У неодарвінівській теорії мутації є унікальними біологічними подіями, які забезпечують двигун природних варіацій для усієї різноманітності життя. Проте останні відкриття показують, що мутації – це суто фізичний результат універсального механічного пошкодження, яке втручається в усі молекулярні механізми.

Життєві механізми виправлення, запобігання та ремонту помилок самі зазнають таких самих пошкоджень і руйнуються. Наслідком цього є те, що все багатоклітинне життя на Землі зазнає невблаганного руйнування геному.

Рівень мутацій настільки високий, що вони чітко виявляються протягом життя одного покоління людей, отже страждають усі особини, тому природний добір безсилий їх відібрати. Ефекти в основному настільки малі, що природний добір все одно не може їх побачити, навіть якби він міг видалити їх носіїв.

Наші репродуктивні клітини не мають імунітету, як вважалося раніше, а так само схильні до пошкоджень, як і клітини нашого тіла. Незалежно від того, хто проводить розрахунки, креаціоністи чи еволюціоністи, десь від кількох тисяч до кількох мільйонів мутацій достатньо, щоб привести лінію людей до вимирання, і це, ймовірно, відбудеться протягом часу від десятків до сотень тисяч років.

Ці цифри набагато менші від передбачуваних еволюційних часових масштабів.

Мутації руйнують

Відколи Хьюго де Вріс відкрив мутації в 1890-х роках, їм відводиться центральна роль в еволюційної теорії.

Де Вріс був настільки зачарований цією темою, що розробив антидарвінівську сальтаційну теорію еволюції за допомогою одних тільки мутацій.¹ Але в міру накопичення нових знань з'ясувалося, що мутації з великим ефектом повсюдно смертельні, тому тільки мутації з малим ефектом можуть достовірно вважатися цінними для еволюції, й сальтаційна теорія де Вріса зійшла нанівець.

Коли у 1930-х і 1940-х роках виник неодарвінівський синтез, було заявлено, що мутації забезпечують природні варіації, на основі яких природний добір виробляє нові форми життя.

Проте, прямо суперечачи центральній ролі мутацій у різноманітності життя, бачимо дедалі більше експериментальних доказів того, що мутації знищують життя. У медичних колах мутації повсюдно вважаються згубними. Вони є основною причиною старіння,^{2 3} раку,^{4 5} та інфекційних захворювань.⁶

Навіть серед апологетів еволюції, які шукають приклади корисних мутацій, найкраще, що вони можуть зробити, це навести приклади пошкоджуючих мутацій, які мають корисні побічні ефекти (наприклад, серповидно-клітинна анемія,⁷ делеція 32-ї базової пари в хромосомі людини, яка надає стійкості до ВІЛ гомозиготам і затримує початок СНІДу у гетерозигот,⁸ мутація CCR5-delta32,⁹ меланізм тварин¹⁰ і супресія тазових хребців риби колючки¹¹).

Такі результати зовсім не дивні у світлі відкриття, що ДНК піддається до мільйона подій пошкодження та відновлення на клітину на день.¹²

Фізика мутацій

Неодарвінівська теорія представляє мутації як унікальні біологічні події, які є «двигуном» біологічної мінливості. Однак тепер, коли ми можемо бачити, як життя працює у молекулярних деталях, стає очевидним, що мутації не є унікальними біологічними подіями – це суто фізичні події.

Життя протікає завдяки постійному (часто блискавичному) руху молекулярних механізмів у клітинах. Клітини повністю заповнені твердими та рідкими речовинами – у них немає вільного простору.

Молекулярні машини, архітектура та внутрішні структури клітини складаються з довгих ланцюгів органічних полімерів (наприклад, білків, ДНК, РНК, вуглеводів, ліпідів), а рідина в основному є водою. Усі форми руху підпорядковуються законам руху, проте наслідки такого простого фізичного явища майже повсюдно ігноруються в біології.

Перший закон Ньютона свідчить, що фізичне тіло залишатиметься в стані спокою або продовжуватиме рухатися з постійною швидкістю, якщо на нього не діє зовнішня сила. Подумайте лише про молекулу повідомлення, яка передається з однієї частини клітини до іншої.

Оскільки клітина сповнена інших молекул, і в ній немає порожнього простору, молекула повідомлення незабаром зіткнеться з іншими молекулами й сповільниться, або зупиниться зовсім. Це і є універсальна проблема, відома як тертя.

Тертя може виникати з багатьох причин, але його можна розділити на два типи: один називається розсіканням, а інший – ковзанням. Розсікання включає фізичне зміщення матеріалів для полегшення руху об'єкта, у той час як ковзання виникає через порушення адгезійних взаємодій між сусідніми поверхнями.¹³

Молекулярні механізми в клітинах багато в чому завдячують своєю структурою водневим зв'язкам, але вони досить слабкі й легко розриваються. Наприклад, більшість білків є довгими, міцно зв'язаними ланцюгами амінокислот, але ці довгі ланцюги згорнуті в тривимірні компоненти механізму, а тривимірні структури утримуються разом водневими зв'язками.¹⁴

Коли такі структури зазнають механічного впливу, передача імпульсу може деформувати або розірвати водневі зв'язки та серйозно пошкодити функцію молекули.

Внутрішня частина клітини за щільністю та в'язкістю нагадує йогурт (мал. 1). Сушені фрукти (чорного кольору), додані в йогурт при виготовленні, чітко помітні у загальній масі. Фрукти не продовжували диспергувати в йогурт. Вони були повністю зупинені початковим тертям. Це схоже на те, що відбувається в клітині – будь-який рух швидко гаситься силами тертя всіх видів, що надходять з усіх боків.

Як клітини справляються із цим тертям? Принаймні п'ятьма різними способами.Мал. 2 Прозора упаковка фруктового йогурту ілюструє, як тертя у в'язкій рідині зупинило рух, ініційований змішуванням фруктів (чорний колір) з йогуртом (білий колір).

По-перше, по всій клітині є моторні білки, які прикріплюються до рухомих молекул і переносять їх по волокнах і канальцях, що становлять цитоскелет клітини. По-друге, ці моторні білки постійно заряджаються після фрикційних зіткнень за рахунок енергії, що надходить у вигляді молекул АТФ.

По-третє, до рухомих молекул прикріплені «адресні мітки», щоб забезпечити їх доставку в потрібне місце призначення (ефекти тертя постійно відхиляють рухливі молекули від їхнього курсу). По-четверте, тонкі плівки води покривають усі молекулярні компоненти клітин та забезпечують як захисний шар, так і виконують роль лубриканту, який знижує частоту та важкість фрикційних зіткнень.

По-п'яте, існує широкий спектр механізмів підтримки та відновлення, доступних для усунення пошкоджень, спричинених тертям.

Проблема тертя та ушкодження, які виникають в результаті тертя, в клітинах на порядки більші, ніж у великих механічних системах. Біомолекули – це дуже гострі об'єкти з надзвичайно шорсткими поверхнями, що сильно злипаються. Їх не можна виготовити й відшліфувати до гладкої поверхні, якої ми досягаємо в компонентах автомобільних двигунів, таких як поршні та маховики, й не можна вставити шарикопідшипники для зменшення площі контакту, як це робиться в колісних осях.

Як біологічний приклад розглянемо роторний двигун, який приводить в рух бактеріальний джгутик. Основні поверхні, які зношуються, знаходяться на роторі (прикріпленому до джгутика) й статорі (корпус ротора, прикріплений до клітинної стінки). Статор складається з 22 молекул, розташованих в 11 парах. Швидкість зносу настільки велика, що середній час роботи молекули статора складає всього близько 30 секунд.¹⁵ Система обслуговування клітини тримає в резерві близько 200 молекул статора, щоб впоратися з такою швидкістю обертів.

Пошук відповідних мастильних матеріалів для подолання тертя є одним із основних завдань нанотехнологічної промисловості. Для кількісної оцінки потенційних мастильних матеріалів було розроблено спеціальну техніку під назвою «мікроскопія сили тертя».¹⁶

Це показує, що закони фізики, що діють серед в'язких компонентів клітини, передбачають та пояснюють високу швидкість молекулярних пошкоджень, які ми спостерігаємо в ДНК.

