Эволюция

метод для эволюционных исследований абсолютно по всем признакам

раздельнополых форм. Поэтому особую ценность метод представляет для

изучения эволюции человека, таких ее признаков, как темперамент, интеллект,

функциональная асимметрия мозга, вербальные, пространственно-зрительные,

творческие способности, юмор и другие психологические свойства, к которым

традиционные методы не применимы.

6. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АСИММЕТРИЯ МОЗГА И ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСО- БЕННОСТИ

Долгое время ее считали привилегией человека, связывая с речью,

праворукостью, самосознанием, полагали, что асимметрия вторична - следствие

этих уникальных особенностей человека. Сейчас установлено, что асимметрия

широко распространена у плацентарных животных, большинство исследователей

признают также и разницу ее выраженности у мужчин и женщин. Дж. Леви

считает, например, что женский мозг подобен мозгу мужчины-левши, т. е.

менее асимметричен, чем у мужчины-правши.

С позиций теории пола, более асимметричный мозг у мужчин (и самцов

некоторых позвоночных) означает, что эволюция идет от симметрии к

асимметрии [7]. Половой диморфизм по асимметрии мозга дает надежду понять и

объяснить различия в способностях и наклонностях мужчин и женщин.

Известно, что у наших далеких филогенетических предков были боковые глаза

(у человеческих эмбрионов ранних стадий развития они располагаются так же),

зрительные поля не перекрывались, каждый глаз был связан только с

противоположным полушарием (контралатеральные связи). В процессе эволюции

глаза переместились на лицевую сторону, зрительные поля перекрылись, но

чтобы возникла стереоскопическая картина, зрительная информация от обоих

глаз должна была сосредоточиться в одной области мозга.

Зрение стало стереоскопическим только после того, как возникли

дополнительные - ипсилатеральные - волокна, которые соединили левый глаз с

левым полушарием, правый - с правым. Значит, ипсилатеральные связи

эволюционно моложе контралатеральных, а потому у мужчин они должны быть

более продвинуты, т. е. ипсилатеральных волокон в зрительном нерве больше.

Поскольку объемное воображение и пространственно-зрительные способности

связаны со стереоскопией (и количеством ипсиволокон), у мужчин они должны

быть развиты лучше, чем у женщин. И в самом деле, психологам хорошо

известно, что в понимании геометрических задач мужчины намного превосходят

женщин, как и в чтении географических карт, ориентировании на местности и

т, д.

Как возник психологический половой диморфизм, с точки зрения теории пола?

Нет принципиальной разницы в эволюции морфофизиологических и

психологических или поведенческих признаков. Широкая норма реакции женского

пола обеспечивает ему более высокую, чем у мужского пола, пластичность

(адаптивность) в онтогенезе. Это относится и к психологическим признакам.

Отбор в зонах дискомфорта у мужского и женского пола идет в разных

направлениях: благодаря широкой норме реакции женский пол может "выбраться"

из этих зон за счет воспитуемости, обучаемости, конформности, т. е. в общем

- адаптивности. Для мужского пола такой путь закрыт из-за узкой нормы

реакции; только находчивость, сообразительность, изобретательность могут

обеспечить ему выживание в дискомфортных условиях. Иными словами, женщины

приспосабливаются к ситуации, мужчины выходят из нее, найдя новое решение,

дискомфорт стимулирует поиск.

Поэтому мужчины охотнее берутся за новые, требующие поиска, неординарные

задачи (часто выполняя их вчерне), а женщины лучше доводят решение знакомых

задач до совершенства. Не потому ли они преуспевают в тех видах

деятельности, в которых можно обойтись хорошо отшлифованными навыками,

например в работе на конвейере?

Если овладение речью, письмом, любым ремеслом рассмотреть в эволюционном

аспекте, можно выделить фазу поиска (нахождения новых решений), освоения и

фазу закрепления, совершенствования. Мужское преимущество в первой фазе и

женское во второй выявлено в специальных исследованиях.

