уже не мутация, а адаптивное изменение.
Между тем кто-то продолжает ожесточенно спорить и доказывать, что нет истины, кроме как от Дарвина, а Ричард Доккинз публикует книгу «Самое грандиозное шоу на Земле: Доказательства эволюции», в которой пишет: «я еще не встретил серьезного биолога, который бы указал на альтернативу естественному отбору как движущей силе адаптивной эволюции».
И ведь не врет, наверное. Не встречал.
Благодарю за прочтение. Если было интересно, подпишитесь, чтобы не пропустить новые статьи.
Невозможно изложить в нескольких коротких статьях все разнообразие аргументов. Поэтому, если тема интересна, читайте книгу "Евангелие от Дарвина. Эволюция доверия".
Читайте еще на канале: