В предыдущих статьях я задавался вопросом: «Когда я могу доверять тому, что говорят ученые?» И, в частности, когда я могу доверять им в вопросе эволюции? Мы рассмотрели шесть критериев для оценки степени уверенности, которую можно приписать научному утверждению, и обнаружили, что наиболее часто приводимые доказательства в пользу универсального общего происхождения не соответствуют всем шести. Здесь же мы рассмотрим противоположные доказательства, которые соответствуют всем шести критериям и дают высокую степень уверенности в отношении эволюции, а именно – что это очень ограниченный процесс.

Химик из Университета Райса Джеймс Тур и я рассмотрели¹ более десяти недавних исследований экспериментальной эволюции. Эти исследования включают перспективные эксперименты с прямым измерением изменений в ДНК, многократно наблюдаемых в больших повторяющихся популяциях организмов. Рассмотрим три из этих экспериментов.

Нарушение синтеза триптофана

В первом исследовании² ген у бактерии E. coli был модифицирован таким образом, чтобы намеренно повредить фермент, отвечающий за синтез триптофана. Затем мутантную E. coli поместили в раствор с ограниченным количеством триптофана, создав условия для перспективного теста эволюции: смогут ли случайные мутации и естественный отбор исправить повреждённый ген и обеспечить значительное повышение приспособленности?

В двух отдельных экспериментах был изменён один нуклеотид (в каждом случае разный), что в обоих случаях приводило к нарушению синтеза триптофана. В обоих случаях E. coli смогла восстановить повреждение после того, как в растворе было выращено около 100 миллионов бактерий. Вероятно, это произошло благодаря мутации, восстановившей функцию фермента.

Однако в третьем эксперименте исследователи одновременно изменили два нуклеотида (те самые, которые ранее тестировались по отдельности), что привело к полной неспособности E. coli синтезировать триптофан. Когда этот мутант был помещён в раствор с ограниченным количеством триптофана, восстановления гена не произошло даже после 9300 поколений и появления примерно триллиона организмов. Более того, эволюция не только не восстановила ген, но и либо удалила его, либо подавила его активность, чтобы сохранить доступный триптофан. Иными словами, эволюция выбрала «короткий путь», предпочтя небольшую выгоду в приспособленности за счёт экономии триптофана, вместо того чтобы тратить его на производство повреждённых ферментов в попытке восстановить ген.

Неудача эволюции в этом исследовании выглядит примечательно. Полный оперон, отвечающий за синтез триптофана, включает семь генов (пять ферментов) и кодируется примерно 6800 нуклеотидами ДНК. Исследование показало, что повреждение всего двух из этих нуклеотидов оказалось достаточным, чтобы эволюция «отказалась» от всей системы. И всё же нам предлагают верить, что тот же самый эволюционный процесс, который не смог восстановить систему и даже отказался от неё, хотя она была сохранна на 99,97 %, смог создать весь оперон синтеза триптофана с нуля?

Также примечательно, что, в отличие от доказательств, основанных на гомологии и палеонтологической летописи, эти данные соответствуют всем шести критериям высокой достоверности: результаты воспроизводимы, получены путём прямого измерения изменений в ДНК, эксперимент был перспективным, предвзятость была сведена к минимуму, допущения были минимальны, а выводы исследования разумны и непосредственно подтверждаются полученными данными.

Нарушение синтеза аденина

Во втором исследовании³ учёные случайно обнаружили аналогичное ограничение эволюции. Они изучали 205 популяций дрожжей S. cerevisiae на протяжении 10 000 поколений в лаборатории, с прямым измерением изменений в ДНК. Выбранный ими штамм дрожжей (W303) был известен своей неспособностью синтезировать аденин – фундаментальный строительный блок жизни – из-за одной точечной мутации в одном гене. Этот ген являлся частью хорошо изученной «сборочной линии» из 11 ферментов, отвечающих за синтез аденина – значительно более сложной, чем система синтеза триптофана у E. coli.