Від 50% до 80% ДНК в клітині постійно отримує інформацію, необхідну для повсякденного метаболізму. Ця консультація вимагає численних кроків, кожен з яких включає фізичну деформацію ДНК – пересування всередині ядра, намотування та розмотування структур хроматину, розгортання подвійної спіралі, зв'язування та розв'язування механізмів транскрипції, повторне намотування подвійної спіралі, повторне намотування структур хроматину та пересування всередині ядра.

Кожен крок руху забезпечується розрядами АТФ і неминуче спричиняє механічні пошкодження компонентів. Хоча більша частина цих пошкоджень відновлюється, механізми відновлення не є на 100% досконалими, оскільки вони самі зазнають механічних пошкоджень.¹⁷

Мутації швидко руйнують

Згідно з неодарвінівською теорією, природний добір повинен стояти на сторожі наших геномів, оскільки він відсіває небажані згубні мутації та віддає перевагу корисним. Це не так, вважає експерт з генетики професор Джон Сенфорд.¹⁸

Природний добір може відсіяти ті мутації, які мають значний негативний вплив на пристосованість (кількість народженого потомства). Але на таку «придатність» впливає величезна кількість факторів, й переважна більшість мутацій мають дуже малий ефект, щоб природний добір міг їх виявити та видалити.

Більше того, якщо середня частота мутацій на людину в покоління становить близько 1 або більше, то кожна людина є мутантом, й жодний добір не зможе зупинити виродження всієї популяції. Як з'ясувалося, частота мутацій в людській популяції набагато більша за 1. За оцінками Сенфорда, їх не менше 100, можливо, близько 300, а можливо, і більше.

Все багатоклітинне життя страждає

Два недавні огляди літератури по мутаціях не лише підтверджують твердження Сенфорда, а й поширюють їх на все багатоклітинне життя.

В огляді, присвяченому розподілу ефектів пристосованості (fitness effects – DFE) мутацій,¹⁹ автори не можуть навести жодного прикладу корисних для людини мутацій. У своїх розрахунках, що стосуються швидкості згубних мутацій (MD) та нейтральних мутацій (MN), вони використовують рівності MD = 1 - MN та MN = 1 - MD, які мають на увазі, що швидкість корисних мутацій дорівнює нулю. Вони наводять кілька ненульових значень швидкості корисних мутацій у деяких експериментальних організмів, але уточнюють ці результати, визначаючи втручання інших змінних.

В огляді варіацій швидкості мутацій у еукаріот,²⁰ автори визнають, що всі багатоклітинні організми зазнають невблаганного руйнування геному в результаті мутацій, оскільки природний добір не може усунути пошкодження.²¹ У вставці 2 і таблиці 1 зазначається, що вони занижені, окрім, можливо, плодової мушки Drosophila melanogaster зі значенням 1,2. Значення, вказане в людини, становить «~3».

Таким чином, все багатоклітинне життя на Землі переживає невблаганний розпад геному. Через те, що швидкість згубних мутацій така висока, ефекти найбільш індивідуальних мутацій такі малі, немає компенсаторних корисних мутацій, а природний добір неефективний в усуненні пошкоджень.

У неодарвінівського джагернаута відпали колеса!

Скільки залишилося часу до вимирання?

Як довго зможе виживати багатоклітинне життя за умов загальної генетичної деградації? Це дуже важливе питання, і я спробую відповісти на нього, використовуючи кілька доказів.

Старіння людини і рак

Нещодавно ми виявили, що в раку та старіння є загальна біологія – і те, й інше є результатом накопичення молекулярних пошкоджень в клітинах.²² Це підтверджує викладені вище аргументи в тому, що з суто фізичних причин молекулярні механізми піддаються надзвичайно високого ступеня ушкодженням, що чітко простежується протягом життя однієї людини.

