Рассказ Ризобия

Рассказ Ризобия

Колесо – общеизвестное человеческое изобретение. Разберите любой механизм больше чем элементарной сложности, и Вы найдете колеса. Двигатели судов и самолетов, вращающиеся дрели, токарные станки, гончарные круги – наши технологии используют колеса и застряли бы без них. Колесо, вероятно, было изобретено в Месопотамии в четвертом тысячелетии до н.э. Мы знаем, что это было достаточно труднодостижимым изобретением, поскольку у цивилизаций Нового Света их все еще не было ко времени испанского завоевания. В этом отношении предполагаемое исключение – детские игрушки – кажется настолько причудливым, что вызывает подозрение. Могло ли оно быть одним из тех мифов, который распространяется только потому, что является настолько запоминающимся, как инуитский язык, имеющий 50 слов для снега?

Всякий раз, когда у людей есть хорошая идея, зоологи привыкли обнаруживать, что она использовалась ранее в животном мире. Эта книга полна примеров, включая определение расстояния с помощью эха (летучие мыши), электролокацию («Рассказ Утконоса»), плотины («Рассказ Бобра»), параболический отражатель (морские блюдца), инфракрасный датчик с наведением по тепловому лучу (некоторые змеи), подкожный шприц (осы, змеи и скорпионы), гарпун (жгутиковые) и реактивное движение (кальмары). Почему не колесо?

Ветвь эубактерий.

Бескорневое дерево (см. «Рассказ Гиббона»), с зелеными крестами, обозначающими два предполагаемых положения истинного корня. Конец каждой ветви представляет нынешнее время. Традиционно эубактерий считали сестринской группой к остальной жизни, что равносильно корню у Копредка 39 (крест A). Однако, в отсутствие аутгрупп, нет никаких убедительных доказательств, чтобы это подтвердить. Другая возможность состоит в том, что корень лежит среди эубактерий (например, крест B), что означало бы больше пунктов свиданий. В пределах эубактерий есть значительные разногласия по поводу филогенетических отношений. Группы, использованные здесь, являются общепризнанными; а их взаимосвязи – нет. Это особенно относится к цианобактериям.

КОПРЕДОК 39

[Графика удалена]

Копредок всей существующей жизни на Земле, прокариот не имеет отдельного ядра; большая часть ДНК формирует отдельный, большой, тугой узел внутри клетки, но также можно заметить маленькие отдельные части ДНК, называемые плазмидами. Остальная часть клетки полна крошечных рибосом, которые обрабатывают генные последовательности, транслирующие ДНК через РНК в белки. 

Возможно, колесо производит на нас впечатление только при сопоставлении с нашими довольно непримечательными ногами. Прежде, чем у нас появился двигатель, приводимый в движение топливом (фоссилизированной солнечной энергией), мы легко увеличивали свою скорость с помощью ног животных. Не удивительно, что Ричард III предложил свое королевство за четвероногий транспорт, когда был в затруднительном положении. Вероятно, большинство животных не извлекло бы выгоду из колес, потому что они и без того могут столь быстро бегать ногами. В конце концов, до совсем недавнего времени все наши колесные транспортные средства перетаскивались силой ног. Мы разработали колесо не для того, чтобы двигаться быстрее лошади, а чтобы позволить лошади перевозить нас в ее собственном темпе – или немного меньше. Для лошади колесо является чем-то тормозящим.

Вот другой подход, в котором мы рискуем переоценить колесо. Его максимальная эффективность зависит от предшествующего изобретения – дороги (или другой гладкой, твердой поверхности). Мощный автомобильный двигатель позволяет обогнать лошадь, или собаку, или гепарда на твердой, ровной дороге. Но устройте гонку по дикой местности или вспаханным полям, возможно, с препятствиями или канавами в пути, и Вы потерпите сокрушительное поражение: лошадь оставит автомобиль далеко позади.