Новаторство в любом деле - миссия мужского пола. Мужчины первыми осваивали

все профессии, виды спорта, даже вязание, в котором сейчас монополия женщин

неоспорима, изобрели мужчины (Италия, XIII в.). Роль авангарда принадлежит

мужчинам и в подверженности некоторым болезням и социальным порокам. Именно

мужской пол чаще подвержен "новым" болезням, или, как их называют, болезням

века,; цивилизации, урбанизации - атеросклерозу, раку, шизофрении, СПИД'у,

а также социальным порокам - алкоголизму, курению, наркомании, азартным

играм, преступности и т.д.

По теории, должны существовать и два противоположных типа психических

болезней, связанных с авангардной ролью мужского пола и арьергардной -

женского.

Патология, которая сопровождается недостаточной асимметрией мозга, малыми

размерами мозолистого тела и большими передней комиссуры, должна в два -

четыре раза чаще встречаться у женщин, аномалии с противоположными

характеристиками - У мужчин. Почему?

Если по количественному признаку нет различий между полами, то

распределение его значений в популяции часто описывается гауссовой кривой.

Две крайние области такого распределения и есть зоны патологии - "плюс" и

"минус" отклонения, от нормы, в каждую из которых мужские и женские особи

попадают с равной ве"роятностью. Но если половой диморфизм существует, то у

каждого пола признак распределяется по-своему, образуются две раздвинутые

на величину полового диморфизма кривые. Поскольку они остаются внутри

общепопуляционного распределения, то одна зона патологии окажется

обогащенной мужскими особями, другая - женскими. Кстати, так же объясняется

характерная для населения почти всех стран мира "половая специализация"

многих других болезней.

Приведенные примеры показывают, как "работает" теория пола лишь в некоторых

проблемах человека, в действительности, она охватывает гораздо больший

массив явлений, в том числе и социальный аспект.

Поскольку диморфное состояние признака свидетельствует о том, что он на

"эволюционном марше", максимальными должны быть различия по самым последним

эволюционным приобретениям человека-абстрактному мышлению, творческим

способностям, пространственному воображению, юмору, именно они должны

преобладать у мужчин. И действительно, выдающиеся ученые, композиторы,

художники, писатели, режиссеры - в основном мужчины, а среди исполнителей

много женщин.

Проблема пола затрагивает очень важные области интересов человека:

демографию и медицину, психологию и педагогику,исследование алкоголизма,

наркомании и преступности, через генетику она связана с экономикой.

Правильная социальная концепция пола нужна для решения проблем рождаемости

и смертности, семьи и воспитания, профессиональной ориентации. Такая

концепция должна строиться на естественной биологической основе, ибо без

понимания биологических, эволюционных ролей мужского и женского пола нельзя

правильно определить их социальные роли [8].

Здесь приведены лишь немногие общебиологические выводы теории пола, с

единых позиций объяснены разнообразные, ранее непонятные явления и факты,

упомянуты прогностические возможности. Итак, подытожим. Эволюционная теория

пола позволяет:

1 ) предсказать поведение основных характеристик раздельнополой популяции в

стабильной (оптимальной) и движущей (экстремальной) средах;

2) дифференцировать эволюционирующие и стабильные признаки;

3) определить направление эволюции любого признака;

4) установить фазу (пройденный путь) эволюции признака;

5) определить среднюю скорость эволюции признака: V= диморфизм /дихронизм

6) предсказать шесть разных вариантов онтогенетической Динамики полового

диморфизма, соответствующих каждой фазе филогенеза;

7) предсказать направление доминирования признака отцовской или материнской

породы у реципрокных гибридов;

8) предсказать и вскрыть "реликты" дисперсии полов и полового диморфизма в

области врожденных патологий;

9) установить связь между возрастной и половой эпидемиологией.

Итак, специализация женского пола по сохранению генетической информации, а

мужского - по ее изменению достигается гетерохронной эволюцией полов.

Следовательно, пол - это не столько способ размножения, как принято

считать, сколько способ асинхронной эволюции.