Кожна клітина має вбудований годинник часу, щоб обмежити ці пошкодження й звести до мінімуму ймовірність її перетворення на ракову. При кожному поділі клітини кожна теломера (ковпачки на обох кінцях хромосоми, що утримують подвійну спіраль від розплутування) коротшає на невелику величину, доки досягне межі Хейфліка (Hayflick Limit), виявленого в 1965 році й становить трохи більше 50 поділів клітини. Потім клітини перестають ділитися, розбираються на частини та їх частини переробляються.

Додавання ферменту теломерази дозволяє уникнути проблеми вкорочення теломер, але в цьому випадку клітина піддається більшому ризику стати раковою через накопичення пошкоджень в інших частинах клітини. Загальний баланс між захистом від пошкоджень та необхідністю довголіття визначає пристосованість (репродуктивний успіх) та тривалість життя.²³

Нормальною реакцією організму на зростаючі пошкодження геному є знищення пошкоджених клітин за допомогою запрограмованого старіння (одним з елементів якого є теломірний годинник з його межею Хейфліка). Але клітини стають злоякісними (раковими), коли мутація відключає сам механізм старіння, що дозволяє пошкодженим клітинам проліферувати без обмежень.²² Межа Хейфліка, що становить близько 50 клітинних поділів для людини, здається, забезпечує оптимальний баланс.

П'ятдесят людських поколінь по 20 років кожне дають нам лише 1 000 років як тимчасову шкалу, протягом якої лінія людини почне відчувати значне мутаційне навантаження в своєму геномі. Це тривожно швидко в порівнянні з передбачуваною еволюційною шкалою часу в мільйони та мільярди років.

Репродуктивні клітини

З того часу, як Август Вейсман в 1893 році опублікував книгу «Зародкова плазма: теорія спадковості» (The Germ-Plasm: A Theory of Heredity),²⁴ було доведено, що між клітинами тіла (сомою) й клітинами зародкової лінії (зародковою плазмою) існує дискретний поділ.Мал. 3 Схематичне зображення тривалості життя людини (-), чоловічої фертильності (∙∙∙∙∙) та ризику аномалій плоду з віком матері (---). Незважаючи на захисний ліміт Хейфліка на поділ клітин та тривалість життя, у людини накопичуються дуже значні молекулярні пошкодження навіть у найпродуктивніші роки життя. Мутації завдають ще більших шкоди, ніж передбачає межа Хейфліка та пов'язані з ним показники захворюваності на рак.

Вважалося, що клітини зародкової лінії більше захищені від мутацій, ніж інші клітини тіла. Однак нещодавно була виявлена ще одна причина старіння: наші стовбурові клітини старіють в результаті спадкового пошкодження ДНК та дегенерації підтримуючих їх ніш (спеціальних «гнізд» в більшості органів та тканин тіла, де стовбурові клітини ростуть, харчуються та захищаються).

Механізм вкорочення теломер, призначений для зниження захворюваності раком, схоже, також викликає небажаний побічний ефект – зниження реплікативної здатності деяких типів стовбурових клітин із віком. Це зниження здатності до регенерації призвело до появи «гіпотези стовбурових клітин» для дегенеративних станів, пов'язаних із віком людини.²⁵

Проблеми з фертильністю в людини дозволяють припустити, що зниження нішевого захисту стовбурових клітин поширюється й на наші гамети (яйцеклітини та сперматозоїди). У чоловіків фертильність, що вимірюється кількістю сперматозоїдів, енергійністю сперми та шансами на зачаття, починає значно знижуватися до 40-го року, а частота деяких вроджених дефектів, пов'язаних з батьківством, швидко зростає з 30-ти років (мал. 2).²⁶ У жінок ймовірність вроджених дефектів швидко зростає приблизно після 35 років, особливо через хромосомні аномалії (мал. 2).

Таким чином, в середині найпродуктивнішої частини нашого життя наш організм демонструє явні ознаки погіршення стану за рахунок накопичення молекулярних пошкоджень в наших геномах.

Чи дійсно клітини зародкової лінії отримують менше пошкоджень?

Коли було відкрито, що ДНК є носієм спадковості, теорія зародкової плазми Вейсмана породила «гіпотезу безсмертної нитки».