Что ж, тогда, возможно, мы должны изменить свой вопрос. Почему животные не сконструировали дорогу? Нет никаких больших технических трудностей. Дорога должна быть детской игрушкой по сравнению с плотиной бобра или украшенной ареной беседковой птицы. Есть даже некоторые роющие осы, которые усердно уплотняют почву, поднимая для этого каменное орудие. По-видимому, те же навыки могли использовать большие животные, чтобы сделать дорогу ровной.

Но это неожиданно поднимает вопрос. Даже если дорожные работы технически выполнимы, они – угрожающе альтруистическая деятельность. Если я как человек строю хорошую дорогу из пункта А в пункт B, Вы сможете извлечь такую же выгоду из дороги, как я. Почему это должно иметь значение? Потому что дарвинизм – эгоистичная игра. Постройка дороги, которая могла бы помочь другим, будет оштрафована естественным отбором. Конкурирующая особь получает такую же выгоду от моей дороги, как и я, но она не платит стоимость строительства. Халявщики, которые используют мою дорогу и не потрудились построить свою собственную, смогут сконцентрировать свою энергию на том, чтобы опередить меня в размножении, в то время как я надрываюсь на дороге. Если не будут приняты особые меры, генетическая склонность к ленивой, эгоистичной эксплуатации будет процветать за счет трудолюбивых дорожных работников. В результате никакие дороги не будут построены. Предвидя это, мы можем понять, что все проиграют материально. Но у естественного отбора, в отличие от нас, людей, с нашим большим, недавно развившимся мозгом, нет никакого предвидения.

Что в людях столь особенного, что нам удалось преодолеть наши антиобщественные инстинкты и построить дороги, которыми все мы пользуемся? О, довольно многое. Никакой другой вид не подошел так близко к состоянию всеобщего благоденствия, к организации, которая заботится о стариках, которая заботится о больных и осиротевших, которая занимается благотворительностью. На первый взгляд, это представляет вызов дарвинизму, но здесь не место, чтобы к нему обращаться. У нас есть правительство, полиция, налоги, общественные работы, которые все мы субсидируем, нравится ли нам это или нет. Человек, который написал бы: «Сэр, Вы очень любезны, но я предпочел бы не присоединяться к Вашей схеме подоходного налога», получил бы возврат, можете быть уверены, из Налогового управления. К сожалению, никакой другой вид не изобрел налоги. Они, однако, изобрели (реальное) ограждение. Особь может добиться исключительного пользования ресурсом, если она активно защищает его от конкурентов.

Многие виды животных являются территориальными, не только птицы и млекопитающие, но также рыбы и насекомые. Они защищают участок от конкурентов тех же видов, зачастую чтобы изолировать частные места кормежки, или частную беседку для ухаживания, или область гнездования. Животное с большой территорией могло бы извлечь выгоду, строя сеть хороших, ровных дорог на территории, куда не допускаются конкуренты. Это не исключено, но такие дороги животных были бы слишком локальными для дальних, высокоскоростных путешествий. Дороги любого качества были бы ограничены маленькой областью, которую особь может защитить от генетических конкурентов. Не благоприятное начало для создания колеса.

Но теперь, наконец, мы добрались до нашего рассказчика. Есть одно показательное исключение к моей предпосылке. Некоторые очень маленькие существа создали колесо в самом полном смысле слова. Колесо, возможно, даже было первым из когда-либо созданных двигательных механизмов, при условии, что на протяжении большинства своих первых 2 миллиардов лет жизнь состояла только из бактерий. Многие бактерии, среди которых типичным является ризобий, плавают, используя нитевидные спиральные винты, каждый приводимый в движение собственным непрерывно вращающимся приводом. Обычно считалось, что «жгутики» виляли как хвосты, появление спирального вращения явилось результатом волнового движения, проходящего вдоль жгутика, как в извивающейся змее. Правда является намного более удивительной. Жгутик бактерии (Жгутик бактерии полностью отличается по структуре от жгутика эукариоты (или простейшего) или «ундулиподий», которые мы встречали в «Рассказе Миксотрихи». В отличие от расстановки микроканальцев 9+2 у эукариот, жгутик бактерии – полая трубка, сделанная из белка флагеллина.) присоединен к приводу, который вращается свободно и неограниченно в отверстии, проделанном в стенке клетки. Это – настоящая ось, свободно вращающаяся ступица. Она приводится в движение крошечным молекулярным двигателем, который использует те же биофизические принципы, что и мышца. Но мышца – двигатель с возвратно-поступательным движением, который после сжатия должен растянуться снова, чтобы подготовиться к новому силовому движению. Двигатель бактерий просто продолжает работать в одном и том же направлении: молекулярная турбина.