Поскольку представленная здесь работа - плод теоретических размышлений и,

обобщений, нельзя не сказать несколько слов о роли теоретических

исследований в биологии. Естествознание, по словам известного физика,

лауреата Нобелевской премии Р. Милликена, движется на двух ногах - теории и

эксперименте. Но так обстоят дела - в физике, в биологии же царит культ

фактов, она до сих пор живет наблюдениями и экспериментом, теоретической

биологии как таковой, аналога теоретической физики не существует. Конечно,

это связано со сложностью живых систем, отсюда и скепсис биологов,

привыкших идти традиционным путем - от фактов и экспериментов к обобщающим

выводам и теории. Но может ли наука о живом по-прежнему оставаться сугубо

эмпирической в "век биологии", который, по признанию многих современников,

идет на смену "веку физики"? Думается, что и биологии пора встать на обе

ноги.

7. Стратегии эволюции и кислород

Так некогда в разросшихся

хвощах

Ревела от сознания бессилья

Тварь скользкая, почуяв на

плечах

Еще не появившиеся крылья.

Н. Гумилев

ИСПОКОН веков людей волновал вопрос, как возникли живой мир и они сами.

Кажущаяся непостижимость происхождения организмов во всей их сложности и

совершенстве неизменно толкала человечество к религии. Действительно, как

можно, не прибегая к Создателю, объяснить появление живых существ во всем

их необычайном разнообразии? Случайные блуждания в "трехмерном

пространстве" почти бесконечного количества возможных вариантов конечно же

не в состоянии объяснить, почему мы оказались в данный момент в данной

точке эволюционного пути.

Дарвин, введя понятие естественного отбора, ограничил рамки этих блужданий,

как бы переведя поиск из трехмерного пространства в плоскость. Но и после

Дарвина остались большие проблемы. Естественный отбор хорош для

количественного совершенствования частных признаков живых существ. Легко

представить себе, как отбор случайных мутаций позволил оптимизировать длину

и форму передней конечности двуногого ящера, которая использовалась для

хватания. Но как из этой конечности получилось крыло археоптерикса? Ведь

здесь потребовалось возникновение и закрепление в потомстве десятков (если

не сотен) новых признаков, и каждый из них не только не давал особи каких-

либо преимуществ в борьбе за существование, но фактически не мог не

ухудшать выполнения прежней функции конечности, уже оптимизированной для

хватания естественным отбором.

Блуждание по плоскости вряд ли может решить вопрос. Необходимо прочертить

на ней бороздку, попав в которую, шарик с неизбежностью прикатится в нужную

точку. Требуется сократить еще одно измерение и от двухмерного пространства

перейти к одномерному.

В этой статье предпринята попытка объяснить, каким образом можно было бы

преодолеть ограничение, налагаемое естественным отбором при возникновении

качественно новых сложных функций живых систем.

8. ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР МОГ БЫ СТАТЬ ТОРМОЗОМ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОГРЕССА

Прогрессивная эволюция посредством естественного отбора в современном

понимании должна включать в простейшем случае следующую цепь событий:

- случайное появление мутации или какого-либо другого изменения в том или

ином гене;

- изменение той биологической функции, которая зависит от данного гена;

- закрепление изменения, если оно дает преимущества в борьбе за

существование, как результат победы мутанта в конкуренции с особями, не

имеющими полезной мутации (выживание наиболее приспособленных).

Подобная схема вполне пригодна для тех случаев, когда речь идет о мутации,

которая приносит немедленную выгоду. Однако она не работает, если полезные

свойства возникают только за счет последующих мутаций в данном или других

генах. И уже совсем плохо, если мутация в первых поколениях вредит

мутантам, а польза может произойти лишь в отдаленном будущем - когда

появится большое число новых мутаций. В последнем случае естественный отбор

должен препятствовать, а не способствовать, прогрессу.

Во введении уже упоминалось, что превращение передней лапы ящера в крыло

требует множества отдельных мутаций, которые никак не могут произойти

одновременно. Если бы передняя конечность постепенно видоизменялась в

крыло, это неизбежно привело бы к кардинальному ухудшению "хватательной"

функции, причем еще до того, как завершилось формирование функции

"летательной". Сквозь сито естественного отбора не прошли бы промежуточные

формы, передние конечности которых уже не могли использоваться в прежних

целях, но еще совсем не были приспособлены к полету. Каким же образом

вывести промежуточные формы эволюции из-под давления естественного отбора?

