Журнал «Компьютерра» № 35 от 25 сентября 2007 года - Компьютерра

Но как возникли эти механизмы? Как определились места, где допускаются мутации? Как возник сам генетический код? Такие вопросы можно продолжать бесконечно.

А.М.: Да, и я отвечу только на первый из них: точно известно, откуда в иммунной системе взялись белки, отвечающие за вырезание и комбинирование кусочков генома. Они были получены извне. Существуют похожие на вирусы мобильные генетические элементы – транспозоны. Они не так легко, как вирусы, передаются "по горизонтали", но иногда это случается. Главная же особенность транспозонов в том, что они очень хорошо умеют вырезать куски генома и переставлять их с места на место. Они этим живут испокон веков. Вот они-то и принесли эти механизмы в организм позвоночных.

Простейший такой элемент имеет только один ген – ген фермента транспозазы. Этот фермент находит в чужом геноме нужное место и встраивает туда свой мобильный элемент. Когда-то в ходе эволюции произошло важнейшее событие – позвоночные животные вступили в симбиоз с этими элементами, и функция, которая эволюционно возникла для размножения транспозонов, пригодилась для создания приобретенного иммунитета.

Это очень важный принцип эволюции – а может быть, и самый главный. Без симбиоза темпы эволюции были бы в миллионы раз меньше.

Сама эукариотическая (имеющая ядро) клетка возникла в результате серии последовательных симбиозов безъядерных прокариотических клеток – они превратились в митохондрии и другие органеллы. Если бы этого не произошло, на Земле до сих пор жили бы только бактерии – ведь в природе так и не появились многоклеточные прокариотические организмы. Они не раз вплотную подходили к многоклеточности – но не могли преодолеть некий предел сложности организации.

Сапиенсы – переселенцы или захватчики?

Человек со своей уникальной способностью существовать практически в любых условиях ("одежда, жилища – вот что нам нужно" – говорил Страшила Мудрый) приспособил под жилье практически всю землю. Но так было не всегда. У человека, то есть у рода Homo, была своя родина. В начале XX века таковой считалась Юго-Восточная и Центральная Азия. Это мнение основывалось на географии самых древних находок представителей рода человеческого, то есть питекантропов. В середине века родину человека перенесли в Африку – там нашлись и человек умелый, и питекантропы, более древние, чем азиатские. А теперь нам стало известно, насколько интенсивной была эволюция гоминид в Африке 6-2 млн. лет назад, так что африканские корни человечества на сегодня выглядят практически узаконенными паспортными данными.

Почти любая группа животных или растений после выхода на эволюционную арену начинает расселяться по свету. Этот эволюционный период называется фазой расцвета. Так же и род человеческий, зародившись в африканских тропиках, пустился в путь. Можно, конечно, утверждать, что человеком двигало присущее высшему разуму любопытство или нетерпеливость, однако расселительная фаза присуща и другим земным обитателям.

Питекантропы отправились в долгий поход из Африки в Европу и Азию около 2 млн. лет назад. Они несли с собой орудия примитивной галечной культуры. Это обработанная галька и кремневые отщепы. В период потепления человек вместе со слонами и носорогами преодолел преображенную аравийскую пустыню и вышел на просторы Евразии. Самые ранние находки переселенцев датируются 1,8-1,6 млн. лет и в Юго-Восточной Азии, и в Европе. Благодаря недавним находкам, сделанным в Грузии, в Дманиси, мы знаем, что человек смог столь же рано «прописаться» и в Европе. "Человек грузинский" – так назвали свою находку исследователи этой древнейшей европейской стоянки. Они восстановили облик древнейших обитателей Грузии по челюстным костям и черепным крышкам четырех особей. Рядом с костями найдены и галечные орудия. Эти люди сочетали признаки и человека умелого, и питекантропа. Объяснить смешение признаков двух видов ученые пока не берутся. Но наиболее вероятный путь европейских питекантропов проходил по западному берегу Каспия, именно там найдено большинство раннепалеолитических стоянок. В Азии питекантропы расселялись через Иран, Индию, Казахстан и далее в Китай и на Юго-Восток.

Симбионты и биосфера

Как работает симбиоз в эволюции на более крупных масштабах?