Настоящая ось, свободно вращающаяся ступица, которая... приводится в движение крошечным молекулярным двигателем.

Тот факт, что только очень маленькие существа развили колесо, подсказывает самую вероятную причину, почему крупные существа этого не сделали. Это довольно прозаическая, но, тем не менее, важная реальная причина. Крупное существо нуждалось бы в колесах, которые, в отличие от искусственных, должны расти на месте вместо того, чтобы быть отдельно сформированными из мертвых материалов, а затем установленными. Для большого, живого органа, растущего на месте, требуется кровь или нечто равноценное, и вероятно, также нечто равноценное нервам. Проблема снабжения свободно вращающегося органа кровеносными сосудами (не говоря уже о нервах), которые не завязываются в узлы, слишком наглядна, чтобы нуждаться в обстоятельных объяснениях. Возможно, есть решение, но мы не должны удивляться, что оно не было найдено.

Люди- инженеры могли бы предложить проложить концентрические трубочки, несущие кровь через середину оси в середину колеса. Но на что были бы похожи эволюционные промежуточные звенья? Эволюционное усовершенствование похоже на восхождение на гору. Вы не можете допрыгнуть с основания утеса до вершины за один прыжок. Внезапное, резкое изменение – выбор инженеров, но в природе вершина эволюционной горы может быть достигнута только путем постепенного восхождения вверх от отправной точки. Колесо может быть одним из тех случаев, где техническое решение может быть представлено в открытом виде, но все же быть недосягаемо для эволюции, потому что оно лежит по другую сторону глубокой долины: неспособно развиться у крупных животных, но в пределах досягаемости бактерий из-за их небольшого размера.

Используя творческое, нестандартное мышление Филип Пулман (Philip Pullman) в своей детской фантастической эпопее «Тёмные начала» решает проблему для крупных животных совершенно неожиданным, но очень биологическим способом. Он изобретает вид доброжелательных хоботных животных, мулефа, симбиотически эволюционировавших вместе с видом гигантского дерева, которое роняет твердые, круглые, похожие на колесо стручки семян. На ногах мулефа есть роговая, отполированная шпора, подогнанная под отверстие в центре стручка, который работает как колесо. Деревья извлекают пользу из приспособления, потому что всякий раз, когда колесо изнашивается и раскалывается, что в итоге и должно случиться, мулефа распространяют семена, находящиеся внутри. Деревья эволюционировали, чтобы оказать ответную услугу, создавая совершенно круглые стручки с подходящим отверстием для оси мулефа прямо в центре, куда они выделяют высококачественное смазочное масло. Четыре ноги мулефа расположены ромбом. Передняя и задняя нога находятся на срединной линии и представляют собой посадочные места для колес. Другие две ноги, по сторонам тела, не имеют колес и используются животным для отталкивания, подобно старомодному, исковерканному велосипеду без педалей. Пулман умно замечает, что вся система стала возможной только благодаря геологической особенности мира, в котором живут эти существа. Базальт, как оказалось, принял форму длинных, лентоподобных полос на поверхности саванны, которые служат еще недоделанными, но твердыми дорогами.

За исключением изобретательного симбиоза Пулмана, мы можем временно признать колесо одним из тех изобретений, которые, даже если это изначально были хорошие идеи, не могут развиться в крупных животных: или из-за априорной потребности в дороге, или потому что проблема переплетения кровеносных сосудов вообще не могла быть решена, или потому что промежуточные звенья, ведущие к конечному решению, не могли бы быть для чего-нибудь пригодными. Бактерии были способны развить колесо, потому что мир очень маленького настолько сильно отличается и преподносит такие несхожие технические проблемы.