Можно, конечно, предположить, что динозавр имел возможность пожертвовать

старой (хватательной) функцией, которая в силу изменившихся условий стала

менее важной, чем быстрота бега. Такой пример как будто бы являют собой

тираннозавры с их совсем маленькими передними конечностями. Размахивая

зачатками крыльев, предшественник археоптерикса мог бы прибавить в

скорости, еще не научившись летать. Однако, чтобы оставаться в рамках

концепции естественного отбора, нам пришлось бы признать, что каждый

следующий шаг в формировании крыла непременно улучшал беговые качества

динозавра. Такую стратегию по принципу "Ни шагу назад!" вряд ли можно

назвать гибкой и универсальной, коль речь зашла о столь сложной задаче, как

покорение воздушного океана. Появление любого нового качества было бы

крайне затруднено, если бы каждое из предшествующих ему количественных

изменений непременно давало организму какие-то сиюминутные выгоды. Легко

представить себе, как ускорился бы эволюционный процесс при условии, что

существуют специальные механизмы эволюции, которые защищают промежуточные

формы от давления естественного отбора.

9. r- И К-СТРАТЕГИИ

В 1967 г. Р.Макартур и Е.Уилсон, анализируя динамику численности популяций,

предложили r- и К-коэффициенты [1]. Мы не будем рассматривать их

математический смысл, а используем эти коэффициенты для обозначения двух

стратегий эволюционного развития живых существ. r-Стратегия предполагает

бурное размножение и короткую продолжительность жизни особей, а К-стратегия

- низкий темп размножения и долгую жизнь. В соответствии с r-стратегией

популяция развивается на переломных этапах своей истории, при изменении

внешней среды, что способствует появлению новых признаков и захвату новых

ареалов. К-стратегия характерна для благоденствия популяции в уже

захваченном ареале и при сравнительно стабильных условиях. Очевидно, что у

популяции вероятность новаций будет тем выше, чем она быстрее размножается

и чем чаще происходит смена поколений, т.е. короче продолжительность жизни

особей. Чтобы решить проблему переходных форм, r-стратегии недостаточно,

желательно дополнить ее еще одним свойством, а именно повышенной

жизнеспособностью, или лучшими качествами в борьбе за существование, на

коротком (в сравнении с К-стратегией) временном промежутке, отведенном

природой для жизни особи. Это в общем-то логично: за повышение

жизнеспособности, как и за плодовитость, приходится платить, а плата эта -

сокращение продолжительности жизни.

Если жизнеспособность особей при r-стратегии повышена, это могло бы

компенсировать отмеченные недостатки промежуточных форм, связанные с

формированием новой функции. В результате они выстояли бы в борьбе за

существование.

Приняв, что способность к переключению r- и К-стратегий есть один из

механизмов биологической эволюции, мы приходим к вопросу: а как именно оно

устроено?

Чтобы остаться в пределах представлений об эволюции как закреплении

случайно возникших новых признаков путем естественного отбора, нужно

принять также, что и переключение стратегий происходит без всякой

закономерности, а выживают те, кто выбрал стратегию, более соответствующую

данным условиям среды. В простейшем случае должен существовать какой-то

один ген или координированная группа генов, режим работы которых и

определяет выбор стратегии.

10. ОТКРЫТИЕ ЭНТОНИ МУРА: K --> r ПЕРЕХОД?

Летом 1998 г. англичанин Энтони Мур сделал сенсационное сообщение на 10-й

Европейской биоэнергетической конференции в Гетеборге [2]. Первоначально

имя Мура отсутствовало в списке докладчиков, но ему была предоставлена

возможность выступить с внеочередным докладом ввиду очевидной

неординарности результатов проделанной работы.

Автор получил трансгенное растение табака с повышенной активностью

(экспрессией) гена, который кодирует митохондриальную разновидность так

называемого белка теплового шока с молекулярной массой 70 кД (mitochondrial

Heat shock protein 70, mHsp70). В результате суперэкспрессии количество

mHsp70 увеличилось в 30 раз.