А.М.: Иногда он работает в масштабах всей биосферы. Современную биосферу во многом создали растительноядные животные: насекомые, грызуны, жвачные. Они перерабатывают биомассу растений, поддерживают соотношение лесов, степей, болот. Есть теория (которую я разделяю), что нынешняя тундра, тайга и болота в Америке и Евразии сформировались на месте высокопродуктивных мамонтовых степей, после того как исчезли крупные травоядные, опора степной экосистемы. Сейчас в Африке, в парке Серенгети, можно видеть гигантские стада антилоп, стада слонов, носорогов – такая же картина была в Евразии и Северной Америке 10—12 тысяч лет назад. Роль травоядных животных в биосфере огромна – но парадокс в том, что они практически не умеют переваривать растительную пищу. У них так и не выработались нужные ферменты. Тем не менее свое главное дело они все же делают – за счет симбиоза. У всех травоядных в пищеварительном тракте есть симбионты, которые и переваривают растительную пищу: бактерии, инфузории, жгутиконосцы. В некотором смысле корова служит просто термостатом для развития инфузорий, да еще и обеспечивает их пищей!

То есть корова – устройство, которое создала инфузория для повышения своей приспособленности?

А.М.: Здесь была совместная эволюция – если уж прибегать к метафорам, то корова и инфузория совместно создавали друг друга. Причем заметьте, что инфузория тоже ведь не может переварить целлюлозу! Это делают бактерии, живущие в симбиозе с инфузорией. Она глотает кусочки целлюлозы и отдает их своим бактериям – а потом питается той органикой, что производят бактерии. А корова питается тем, что производит инфузория. Если бы не симбиоз, животный мир как таковой не получил бы столь мощного развития. Он был бы вообще не нужен биосфере.

Посмотрим и на растительный мир – сейчас доминируют высшие сосудистые наземные растения. Им всем нужен азот в доступной форме – нитраты или аммоний. Но они не имеют молекулярных механизмов, чтобы эти вещества производить. Перевести азот из атмосферы в усваиваемую растениями форму умеют лишь некоторые бактерии. Без симбиоза с азотофиксирующими бактериями не было бы современного растительного мира. И растительный, и животный мир основаны на глобальных симбиозах.

В эволюции участвуют симбиозы как единое целое, поэтому каждому виду не нужно создавать свои приспособления заново, с нуля. Существует обмен новшествами в пределах биосферы в широчайшем спектре: от горизонтального переноса генов до взаимодействия и кооперации в сообществах.

Тем временем оставшиеся в Африке люди изобретали новые технологии. Их ноу-хау представляло собой двухстороннее, заостренное по периметру серией мелких сколов каменное рубило, так называемый бифас. Вооруженные новой техникой и подбодренные хорошей погодой – пошла новая волна потепления, – африканские питекантропы вновь пустились в путь. Распространение бифасов и других орудий, изготовленных по той же технологии, вычерчивает на карте Евразии их путь. Это снова Ближний Восток, а оттуда транзитом в Европу и Центральную Азию, потом в Монголию и Сибирь. Эволюция выходцев второй волны привела к появлению неандертальцев. К той эпохе относятся замечательные свидетельства человеческой жизни. Пещерная стоянка, названная "Денисова пещера", сохранила непрерывные следы деятельности наших предков от 300 тысяч лет назад (а возможно, даже 500 тысяч) до современности! Археологи по каменным орудиям, кухонным остаткам, остаткам растений и животных восстанавливают образ жизни обитателей пещеры. Охотники с каменными бифасами постепенно сменялись обладателями костяных изделий. Потом на их место пришли люди с копьями, металлическими орудиями, за ними скифы, тюрки. Последний обитатель пещеры монах-отшельник Дионисий потерял там свой крест. Крест достался археологам, и именем монаха была названа эта пещера.

Еще одно удивительное свидетельство неандертальской культуры обнаружено в конце XX века в Монголии. Там в южной Гоби располагалась Кремневая долина – гигантская орудийная мастерская возрастом около 300 тысяч лет. На каждом метре этой мастерской – а площадь ее 20 кв. км! – в среднем откапывают шестьсот обработанных кремневых артефактов. По предварительным подсчетам, эта мастерская просуществовала примерно 200 тысяч лет. Так что есть все основания надеяться, что вскоре мы детально узнаем, как совершенствовались технологии азиатских неандертальцев.

Примерно 100 тысяч лет назад из Африки снова двинулся отряд людей. На сей раз в поход отправились самые передовые представители человеческого рода – Homo sapiens, которые несли с собой новые технологии и новые орудия, костяные и каменные. На просторах Азии и Европы они встретились со своими сородичами неандертальцами. Какой была эта встреча?