Между прочим, жгутиковый мотор бактерий в руках разновидности креационистов, которые называют себя «теоретиками разумного замысла» недавно был повышен до статуса иконы предполагаемой невозможности эволюции. Так как он явно существует, результат их доказательств необычен. Поскольку я предложил неспособность к эволюции как объяснение того, почему крупные животные, такие как млекопитающие, не развили колеса, креационисты ухватились за жгутиковое колесо бактерий как за то, что не может существовать, но, тем не менее, существует – таким образом, оно должно было появиться сверхъестественным способом!

Это – древний «аргумент в пользу Творения», также называемый «аргументом часовщика Пали» или «аргументом непреодолимой сложности». У меня для него есть менее доброжелательное название «аргумент субъективного неверия», поскольку он всегда принимает следующую форму: «Лично я не могу себе представить естественную последовательность событий, при которой мог появиться X. Поэтому он должен был появиться сверхъестественным способом». Снова и снова ученые парировали, что, если Вы приводите этот аргумент, то это говорит не столько о природе, сколько о бедности Вашего воображения. «Аргумент субъективного неверия» вынудил бы нас ссылаться на сверхъестественное каждый раз, когда мы видим хорошего фокусника, трюки которого мы не можем понять.

Вполне обоснованно представить аргумент непреодолимой сложности как возможное объяснение отсутствия чего-либо несуществующего, как я сделал в отношении отсутствия колесных млекопитающих. Это очень отличается от уклонения ученого от обязанности объяснить то, что действительно существует, как например колесные бактерии. Однако, справедливости ради, можно представить себе законное использование какого-либо варианта аргумента проекта или аргумента непреодолимой сложности. Будущие космические пришельцы, которые предпримут археологические раскопки на нашей планете, конечно, найдут способы отличить сконструированные механизмы, такие как самолеты и микрофоны, от механизмов развитых, таких как крылья летучей мыши и уши. Интересное упражнение – представить, как они найдут различие. Они могут столкнуться с некоторыми изворотливыми суждениями о беспорядочном наложении между естественной эволюцией и человеческим проектом. Если внеземные ученые смогут изучить живые образцы, а не только археологические останки, что они подумают о хрупких, возбудимых скаковых лошадях и борзых, о сопящих бульдогах, которые едва могут дышать и не могут родиться без помощи кесаревого сечения, близоруких пекинесах, заменяющих ребенка, ходячем вымени, таком как фризские коровы, ходячих ломтиках ветчины, таких как ландрасские свиньи, или ходячих шерстяных комбинезонах, таких как мериносовые овцы? Молекулярные механизмы – нанотехнологии – созданные на благо человека в той же степени, что и жгутиковый двигатель бактерий, могут поставить перед внеземными учеными еще более трудные проблемы.

Фрэнсис Крик (Francis Crick) в «Жизни как она есть» нередко полусерьезно размышлял о том, что бактерии, возможно, возникли не на этой планете, а были занесены откуда-то из другого места. В фантазии Крика их послали в носовом обтекателе ракеты иноземные существа, которые хотели распространить свою форму жизни, но избежать технически более трудной проблемы транспортировки, и положились, вместо этого, на естественное развитие, чтобы закончить работу, как только бактериальная инфекция пустит корни. Крик и его коллега Лесли Оргел (Leslie Orgel), первоначально подсказавший ему идею, предположили, что бактерии сначала развились естественным способом на своей родной планете, но в равной степени они могли, несмотря на атмосферу научной фантастики, добавить чуточку нанотехнологических изобретений к структуре, немного похожей на молекулярное зубчатое колесо, изображенное напроитв. Или на жгутиковый двигатель, который мы видим у ризобия и многих других бактерий.

Молекулярные механизмы, созданные на благо человека. Футуристическое представление молекулярного дифференциала.