Вмешательство в геном имело поразительные последствия. Трансгенный табак

оказался вдвое выше нормального (растения культивировали в оптимальных для

роста условиях), втрое увеличилась его биомасса и скорость дыхания

митохондрий. Несколько возросла интенсивность фотосинтеза, хотя этот эффект

был куда более скромным, чем упомянутые изменения. Голландская

исследовательница Аннеке Вагнер, посетившая оранжерею Мура в Брайтоне,

сказала мне, что на первый взгляд трансгенный табак Мура внешне производит

впечатление растения какого-то другого вида.

Что же такое mHsp70 и каковы его функции?

Белки теплового шока, к которым относится и mHsp70, известны прежде всего

как "ремонтники". Они "исправляют" другие белки, если те приняли

неправильную форму или, как говорят биохимики, денатурированную

конформацию. Любой белок - длинный полимер, состоящий из сотен, а иногда и

тысяч мономеров (аминокислот), соединенных между собой пептидными связями в

единую полипептидную цепь. В рабочем состоянии она свернута вполне

определенным образом. При биосинтезе в рибосомах полипептидная цепь

образуется в развернутом виде. Ее последующее сворачивание - непременная

стадия образования зрелого, активного белка. Помогают цепи правильно

свернуться именно белки теплового шока, которые называют также шаперонами.

Однако приобретенная правильная форма может утратиться под воздействием тех

или иных неблагоприятных условий. Типичный пример - денатурация белков при

нагревании. Их ренатурацию, восстановление, ведут все те же белки теплового

шока, количество которых возрастает в ответ на нагревание.

У растений разновидности таких белков имеются в цитозоле, хлоропластах (где

осуществляется фотосинтез) и митохондриях (органеллах, ответственных за

внутриклеточное дыхание). mHsp70 "прописан" в митохондриях. Помимо участия

в созревании 15 типов белков, синтезируемых в этих органеллах, и их

ренатурации mHsp70 играет важнейшую роль в импорте митохондриями белков,

синтез которых происходит в цитозоле (их подавляющее большинство - около

500). Роль эта двоякая. Белки импортируются в развернутом виде: как только

передняя часть полипептидной цепи показывается внутри митохондрии, она

связывается с mHsp70, что по некой еще не совсем ясной причине ускоряет

затягивание оставшегося полипептида. Кроме того, mHsp70 участвует в

правильном сворачивании развернутой полипептидной цепи.

Помимо перечисленных функций (правильное сворачивание вновь синтезируемых и

импортируемых белков, ускорение белкового импорта и восстановление

правильной конформации белков митохондрий) за mHsp70 замечено еще одно

свойство, роль которого остается загадочной и поныне: он связывает

каталитическую субъединицу митохондриальной эндонуклеазы с массой 50 кД -

фермента, расщепляющего ДНК митохондрий в строго определенных участках.

Пока трудно сказать, какое из свойств mHsp70 служит причиной удивительных

изменений в фенотипе трансгенного табака. Однако простейшим представляется

следующий вариант:

- резкое увеличение количества mHsp70 ускоряет импорт цитозольных белков и

созревание митохондриальных, в том числе ферментов дыхания и дыхательного

фосфорилирования, ответственных за синтез аденозинтрифосфата (АТФ) -

универсальной энергетической валюты клетки [3]. (По данным Мура, скорость

импорта белков митохондриями оказалась у трансгенного табака в 3.5 раза

выше, чем в норме.);

- ускорение дыхания дает дополнительные количества АТФ, т.е. улучшает

энергообеспечение клеток табака;

- улучшенное энергообеспечение стимулирует рост растения.

Согласившись с такой логикой событий, мы приходим к вопросу: почему в норме

уровень mHsp70 столь низок, что лимитирует работу митохондрий? Не потому

ли, что максимальная активность систем митохондриального дыхания имеет

опасный побочный эффект? Известно, что около 98% кислорода, потребляемого

митохондриями при дыхании, превращается в воду, в то время как оставшиеся

2% дают супероксид (O2-·)за счет паразитных химических реакций,

происходящих в начале и середине дыхательной цепи. Из супероксида затем

образуются перекись водорода (H2O2) и гидроксил-радикал (ОН·) - сильнейший

окислитель, который разрушает любые вещества живой клетки [4]. Увеличение

потока электронов по дыхательной цепи от субстратов дыхания к кислороду

неизбежно влечет за собой повышение продукции супероксида, а стало быть, и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5