Вважалося, що коли ДНК ембріональної стовбурової клітини реплікується, «стара» нитка залишається в «материнській» стовбуровій клітині, що самооновлюється, а новостворена дочірня нитка проходить шлях диференціації в клітину тіла. Таким чином, «стара» нитка залишається вільною від помилок, оскільки вона не піддавалася помилкам копіювання, й таким чином стає фактично безсмертною.

Однак група дослідників з Меморіального інституту Говарда Х'юза нещодавно перевірила цю теорію на стовбурових клітинах, що виробляють кров, і виявила, що вони ділять свої хромосоми випадковим чином.²⁷ Тобто «гіпотеза безсмертних ниток» неправильна.

Якщо стовбурові клітини не отримують такого преференційного відношення, то розумно зробити висновок, що клітини зародкової лінії також схильні до тих самих молекулярних пошкоджень, що й соматичні клітини. Це підтверджується спостереженням, що людська фертильність зазнає пошкоджень задовго до того, як вікові захворювання беруть гору.

Тривалості життя одного покоління достатньо, щоб навіть в наших репродуктивних клітинах виявились дуже значні мутаційні пошкодження.

Дилема Холдейна

Серйозні протиріччя, які ці результати представляють для неодарвінівської теорії, підтверджують те, що стало відомо як дилема Холдейна.

Дж. Б. С. Холдейн був одним з архітекторів неодарвінізму, піонером його застосування у популяційній біології. Він зрозумів, що природному добору знадобиться багато часу, щоб закріпити вигідну мутацію в популяції – закріплення відбувається, коли кожен член популяції має дві копії алеля, вспадкувавши його від матері та батька.

Холдейн підрахував, що для хребетних тварин в середньому потрібно близько 300 поколінь, коли селективна перевага становить 10%.

В людини з 20-річним періодом поколінь та приблизно 6 мільйонами років, що минули з моменту останнього спільного предка із шимпанзе, могло закріпитися лише близько 1 000 таких вигідних мутацій. Холдейн вважав, що заміни близько 1 000 алелів було б достатньо для створення нового виду, але цього недостатньо, щоб пояснити різницю між нами і нашими найближчими уявними родичами.

Виміряна різниця між геномами людини й шимпанзе складає близько 125 мільйонів нуклеотидів, які, як вважається, виникли в результаті близько 40 мільйонів мутацій.²⁸ Якщо тільки 1000 цих мутацій могли пройти природний добір для створення нового (людського) виду, це означає, що решта 39 999 000 мутацій були згубними, що повністю відповідає оглядам, які показують, що переважна більшість мутацій згубні. Отже, ми мали виродитися з мавп, що є абсурдним висновком.

Відповідно до теорії полегшеної варіативності Кіршнера та Герхарта²⁹, життя складається з двох основних компонентів – збережених основних процесів (структура та механізми клітин) та модульних регуляторних процесів (сигнальні ланцюги та перемикачі, які керують механізмами та забезпечують вбудоване джерело природної варіативності). Тому 40 мільйонів «мутаційних» відмінностей між людьми та шимпанзе набагато розумніше пояснити як 40 мільйонів модульних відмінностей між дизайном шимпанзе та дизайном людини.

Кількісні оцінки часу до вимирання людини

Існує кілька різних способів оцінити час, який потрібно для того, щоб мутації, що невпинно накопичуються, привели наш вид до вимирання.

Біноміальні оцінки

Деякі дуже грубі оцінки можуть бути отримані з біномного розподілу, який може передбачити ймовірність накопичення декількох мутацій в суттєвому генетичному функціональному модулі. Біноміальна модель мутуючого геному може полягати в тому, що ДНК клітини поділено на N функціональних модулів, з яких Ne є основними; тобто, лінія не зможе відтворитися, якщо будь-який з основних модулів буде вимкнено. Для будь-якої даної мутаційної події p = 1/N – ймовірність «попадання», q – ймовірність «промаху», і pq = 1.

