БАКТЕРИИ. ЭВОЛЮЦИЯ ИЛИ АДАПТАЦИЯ?

В заключение давайте рассмотрим еще и примеры «эволюции бактерий». Хотя я уже говорил выше - Вы имеете полное право вообще выкинуть такие «примеры» из рассмотрения. По той причине, что нас, прежде всего, интересует, каким образом на Земле появилось потрясающее разнообразие форм организмов. А большинство известных примеров «эволюции бактерий» не имеют к этому вопросу никакого отношения - в этих примерах изменялось что угодно, но только не морфологические признаки бактерий.

Бактерии вообще очень бедны морфологическими признаками. Что там можно особенно анализировать? Шарики, да палочки (кокки и бациллы). Еще цепочки из шариков и изогнутые палочки (стрептококки и вибрионы). И еще гроздья из шариков и палочки, изогнутые спиралью (стафилококки, спириллы и спирохеты). Вот, собственно, и всё «разнообразие» (грубо говоря). Разве сравнится такое морфологическое «разнообразие» всех бактерий с числом морфологических признаков хотя бы только у одного кузнечика (или бабочки), с многочисленными деталями которых можно знакомиться, наверное, неделю, рассматривая их в бинокуляр.

В общем, обсуждать эволюцию форм у бактерий – весьма неблагодарное занятие вследствие крайней бедности этих самых форм. И только актинобактерии с цианобактериями вносят хоть какое-то дополнительное разнообразие в это «царство шариков и палочек».

Но самое главное не это. А то, что бактерии (по крайней мере, некоторые) морфологически никак не изменились за 2-3 млрд. лет их предполагаемой эволюции на планете Земля.

Вот что по этому поводу сказал академик РАН Георгий Александрович Заварзин в своем докладе: [177]

Палеонтологически время появления цианобактерий, морфологически сходных с современными, относят к 2,7 млрд. лет назад. Эти цианобактерии можно определить по современным определителям. Таким образом, цианобактерии представляют персистентную группу и если оценивать эволюцию по численности особей (биомассе) и устойчивости, то они представляют вершину прогрессивной эволюции.

А вот что Г.А. Заварзин написал по поводу целых бактериальных сообществ (Заварзин, 2001):

… Поверхность строматолита (возраст 2.2 млрд. лет) из района Петрозаводска такая же, как у корочки высушенного циано-бактериального мата из лагун Сиваша; другой строматолит (возраст 0.8 млрд. лет) имеет своим аналогом термофильный циано-бактериальный мат с острова Кунашир…

При разнообразии в деталях циано-бактериальные сообщества сохраняют свою архитектуру и состав на протяжении всей геологической летописи. Более того, микропалеонтологи утверждают, что микрофоссилии цианобактерий, возраст которых более 2 млрд. лет, можно классифицировать по современным определителям синезеленых водорослей. Не происходило ни изменений, ни эволюции, выходящей за рамки изменчивости, приуроченной к местообитаниям. Следовательно, изучая современные циано-бактериальные сообщества можно составить представление о микробной биосфере протерозоя…



То есть, мало того, что цианобактерии никак не изменялись на протяжении практически всей истории жизни на Земле. Так они не изменялись еще и целыми бактериальными сообществами.

Помимо поразительных фактов, приведенных академиком Заварзиным, совсем новая научная публикация (Schopf et al., 2015) озвучила полностью аналогичную картину в отношении уже другой группы бактерий. Из этой публикации мы узнаем, что окаменевшие сообщества древнейших серобактерий возрастом 1.8 миллиарда лет, найденные в Западной Австралии, во-первых, оказались идентичныокаменевшему сообществу таких же бактерий возрастом 500 миллионов лет. А во-вторых, эти же (древнейшие) бактериальные сообщества оказались идентичны сообществам современных серобактерий, открытых у побережья Южной Америки в 2007 году (Schopf et al., 2015).[178]

Таким образом, получается пикантная ситуация. Со стороны верующих дарвинистов это весьма зажигательно – доказывать эволюцию живых существ на примере таких биологических созданий, которые вообще не изменялись на протяжении 2 млрд. лет по факту (во всяком случае, каким-нибудь видимым образом).

