Сліпий годинникар: як еволюція доводить відсутність задуму у Всесвіті - Річард Докінз

Тут читача може спантеличити позірна непослідовність. Уся ця книжка наголошує на надзвичайній важливості природного відбору. То як же можна тепер робити акцент на випадковості еволюційних змін на молекулярному рівні? У розділі 11 ми побачимо, що насправді щодо еволюції адаптацій, яка є основним предметом розгляду цієї книжки, немає жодних суперечок. Навіть найзапекліший нейтраліст не вважає, що складні робочі органи на кшталт очей і рук еволюціонували шляхом випадкового дрейфу. Кожен біолог при здоровому глузді погодиться, що вони можуть еволюціонувати лише шляхом природного відбору. Нейтралісти лише вважають (на мою думку, справедливо), що такі адаптації є верхівкою айсберга: більшість еволюційних змін, якщо розглядати їх на молекулярному рівні, можливо, нефункціональні.

Якщо тільки існування «молекулярного годинника» є фактом (а схоже на правду, що всі типи молекул змінюються, кожен приблизно зі своєю власною характерною швидкістю на мільйон років), його можна використовувати для датування точок розгалуження еволюційного дерева. І якщо дійсно правда, що більшість еволюційних змін на молекулярному рівні є нейтральними, це чудовий подарунок для таксономістів. Це означає, що проблему конвергенції можна відкинути, озброївшись статистикою. Кожна тварина є носієм великих обсягів записаної в її клітинах генетичної інформації, більша частина якої, згідно з нейтралістською теорією, не має нічого спільного з пристосуванням до конкретного способу життя і яка є текстом, що здебільшого не зачіпається відбором і, як правило, не зазнає конвергентної еволюції, крім як унаслідок випадкових збігів. Шанси на те, що дві великі частини нейтральної для відбору інформації можуть випадково нагадувати одна одну, можна розрахувати, і вони є справді дуже низькими. Ще краще те, що постійна швидкість молекулярної еволюції дає нам можливість датувати точки розгалуження еволюційної історії.

Додаткові можливості, якими нові техніки прочитання молекулярної послідовності збагатили арсенал таксономістів, важко переоцінити. Звісно, поки що розшифровані не всі молекулярні речення й не в усіх тварин, але вже можна піти до бібліотеки й переглянути точну — слово до слова й літера до літери — фразеологію, скажімо, речень α-гемоглобіну собаки, кенгуру, єхидни, курки, гадюки, тритона, коропа та людини. Не всі тварини мають гемоглобін, але є інші білки, наприклад гістони, та чи інша версія яких існує в кожній тварині та рослині, і, знову ж таки, багато з них уже можна знайти в бібліотеці. І це не якісь там розпливчасті виміри на кшталт довжини ніг чи об’єму черепа, що можуть залежати від віку, стану здоров’я зразка чи навіть гостроти зору вимірювача. Це чітко виписані однією мовою альтернативні версії одного речення, які можна покласти поруч і порівняти між собою так само детально й точно, як якийсь прискіп­ливий фахівець із давньогрецької міг би порівнювати два пергаменти з текстом одного й того самого Євангелія. Послідовності ДНК є документальними євангеліями всього життя, і ми навчились їх розшифровувати.

Базове припущення таксономістів полягає в тому, що близькі родичі матимуть більш подібні версії конкретного молекулярного речення, ніж віддалені. Це називається «принцип парсимонії». Парсимонія — інша назва економічної ощадливості, або скнарості. За наявності набору тварин, речення яких відомі (скажімо, восьми тварин, перелічених у попередньому абзаці), нашим завданням буде виявити, яка з усіх можливих деревоподібних діаграм, що з’єднують ці вісім тварин, є найощадливішою. Найощадливішим деревом вважається «економічно найскнаріше» стосовно припущень у тому сенсі, що воно передбачає мінімальну кількість змін слів у процесі еволюції та мінімальний обсяг конвергенції. Нам дозволено передбачити мінімальний обсяг конвергенції на підставі чистої неймовірності. Адже малоймовірно, особ­ливо якщо більша частина молекулярної еволюції є нейтральною, що дві неспоріднені тварини зійдуться на одній і тій самій послідовності, слово в слово й літера в літеру.