Яким є ймовірне значення N? Ми можемо отримати дві оцінки, виходячи з того, що існує близько 25 000 генів плюс відкриття, зроблене у звіті пілотного дослідження проекту ENCODE, що практично весь геном людини функціональний.³⁰

Згідно з першою оцінкою, середньостатистичний білок містить кілька сотень амінокислот, а кожна амінокислота вимагає три нуклеотиди коду, тому середньостатистичний ген займатиме близько 1000 нуклеотидів простору екзону (екзон – це частина гена, що кодує білок). В усьому геномі людини близько 3 мільярдів нуклеотидів, тому якщо ми припустимо, що середньостатистичний білок є середньостатистичною функціональною одиницею, то N = 3 мільйони.

Друга оцінка отримана зі звіту ENCODE: регіони генів виробляють у середньому 5 транскриптів РНК на нуклеотид, а нетрансльовані регіони – в середньому 7 транскриптів РНК на нуклеотид. В областях, що не транслюються, приблизно в 33 рази більше нуклеотидів, ніж в генних областях.

Якщо припустити, що розмір транскриптів в кожному регіоні приблизно однаковий, тоді існує 25 000 x 5 = 125 000 генних транскриптів і 25 000 x 33 x 7 = 5 775 000 транскриптів, що не транслюються, що в сумі становить N = 5 900 000. Таким чином, наші дві оцінки N становлять від 3 до 6 мільйонів в круглих цифрах.

Яким є ймовірне значення Ne? Експерименти з мишами показують, що 85% генів можуть бути вибиті по одному за раз без летального результату.³¹ Це пов'язано з надійністю й стійкістю до збоїв через запасні процеси, вбудовані в геномні конструкції. Це також означає, що відключення будь-якого з 15% генів, що залишилися, призведе до летального результату.

Однак відбуваються множинні мутації, тому ймовірне значення Ne при дії множинних мутацій буде набагато вищим, ніж 15%. Максимально можливе значення – 100%.

У дослідженні 2 823 метаболічних шляхів людини, 96% при порушенні в результаті мутації викликали захворювання,³² тому якщо взяти середнє значення між цим значенням і мінімальними 15%, то вийде, що близько 60% функціональних одиниць є необхідними.

Скільки випадкових мутацій потрібно загалом, щоб вивести з ладу важливий функціональний модуль? В окремих випадках однієї мутації достатньо, щоб позбавити людини здатності до розмноження.

Модель двох мутацій поширена у раку. При дослідженні мереж клітинної сигналізації ця модель зазвичай призводять до нокауту: (I) система запрограмованої смерті для боротьби з пошкодженими (раковими) клітинами, та (II) нормальний контроль над проліферацією клітин – таким чином, пошкоджені ракові клітини можуть розмножуватися без обмежень.

Також було виявлено, що частка генів, пов'язаних із раком, збільшується зі зростанням кількості зв'язків між генами. Коли здоровий ген пов'язаний з більш ніж 6 генами, що мутували, ~80% всіх генів в мережі стають раковими. Екстраполюючи це, можна зробити висновок, що коли нормальний ген пов'язаний приблизно з 10 генами, що мутували, вся мережа стає раковою.³³

Майже 70% відомих людських генів можуть бути збудниками раку, якщо вони мутували.³⁴ Рак може виникнути в результаті всього однієї мутації в стовбуровій клітині або кількох мутацій в соматичних клітинах.³⁵

Мінімально можливе значення 1, як відомо, зустрічається рідко, тому частіше виникнення моделі з двома мутаціями робить його розумним мінімальним значенням. Але для того, щоб вся мережа стала дисфункціональною, може знадобитися, щоб десять модулів отримали по дві мутації.

Максимальна кількість попадань, яке необхідне щоб вивести з ладу один модуль, може становити 100 або більше, але якщо середньостатистичний функціональний модуль містить лише 1000 нуклеотидів, то ця цифра, що становить 10% від загального числа, здається досить великою. Можливо, найімовірнішим середнім значенням є десять випадкових мутацій на функціональний модуль.