Кроме этого, имеются и другие серьезные особенности бактерий, которые наводят на размышления - а корректно ли вообще рассматривать примеры с «эволюцией бактерий» в качестве аналогии эволюции любых других живых существ?

Прежде всего, бактерии радикальным образом отличаются от эукариот[179] строением своих клеток. Бактерии устроены гораздо проще и имеют массу отличий от эукариотических клеток, как биохимически, так и морфологически (Рис. 60):

Рисунок 60. Слева схематичное строение бактериальной клетки. Справа схематичное строение эукариотической клетки (пропорции не соблюдены - эукариотические клетки обычно в 10-20 раз больше бактериальных клеток).



Кроме того, бактерии разделяются еще и между собой, и тоже радикальным образом (в биохимическом плане). Настолько, что это потребовало разделения всех бактерий на два отдельных домена – эубактерии и архебактерии, несмотря на их морфологическое сходство друг с другом. Различия между тремя только что озвученными группами живых существ настолько радикальны, что сейчас некоторые авторы предлагают вообще разделять всю существующую на Земле жизнь на три разных формы: эубактерии, архебактерии и эукариоты (Шаталкин, 2004).

Естественно, возникает вопрос, корректно ли переносить те механизмы эволюции, которые мы можем обнаружить у одной формы жизни – на другую форму жизни?

Например, уникальной чертой бактерий является их способность достаточно легко обмениваться между собой разными генами. То есть, осуществлять тот самый горизонтальный перенос генов, который у эукариот напрямую пока еще никто не наблюдал. Зато в мире бактерий горизонтальный перенос является наблюдаемым явлением. Бактерии могут поглощать куски ДНК других бактериальных клеток, например, в ходе процессов коньюгации или трансформации. При этом какие-то отдельные чужие гены вполне могут быть «усвоены» бактерией, поглотившей соответствующую молекулу ДНК, ранее принадлежавшую другой бактерии. Крайне интригующим обстоятельством здесь является то, что поглощенные гены, в принципе, могут быть вообще не от родственной бактерии, а от какой-нибудь удаленной (в таксономическом отношении). Получается, что гены вообще всех видов бактерий, обитающих на каком-нибудь общем участке, в принципе, можно считать единым «генетическим пулом» всех этих бактерий. Особенно те гены, которые находятся в плазмидах, то есть, в тех молекулах ДНК, которыми бактерии обмениваются чаще всего. Стоит ли говорить, что именно в плазмидах, например, нередко сосредоточены гены устойчивости к тем или иным антибиотикам?

Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей.

Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл (Gorilla beringei beringei), которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий – на эволюцию горилл?

Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет.

Итак, с одной стороны (у бактерий) колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны (у эукариот), популяции меньшего размера (сразу на несколько порядков), с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений?

Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды. Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один (или даже несколько) необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях.

А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. особей. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений (!), чтобы среди них, наконец, нашлась отдельная особь с нужной мутацией. Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15-20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции (адаптации?) бактерий и механизмы эволюции (адаптации?) слонов?

Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация. Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации – прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет. Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай (как и у всех позвоночных животных) имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез (в лимфоцитах), в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции.

Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми. Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим. В таком случае живое существо имеет возможность заранее подготовиться к изменению среды, опираясь на уже имеющуюся информацию.

Например, если Вы голодны, а Вам в этот момент протягивают шампур с жареным шашлыком (Вы видите жареное мясо и чувствуете его запах), то в это время было бы полезно, если бы у Вас уже «потекли слюнки». То есть, чтобы Ваш организм немедленно начал готовиться к успешному поглощению пищи. В этом случае Вы работаете как бы на опережение событий – выделяете слюну уже при виде жареного мяса.

Благодаря нашему знаменитому соотечественнику Ивану Петровичу Павлову, все мы уже со школьной скамьи узнаём, благодаря чему наш организм может эффективно предугадывать события. Это происходит благодаря выработке условных рефлексов в нашей нервной системе.

А вот бактерии – не имеют нервной системы. И соответственно, не имеют и условных рефлексов. Однако «работать» на опережение событий они умеют. Без всякой нервной системы. Потому что они имеют громадную численность колоний. Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение».

Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову (Марков, 2009б):

…Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов (кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae) способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений.

…У организмов, лишенных нервной системы, в том числе у одноклеточных, способности к прижизненному обучению резко ограничены. Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции. Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК. Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных…

Как видим, даже самые верующие дарвинисты (в лице Александра Маркова) понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания.[180] И наоборот, высшие организмы, с их крайне малыми численностями популяций (в сравнении с бактериями) не могут позволить себе такую роскошь, как реагирование на быстрые и часто непредсказуемые изменения среды обитания с помощью лишь естественного отбора случайных мутаций. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы.

В связи с этим возникает вопрос. А что мы, собственно, наблюдаем у бактерий, когда они демонстрируют нам очередное приспособление к «сиюминутным» изменениям среды с помощью мелких генетических изменений и естественного отбора? Мы наблюдаем эволюцию этих бактерий? Или же мы наблюдаем просто адаптацию этих бактерий? То есть, может быть, обсуждаемые генетические изменения бактерий и не ведут никуда дальше таких вот мелких приспособлений к локальным особенностям окружающей среды? Возможно, конкретно у бактерий - это просто способ выживания такой – всё время подвергаясь мелким генетическим изменениям… тем не менее, оставаться всё теми же бактериями с незапамятных времен и до сегодняшнего дня. То есть, этакий «бег на месте». Можно ли назвать это эволюцией?

Действительно, получается противоречие – «эволюция» бактерий путем случайных мутаций и естественного отбора идет так быстро, что позволяет бактериальным колониям отвечать на постоянно изменяющиеся вызовы среды чуть ли не в режиме реального времени, почти заменяя в этом отношении формирование рефлексов у высших животных… Но когда мы смотрим на конечные результаты подобной «эволюции», то тут выясняется, что бактерии так и не удосужились измениться хотя бы как-нибудь за 2 миллиарда лет! Этих 2-миллиардолетних бактерий можно определять по современным определителям. Причем некоторые группы бактерий никак не изменялись целыми сообществами (см. выше).

Так может быть, бактерии – это просто такие организмы, которые имеют такую специфическую стратегию реагирования на мелкие изменения окружающей среды - с помощью случайных мутаций и естественного отбора. А вовсе не эволюционируют подобным способом?

Тем более что бактерии отличаются еще одной уникальной особенностью, которая позволяет им, в отличие от высших организмов, свободно использовать в качестве источника полезных инноваций обычный поток случайных мутаций. Дело в том, что бактерии имеют геном очень маленького размера. Поэтому они устойчивы к так называемому «храповику Мёллера». Действительно, проблема «храповика Мёллера» весьма актуальна для организмов с огромным размером генома и слабыми темпами размножения. Представьте себе подобный организм под потоком обычных случайных мутаций, из которых 90% мутаций вредны для выживания, а полезна только одна мутация на миллион. Понятно, что если геном имеет большой размер, а энергия размножения при этом низка, то поток случайных мутаций скорее «разломает» этот геном, чем чего-то там улучшит, даже если естественный отбор будет стараться изо всех сил противодействовать поломке генов. Всё равно поток слабо-вредных мутаций будет постепенно ухудшать качество геномов большого размера, за счет постепенного накопления слабо-вредных мутаций (если темпы размножения данного организма низки).

А вот бактерии, имея крошечный геном и одновременно огромную энергию размножения, вполне могут позволить себе роскошь терять огромное число особей (вплоть до целых линий или даже колоний), оказавшихся чересчур нагруженными вредными мутациями. При этом выигрывать «гонку» (в скорости размножения) будут многочисленные линии, оказавшиеся свободными от вредных мутаций. И уж тем более, линии, которым посчастливилось получить полезную мутацию.

Итак, перефразируя известную поговорку про Юпитера и быка, мы можем с полным основанием сказать:

- Что позволено бактерии, не позволено быку.

То есть, приводить в качестве доказательства возможности эволюции быков по механизму случайные мутации+естественный отбор - примеры мелких генетических изменений у бактерий – не слишком корректно (или даже совсем не корректно).


6088330835953977.html
6088410763285559.html
    PR.RU™