За спроби розглянути всі можливі дерева виникають труднощі з обчисленням. Якщо треба класифікувати лише трьох тварин, то кількість можливих дерев дорівнює трьом: А, з’єднане з B в обхід C; А з C в обхід B; B з C в обхід А. Якщо ж треба класифікувати більшу кількість тварин, можна виконати такі самі розрахунки, але кількість можливих дерев різко зросте. Якщо треба розглянути лише чотирьох тварин, то загальна кількість можливих дерев спорідненості є все ще контрольованою й дорівнює лише 15. Комп’ютеру не знадобиться багато часу, щоб обчислити, яке з цих 15 є найощадливішим. Але якщо треба розглянути вже 20 тварин, то, за моїми підрахунками, кількість можливих дерев дорівнює 8 200 794 532 637 891 559 375 (див. рис. 9). Було розраховано, що найшвидшому з сучасних комп’ютерів, аби виявити найощадливіше дерево всього з 20 тварин, знадобилося б 10 000 мільйонів років, що приблизно дорівнює вікові Всесвіту. А таксономісти часто прагнуть побудувати дерева з понад 20 тварин.

Рис. 9. Це генеалогічне дерево є правильним. Існує 8 200 794 532 637 891 559 374 інші способи класифікації цих 20 організмів, і всі вони є неправильними.

Хоча молекулярні таксономісти були першими, хто почав про неї говорити, проблема вибухових великих цифр насправді прихована по всій немолекулярній таксономії. Немолекулярні таксономісти просто уникали її, роблячи інтуїтивні здогади. З усіх можливих генеалогічних дерев, які можна було б випробувати, величезну кількість можна відкинути одразу — наприклад, усі ті мільйони можливих генеалогічних дерев, де люди розміщуються ближче до земляних червів, аніж до шимпанзе. Таксономісти навіть не переймаються тим, аби звернути увагу на такі очевидно абсурдні дерева спорідненості, а натомість зосереджуються на порівняно небагатьох деревах, що не надто різко суперечать їхнім сталим уявленням. Це, мабуть, справедливо, хоча завжди існує небезпека, що по-справжньому найощадливішим деревом виявиться одне з тих, які були відкинуті без розгляду. Комп’ютери теж можна запрограмувати йти навпростець, і масштаби проблеми вибухових великих цифр, на щастя, можна зменшити.

Молекулярна інформація є настільки багатою, що нашу таксономію можна будувати окремо, знову й знову, для різних білків. Після цього можна використовувати наші висновки, зроблені з вивчення однієї молекули, для перевірки наших висновків, що базуються на дослідженні іншої. Якщо нас турбує, що історія, яку розповідає одна білкова молекула, заплутується конвергенцією, можна одразу ж перевірити її, подивившись на іншу білкову молекулу. Конвергентна еволюція насправді є особливим різновидом збігу. Проблема ж зі збігами полягає в тому, що, навіть якщо вони виникають один раз, вони значно менш імовірно стаються двічі. А ще менш імовірно — тричі. Розглядаючи дедалі більше окремих білкових молекул, можна практично убезпечити себе від будь-яких збігів.

Наприклад, в одному дослідженні групою новозеландських біологів 11 тварин були класифіковані, і не раз, а п’ять разів, незалежним чином із використанням п’яти різних білкових молекул. Цими тваринами були вівця, макак-резус, кінь, кенгуру, щур, кролик, собака, свиня, людина, корова й шимпанзе. Ідея полягала в тому, аби спочатку розробити дерево взаємозв’язків серед цих 11 тварин із використанням одного білка, а потім подивитися, чи буде отримане таке саме дерево взаємозв’язків для іншого білка. Після цього зробити те саме для третього, четвертого та п’ятого білків. Теоретично припускалося, що, наприклад, коли теорія еволюції є хибною, можливо, кожен із п’яти білків дасть зовсім інше дерево «родинних зв’язків».

Усі п’ять