Исследователи обнаружили, что 6 из 205 повторных популяций дрожжей смогли исправить эту одну мутацию и вновь начать синтез аденина (то есть вернуться к более приспособленному генотипу). Однако как только возникала дополнительная (вторая) мутация выше по цепочке относительно известной мутации в этой 11-ферментной системе (что приводило к менее приспособленному генотипу), весь процесс становился необратимым. Как отметили сами исследователи:

«Мы не наблюдаем ни одной популяции, которая переходила бы от менее приспособленного генотипа к более приспособленному даже после 10 000 поколений эволюции».³

Итак, как же тогда эволюция могла создать столь сложный метаболический путь с нуля, если всего две простые ошибки делают всю эту «сборочную линию» невосстановимой? При перспективной проверке эволюция через случайные мутации и естественный отбор оказывается сильно ограниченным процессом. И это вывод, основанный на доказательствах высокой достоверности, которым следует отдавать приоритет по сравнению с существенно менее надёжными данными из палеонтологической летописи и гомологии.

Использование случайной ДНК

В третьем исследовании⁴ учёные проверяли, может ли эволюция превратить случайную последовательность ДНК во что-то полезное – а именно в промотор для транскрипции гена. У E. coli есть гены, отвечающие за метаболизм лактозы, но они активируются только при необходимости. Исследователи заменили промоторный участок этих генов случайными последовательностями длиной 103 нуклеотида.

Функциональный промотор для этого оперона должен содержать определённую последовательность примерно из шести нуклеотидов, однако допускается несколько её вариантов (то есть последовательность не является строго фиксированной). Учёные определяли, смогли ли мутантные E. coli со случайными последовательностями развить работающий промотор для лактозы, создавая селективное давление: выращивая бактерии в среде с лактозой. Если бактерии могли эволюционировать так, чтобы метаболизировать лактозу, они начинали успешно размножаться.

Из 40 случайных последовательностей ДНК, которые были протестированы, четыре уже содержали подходящую промоторную последовательность без каких-либо изменений – просто по случайному совпадению. E. coli с ещё 23 такими случайными последовательностями смогли эволюционировать и начать метаболизировать лактозу благодаря одному изменению нуклеотида в этой промоторной области (предположительно вследствие мутации). Пока всё выглядит обнадёживающе.

Из оставшихся 13 последовательностей 11 также эволюционировали так, что начали метаболизировать лактозу. Поскольку случаи, где требовалось ноль или всего одна точечная мутация, уже рассмотрены, логично предположить, что для этих оставшихся 11 последовательностей понадобилось две или более точечных мутаций, чтобы сформировать работающий промотор.

Однако из двух предыдущих экспериментов мы узнали, что случайные мутации и естественный отбор крайне сомнительно обеспечат набор из двух необходимых мутаций, если первая из них не приносит пользы. Именно так и произошло. Остальные 11 последовательностей справились с задачей метаболизма лактозы, пойдя по пути наименьшего сопротивления, а не путем эволюции последовательности из двух точечных мутаций. В шести случаях кишечная палочка (E. coli) переместила промотор из другого места, а в пяти случаях – удалила вышестоящую терминаторную последовательность (участок ДНК, отделяющий вышестоящий оперон от лактозного). Это представляет собой потерю контроля и потерю информации, но в данной среде это оказалось выгодным.

Четкий вывод

Три рассмотренных нами эксперимента соответствуют всем шести критериям высокой степени достоверности и последовательно показывают, что возможности эволюции весьма ограничены. Они объясняют простой вероятностный результат: получение двух или более необходимых мутаций, когда первая из них не дает преимущества для выживания, настолько маловероятно, что предпочтение отдается деструктивным путям, обеспечивающим временный выигрыш в приспособленности – например, удалению или отключению генов и регуляторных механизмов. Это во многом совпадает с первым правилом адаптивной эволюции биохимика Майкла Бихи: «Сломайте или деактивируйте любой функциональный кодированный элемент, потеря которого принесет чистую выгоду в приспособленности».⁵

Нас пытаются убедить, что огромное количество инновационных функций, необходимых для создания всего многообразия известной жизни, возникло в ходе эволюции от общего предка, однако это подтверждается лишь доказательствами с очень низкой степенью достоверности. Свидетельства же с высокой степенью достоверности ясно показывают, что эволюция крайне ограничена. Если расставить доказательства эволюции по приоритетам в соответствии с уровнем их достоверности, вывод становится очевидным.