О биоинформатике и молекулярной эволюции
«Один из главных вопросов биолога: кого и как жизнь заставит выживать»
Анастасия Новак
25 мая в Центральном Доме журналиста состоится выступление биолога, заместителя директора Института проблем передачи информации РАН Михаила Гельфанда. Тема лекции: «Молекулярная эволюция». За три недели до своего выступления ученый рассказал «Полит.ру» о сложностях биоинформатиков и биологов в России, а также о современных возможностях изучения эволюции.
Фото: Наташа Четверикова / Полит.ру
– Михаил Сергеевич, какие возможности и какие трудности сегодня есть у российских биологов и биоинформатиков?
– Экспериментальная биология и биоинформатика сегодня находятся в разных ситуациях. Биоинформатикой в России заниматься можно по крайней мере до тех пор, пока не отключили интернет – данные, необходимые для ученых, как правило, открытые. Кроме того, мы работаем с компьютерами, а не с живыми существами и пробирками, что тоже упрощает жизнь. Российская биоинформатика находится на мировом уровне – мы можем легко взаимодействовать с учеными из других стран. Например, у меня есть соавторы из Европы, которых я никогда не видел и вживую не разговаривал, в процессе написания статьи мы общались только по электронной почте.
А вот экспериментальной биологией в России заниматься тяжело, для нее существует много бюрократических сложностей. Бюрократические сложности – это наше общее, не специфика науки. В современной России вообще тяжело и противно жить. Есть сложности с приборами и расходниками, которые в разы дороже, чем в других странах. Дело даже не в жадности поставщиков – они должны делиться с таможней и со многими другими, чтобы товар хоть как-то как-то проходил. Более того, к образцам на таможне относятся невнимательно. К примеру, антитело, которое надо хранить в жидком азоте, растамаживается две недели, и в это время хранится в лучшем случае в простом холодильнике, а в худшем – просто в ящике. Понятно, что к ученому оно приходит уже прокисшее.
Помимо этого, у нас принят чудесный в своем кретинизме закон о запрете вывоза из России биологических материалов: я пока еще могу вывезти себя за границу целиком, а образец своей крови отправить в другую страну уже не могу. Но мировая наука интернациональна: ученые все время обмениваются и живыми организмами, и образцами для исследований.
– Ваша лекция в ProScience Театре будет посвящена эволюции. Расскажите, какой теории эволюции сегодня придерживаются ученые?
– После синтетической теории – соединения дарвинизма и генетики – следующим продвижением стала нейтральная теория молекулярной эволюции. Канонический дарвинизм полагал, что изменения генов бывают полезные и вредные. Вредные отсеиваются естественным отбором, полезные отбором подхватываются и воспроизводятся в следующих поколениях. Большинство изменений, которые происходят, конечно, вредные – если вы случайно начнете куда-то тыкать отверткой, то, скорее всего, вы это сломаете. Но оказалось, что на молекулярном уровне изменения в большинстве случаев ни на что не влияют и фиксируются случайно, под действием так называемого молекулярного дрейфа.
Сначала казалось, что все изменения в видах возникали в результате приспособления. Но если бы все изменения были бы адаптивные, то они происходили бы очень неравномерно по времени. На основе адаптивных признаков биологам также было очень трудно строить филогенетические деревья – цепочки, отражающие эволюционные взаимосвязи между различными видами, имеющими общего предка. Деревья бы также путали параллельные изменения у несвязанных между собой напрямую видов. Например, киты, акулы и ихтиозавры имеют примерно одинаковые изменения – если ты живешь в воде, ты будешь обтекаемым, с ластами и большим хвостом – но это не доказывает того, что три этих существа близкие родственники.
А вот нейтральные изменения идут как часы, практически регулярно – замены накапливаются, укореняются, иногда удаляются естественным отбором – это позволило ученым строить деревья по принципу «кто больше похож, тот и более близкий родственник». Верность этого утверждения подтверждается современными исследованиями.
– Как ученые отмечают изменения в видах?
Известно, что изменения в строении животных – например, то, что крыло летучей мыши сформировалось из ее кисти – определяются не столько генами, сколько тем, как устроена их регуляция – как они включаются и выключаются. Происходит это, как правило, в эмбриональном развитии.
В результате появилось научное направление – evolution-development – ученые этой сферы пытаются связать эволюционные построения с развитием и работой генов в зародыше. Связанной теории в этой области науки пока нет, но это очень перспективное направление.
– Можно ли говорить, что у эволюции есть какой-то темп?
– Если это нейтральная эволюция последовательности геномов, то ее темп более-менее постоянен. А если это морфологическая эволюция, то время от времени в ней происходят взрывы разнообразия, построение новых форм. К примеру, киты являются ближайшими родственниками бегемотов. Раньше киты были парнокопытными, а затем по каким-то причинам залезли в воду и очень сильно изменились. Ученые нашли множество промежуточных скелетов, показывающих, как киты постепенно приспосабливались к жизни в воде.
– Могут ли биологи и биоинформатики предсказывать будущие эволюционные изменения?
– Эволюцию предсказать можно, если знать, как будут меняться природные условия. Если жизнь заставит моржей постоянно жить в воде, то они станут похожи на китов – сейчас они больше похожи на сильно измененных собак. Если кого-то жизнь заставит летать – у него вырастут крылья. Вопрос только в том, кого и как жизнь заставит.
Выступление Михаила Гельфанда состоится 25 мая в Центральном Доме журналиста по адресу:
м. Арбатская, Никитский бульвар, д. 8а. Начало в 19:00.
Билеты можно приобрести на сайтах kassir.ru, ponominalu.ru, timepad.ru.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
05.05.2015