Неидеальный человек: Почему эволюция оставила нам болезни, ошибки ДНК и уязвимости - Лоуренс Херст

интересны два последних фактора — случайность отбора и равномерность передачи генов: похоже, именно они объясняют многие загадки нашего генома. Давайте для начала внимательнее присмотримся к проблеме случайного отбора. У него есть несколько неожиданных особенностей.

4

Грандиозная рулетка эволюции

В 1943 году американские ВВС проводили дневные бомбардировки Германии, неся при этом серьезные потери. Военное командование понимало: нужно что-то предпринять. Самолеты можно было бы усилить броней, но та увеличивала вес машины и ухудшала ее летные характеристики. Возник закономерный вопрос: сколько брони нужно добавить и, главное, где ее разместить?

Для решения этой задачи военные обратились к недавно созданной Статистической исследовательской группе США (SRG), объединившей блестящие умы своего времени. Многие ее участники позже прославились в других областях — например, среди них были будущие нобелевские лауреаты по экономике Милтон Фридман и Джордж Стиглер. Однако, как гласит легенда, задачу по расчету оптимального усиления самолетов и общий анализ статистики потерь поручили «самому умному человеку в комнате» — венгерскому еврею-беженцу Абрахаму Вальду.

Для начала Вальду требовалось выяснить, в каких местах самолеты получали повреждения. В его распоряжении были данные осмотра: карты пробоин на вернувшихся машинах. Военные обратили внимание, что чаще всего повреждения встречались на концах крыльев и фюзеляже, тогда как в районе двигателей и кабины их было сравнительно мало. Если верить легенде, командование ожидало получить точные указания, в каких местах крыльев и фюзеляжа следует разумно распределить дополнительную броню. Однако Вальд предложил прямо противоположное решение.

Вальд рассуждал так: обследованные самолеты — это те, что сумели вернуться на базу. Места их повреждений показывают, куда можно получить попадание и при этом остаться в воздухе. Этот феномен известен как ошибка выжившего. Именно отсутствие повреждений в определенных местах у вернувшихся самолетов указывало на самые уязвимые зоны — ведь машины, получившие попадания в кабину пилота и двигатели, просто не долетели до дома. Согласно байке, самолеты усилили именно там, где предложил Вальд, что спасло множество жизней.

В интернете можно найти множество ярких публикаций в духе «Как гений-математик утер нос военным», однако реальных подтверждений этой легенды существует не так уж много. По правде говоря, сложно определить, что в этой истории правда, а что вымысел (тем более что все связанные с ней документы погребены в архивах американского военно-морского флота). Вряд ли эксперты давали какие-то конкретные рекомендации — обычно SRG просто отвечала на поставленные вопросы, не вмешиваясь в принятие стратегических решений: это была прерогатива военного командования.

По всей видимости, основная работа Вальда была посвящена совсем другому вопросу: расчету количества попаданий, которые самолет мог выдержать и при этом благополучно вернуться на базу. Впрочем, из записей его современника Аллена Уоллиса мы знаем, что Вальд действительно разрабатывал статистические методы для оценки уязвимости разных частей самолета к пробоинам. Так что зерно истины в истории все же есть. Но не стоит доверять интернет-публикациям. Во многих из них приводятся схематичные изображения самолетов с густой россыпью пулевых отверстий на концах крыльев и фюзеляже, при этом такие машины никогда не участвовали в бомбардировках Германии.

Выдумка эта история или нет, мы не знаем. Зато две задачи, над которыми работал Вальд, — сколько попаданий способен выдержать самолет и какие его части наиболее уязвимы — раскрывают важные истины о природе случайности и отбора. И эти истины в равной степени применимы как к бомбардировщикам Второй мировой, так и к эволюции живых организмов и их ДНК. Мутации можно уподобить снарядам зениток. Пусть эта метафора не идеальна, но давайте пока примем ее — ведь принципы действительно похожи.

Первый очевидный вывод: в смертности всегда присутствует элемент случайности. Два самолета, попавшие под один и тот же зенитный обстрел, имеют в среднем равные шансы на возвращение. Но одному может просто не повезти — он получит больше попаданий или попадания придутся в более уязвимые места, и все это по чистой случайности, а не из-за ошибок пилота или каких-то иных причин. То же самое происходит и с живыми организмами: некоторые погибают просто потому, что им не повезло унаследовать больше мутаций, чем другим, или мутации затронули особенно важные участки генома. Возьмем, к примеру, рак (это почти прямая аналогия попаданий в самолет): хотя нам известно множество факторов окружающей среды, влияющих на его развитие, важнейшую роль часто играет именно невезение с мутациями. В этом случае речь идет о мутациях, которые накапливаются в наших клетках по мере старения.

Случайность играет роль не только в том, сколько мутаций — этаких «снарядов» — попадет в цель, но и в том, куда именно они ударят. Представьте самолет: повреждение двигателя или кабины пилота может оказаться роковым, а вот попадание в фюзеляж или край крыла — не такая большая беда. Точно так же устроена и ДНК. Да, мутации возникают случайным образом, но вот последствия у них могут быть совершенно разными. Если мутация нарушит работу жизненно важного белка — считайте, что это конец. Но когда она просто заменяет один кодон на другой, кодирующий ту же самую аминокислоту (скажем, GGC меняется на GGT, и оба кодируют глицин), ничего страшного может и не произойти. А уж если мутация затронет псевдоген (помните, мы говорили о «мертвых» генах?), она и вовсе может не повлиять на приспособленность организма — именно поэтому псевдогены после своей «смерти» постепенно разрушаются. Выходит, ДНК и правда похожа на самолет: попадание в одни участки может стать фатальным, а в другие — пройти практически без последствий. Вот такая она, удивительная разница в эффектах мутаций.

В этой главе мы разберемся, почему наш вид так склонен накапливать случайные мутации, которые не слишком-то на нас влияют. Со временем мы становимся похожи на тот самый самолет, изрешеченный пробоинами в фюзеляже и на концах крыльев. Чтобы понять, почему мы склонны к накоплению подобных мутаций, нужно уловить тонкую разницу между двумя ситуациями: подбрасыванием монетки, где шансы выпадения орла и решки одинаковы, и игрой в рулетку, где вероятность выигрыша всегда чуть-чуть меньше половины. Как мы увидим в следующих главах, именно это различие лучше всего объясняет многие наши несовершенства: раздутость ДНК, ее неидеальное функционирование и частые мутации. Но давайте начнем с основ теории.

Изучаем эволюцию ДНК через анализ ее последовательностей

Для начала давайте разберемся, как идеи Вальда помогают нам понять эволюцию ДНК. У нас есть отличный способ определить, какие участки ДНК более уязвимы или менее уязвимы, и логика здесь та же, что и в наблюдениях Вальда.