Щоб забезпечити певний контекст для цих оцінок, нещодавня робота показує, що система відновлення пошкоджень у контрольній точці клітинного циклу активується, коли в клітині, що знаходиться в процесі поділу, накопичується від 10 до 20 розривів двох ниток.³⁶

Тобто життя буде терпіти тільки від 10 до 20 розривів ДНК на клітину, перш ніж вона почне відновлювальні роботи, тоді як ми розглядаємо сценарії, в яких на клітину припадають тисячі та мільйони пошкоджень. Наші цифри явно зростають в тій галузі, де механізми відновлення клітини працюють на межі своїх можливостей.

Яка тоді ймовірність накопичення або 2 мутацій в 10 модулях, або 10 мутацій в одному модулі в будь-якому з 15% або 60% з 3-6 мільйонів функціональних модулів?

Біноміальний розподіл у Microsoft Excel був використаний для наступних розрахунків, при цьому було зроблено додаткове припущення, що ймовірність того, що модуль є критичним, має перевищувати 50%, щоб вимирання в наступному поколінні було вірогіднішим, ніж навпаки.

Припускаючи 60%-у необхідність, необхідно вивести з ладу лише один функціональний модуль, щоб ймовірність його суттєвого статусу перевищила 50%. Для моделі з двома мутаціями потрібно від 6000 до 12000 мутацій, щоб відключити десять із 3-6 мільйонів функціональних модулів. Для 10-мутаційної моделі для виведення з ладу одного функціонального модуля потрібно від 3 до 6 мільйонів мутацій.

Якщо припустити, що необхідність становить 15%, необхідно відключити чотири модулі, щоб ймовірність того, що хоча б один з них суттєвий, перевищила 50%. Для моделі з двома мутаціями потрібно від 250 000 до 500 000 мутацій, щоб вивести з ладу десять модулів із чотирма мутаціями в кожному з 3-6 мільйонів функціональних модулів. Для моделі з 10 мутаціями потрібно від 3,7 до 7,5 мільйонів мутацій, щоб вивести з ладу чотири функціональні модулі.

Якщо кожна особина виробляє 100 нових мутацій кожне покоління (за умови, що час генерації становить 20 років) й ці мутації розподіляються між 3-6 мільйонами функціональних модулів по всьому геному, то середній час до вимирання:

1,200 - 2,400 років для моделі «2 мутації в 10 модулях» та 60% необхідності

50 000 - 100 000 років для моделі «2 мутації в 10 модулях» та 15% необхідності

600 000 - 1 200 000 років для моделі з 10 мутаціями та 60% необхідності

від 740 000 до 1 500 000 років для моделі з 10 мутаціями і 15% необхідності.

Відсікаючий добір

Еволюційний генетик доктор Джеймс Кроу стверджував, що людина, ймовірно, захищена «відсікаючим добором».²⁶ Скорочення відбувається, коли природний добір переважно видаляє особин з найбільшим мутаційним навантаженням.

Генетик рослин Джон Сенфорд перевірив твердження Кроу на практиці, розробивши комп'ютерну симуляцію скорочення. Його припущення були такими: 100 особин в популяції, 100 мутацій на особину в покоління, 4 нащадка на особину жіночої статі, 25% негенетичних випадкових смертей на покоління та 50% добору проти найбільш мутантних нащадків на покоління.

Сенфорд припустив, що середня втрата пристосованості на мутацію становить 1 до 10 000. Його вид вимер лише за 300 поколінь. При часі життя покоління 20 років це відповідає 6 000 років.³⁷

Припущення Сенфорда є дещо нереалістичними, але є й інші шляхи вирішення проблеми. Мутації – це чисті випадкові події, які, слідуючи розподілу Пуассона (Poisson distribution), ведуть себе як нормальна крива, коли середнє очікуване значення більше приблизно 30.³⁸

В розподілі Пуассона дисперсія дорівнює середньому очікуваному значенню, а стандартне відхилення – квадратному кореню дисперсії. Коли середнє очікуване значення дорівнює 100, стандартне відхилення дорівнюватиме 10. Нормальна крива тепер каже нам таке:

Половина людей страждатиме від 100 мутацій або більше, а половина людей – від 100 мутацій або менше.