Сам Крик – трудно сказать, то ли с сожалением, то ли с облегчением – обнаруживает небольшие достоверные доказательства, которые поддерживают его собственную теорию направленной панспермии. Но внутренние области между наукой и научной фантастикой представляют собой полезную умственную гимнастику, чтобы биться над действительно важным вопросом. Учитывая, что иллюзия замысла, вызываемая дарвиновским естественным отбором, так умопомрачительно сильна, как мы на практике отличим ее результаты от преднамеренно спроектированных артефактов? Другой великий молекулярный биолог, Жак Моно (Jacques Monod), начал свою «Случайность и неизбежность» похожим языком. Могут ли существовать действительно убедительные примеры непреодолимой сложности в природе: сложной структуры, составленной из многих частей, потеря любой из которых была бы фатальной для целого? Если да, то может ли это означать подлинный замысел высшего разума, скажем, старшей и более высокоразвитой цивилизации относительно другой планеты?

Возможно, подобный пример может, в конечном счете, быть обнаружен. Но жгутиковый двигатель бактерий, увы, им не является. Как очень многие из предыдущих утверждений о непреодолимой сложности, начиная от глаза и далее, жгутик бактерий оказался чрезвычайно редуцируемым. Кеннет Миллер (Kenneth Miller) из Брауновского университета изучал весь этот вопрос, проявив ясность суждения. Как продемонстрировал Миллер, утверждение, что составные части жгутикового двигателя не имеют никаких других функций, попросту ложно. В качестве одного примера, у многих паразитных бактерий есть механизм введения химических веществ в клетки хозяина, названный TTSS (секреторная система третьего типа). TTSS использует подмножество тех же белков, которые используются в жгутиковом двигателе. В этом случае они используются не для того, чтобы обеспечивать вращательное движение круглой ступицы, а для того, чтобы делать круглое отверстие в стенке клетки хозяина. Миллер подводит итог:

Говоря прямо, TTSS делает свою грязную работу, используя горстку белков, лежащих в основе жгутика. С эволюционной точки зрения эти отношения едва ли удивительны. Более того, можно ожидать, что оппортунизм эволюционных процессов смешивал и подбирал бы белки, чтобы обеспечивать новые и новые функции. Однако, согласно доктрине непреодолимой сложности, это должно быть невозможным. Если жгутик действительно является не поддающимся упрощению комплексом, то удаление всего лишь одной части, уже не говоря о 10 или 15, должно превратить то, что осталось в «нефункциональное по определению» Все же TTSS действительно вполне функционален, даже притом, что у него отсутствует большинство частей жгутика. TTSS может быть неприятностью для нас, но для бактерий, которые им обладают, это действительно ценный биохимический механизм.

Существование TTSS у широкого круга бактерий демонстрирует, что небольшая часть «неупрощаемо сложных» жгутиков может действительно выполнять важную биологическую функцию. Так как такая функция, несомненно, одобрена естественным отбором, утверждение, что жгутик должен быть полностью собран, прежде чем любая из его составных частей сможет быть полезной, является, очевидно, неправильным. Это означает, что аргумент в пользу разумного замысла жгутика потерпел неудачу.

Возмущение Миллера по поводу «теории Разумного Замысла» было вызвано интересной причиной: его глубокими религиозными убеждениями, которые более полно озвучены в «Обнаружении Бога Дарвина». Бог Миллера (или даже Дарвина) является Богом, выявленным в – или, возможно, тождественным с – глубокими законами природы. Стремление креациониста представить доказательства Бога безрезультатным путем «аргумента Субъективного Неверия», оказывается, предполагает, как показал Миллер, что Бог своенравно нарушает свои собственные законы. И для тех, кто, как Миллер, обладали глубокомысленно религиозным характером, это является подлым и оскорбительным кощунством.

Как нерелигиозный человек, я могу сочувственно подкрепить доводы Миллера своими собственными аналогичными доводами. Если не богохульный, способ выражения разумного замысла с помощью аргументов субъективного неверия является ленивым. Я высмеял его в предполагаемой беседе между сэром Эндрю Хаксли и сэром Аланом Ходжкином, двумя бывшими президентами Королевского Общества, которые разделили Нобелевскую премию за работу по молекулярной биофизике нервного импульса.

«Я считаю, Хаксли, что это ужасно сложная проблема. Ведь я не могу наблюдать, как работает нервный импульс, не так ли?»

«Да, Ходжкин, и я не могу, и эти дифференциальные уравнения чертовски трудно решить. Почему бы нам не сдаться и не сказать, что нервный импульс распространяется с помощью нервной энергии?»

«Превосходная идея, Хаксли, давайте сейчас напишем письмо в «Nature»: как только они получат одну эту строчку, мы сможем заняться чем-то более простым».

Старший брат Эндрю Хаксли, Джулиан высказывал подобные соображения, высмеивая много лет назад витализм, в то время обычно воплощаемый в названии Анри Бергсона (Henri Bergson) ?lan vital (жизненный порыв), как равносильный объяснению, что железнодорожный двигатель приводится в движение благодаря ?lan locomotif (порыву локомотива) (Огорчительно думать, что Анри Бергсон – виталист – наиболее полно представляет собой ученого среди всего списка из 100 лауреатов Нобелевской премии по литературе. Ближайший конкурент – Бертран Рассел, но он выиграл ее благодаря своим еретическим трудам.). Мое осуждение лени и богохульства Миллера не распространяется на гипотезу направленной панспермии. Крик говорил о сверхчеловеческом, а не о сверхъестественном замысле. Различие действительно имеет значение. В мировоззрении Крика сверхчеловеческие разработчики бактерий или способов засеять ими Землю сами изначально развились благодаря некоторому местному аналогу дарвиновского отбора на своей собственной планете. Важно, что Крик всегда искал то, что Дэниел Деннет (Daniel Dennett) называет «краном», и никогда не обращается – как Анри Бергсон – к «небесному крюку».

Главное возражение на аргумент непреодолимый сложности равносильно доказательству, что предположительно нередуцируемое, сложное образование, жгутиковый двигатель, каскад свертывания крови, цикл Кребса, или что бы там ни было, фактически допускает упрощение. Субъективное неверие было попросту необоснованным. Напомню, что, даже если мы еще не можем представить себе поэтапный путь, которым могла появиться сложность, страстное желание соскользнуть к предположению, что она, поэтому, сверхъествественна, является либо богохульством, либо ленью, в зависимость от вкуса.

Но есть другое возражение, которое должно быть упомянуто: «арка и подмости» Грэма Кэрнса-Смита. Кэрнс-Смит писал в различных контекстах, но его аргументы работают и здесь. Арка нередуцируема в том смысле, что если Вы удаляете ее часть, все остальное рушится. Все же ее можно последовательно построить с помощью подмостей. Дальнейшее удаление подмостей, так, чтобы они больше не появлялись в поле зрения, не дает нам право мистифицировать и приписывать масонам сверхъестественные способности.

Жгутиковый двигатель распространен среди бактерий. Ризобий был выбран рассказчиком из-за другого требования – чтобы адаптивность бактерий произвела на нас впечатление. Фермеры сеют растения семейства бобовых, Leguminosae, как элемент чрезвычайно удачной схемы севооборота по одной очень серьезной причине. Стручковые растения могут использовать атмосферный азот (безусловно, самый распространенный газ в нашей атмосфере) прямо из воздуха вместо того, чтобы поглощать азотистые соединения из почвы. Но не сами растения связывают атмосферный азот и превращают его в соединения, годные к употреблению. Это симбиотические бактерии, в частности ризобий, размещенные для этой цели в специальных гранулах на корнях растений, обеспечивает их азотом, всячески выявляя непреднамеренную заботу.

Такой контракт с химически намного более разносторонними бактериями из-за их изобретательных химических приемов является чрезвычайно распространенным примером повсюду среди животных и растений. И это – главная идея «Рассказа Taq».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.