Близько 84% людей страждатимуть від 110 мутацій або менше, тому 16% людей, що залишилися, страждатимуть від 110 і більше мутацій. Як альтернатива, близько 16% людей страждатимуть від 90 або менше мутацій.

Близько 97,7% населення будуть мати 120 мутацій або менше, а 2,3%, що залишилися, будуть мати 120 мутацій або більше. Або ж 2,3% страждатимуть від 80 або менше.

Близько 99,9% населення буде мати 130 мутацій або менше, а 0,1%, що залишилися, будуть відчувати 130 або більше мутацій. Альтернативно, 0,1% матиме 70 або менше мутацій.Таблиця 1 Розрахункова кількість поколінь і років до вимирання для популяцій різних розмірів, коли пристосованість знижується на 1,5% в кожному поколінні.

Якщо ми видалимо наймутантніших – тих, у кого понад 130 мутацій на людину в покоління, – то ми видалимо лише 0,1% населення, і це практично нічого не змінить. Якщо ми видалимо наймутантніші 50% населення, це також не вирішить проблему з двох причин.

По-перше, переважна більшість людей, що залишилися, як і раніше страждають від 70 до 100 мутацій на людину в покоління, що набагато вище значення 1, яке забезпечує невблаганний занепад. По-друге, видалення половини популяції кожне покоління призвело б до її вимирання через кілька десятків поколінь.

Синергетичний епістаз та розмір популяції

Жодна з наведених вище моделей не включає ефект синергетичного епістазу (якщо один ген мутував, його вплив пом'якшується завдяки скоординованій активності інших генів) або розміру популяції. Ми можемо включити їх, використовуючи оцінку Кроу, за якою пристосованість людської раси нині деградує зі швидкістю від 1 до 2% в покоління.

Якщо ми використовуємо середнє значення 1,5%, то лише 98,5% наступного покоління будуть виробляти репродуктивно життєздатне потомство. У наступному поколінні після цього буде лише 98,5% тих, хто вижив, здатних дати репродуктивно життєздатне потомство, й так далі.

Для будь-якого даного стабільного розміру популяції N, розмір наступного покоління, здатного дати репродуктивно життєздатне потомство, дорівнюватиме 98,5% від N, а для будь-якого даної кількості поколінь G, кількість тих, хто вижив, здатних дати репродуктивно життєздатне потомство, буде дорівнює (98,5 %) G від N.

У таблиці 1 показано приблизне число поколінь, після якого населення вироджується до вимирання (залишається тільки одна особина, тому розмноження не може продовжуватися). Жодна популяція неспроможна витримати постійну втрату життєздатності 1,5%.

Наведена вище модель передбачає, що від початку в кожному поколінні відбуватиметься втрата 1,5% придатності. Проте біноміальне моделювання, проведене раніше, показало, що особини можуть переносити від кількох тисяч до кількох мільйонів мутацій, перш ніж пошкодження критично порушать їхню здатність до розмноження. Це означає, що синергетичний епістаз є реальним явищем – життя стійке перед лицем мутацій. Замість негайної втрати 1,5% в кожному поколінні, популяція в цілому залишатиметься здоровою протягом набагато більш тривалого часу, перш ніж втрати стануть очевидними.

Однак швидкість накопичення мутацій залишиться незмінною, тому що причина залишається незмінною – механічне пошкодження. Це означає, що більшість людей будуть зовні здорові, але потім наблизяться до порога дисфункції за набагато короткий період часу, що призведе до катастрофи популяції, а не до її повільного скорочення.

В будь-якому випадку, однак, часові масштаби будуть приблизно однаковими, тому що швидкість накопичення пошкоджень залишається приблизно однаковою.

Підсумки

Мутації не є унікальними біологічними подіями, які забезпечують двигун природних варіацій для природного добору, що працює з ними й виробляє всю різноманітність життя.

Мутації – це суто фізичний результат всепроникаючого механічного пошкодження, що супроводжує всі молекулярні механізми. Як наслідок, все багатоклітинне життя на Землі переживає невблаганний розпад геному, тому що швидкість згубних мутацій дуже висока, ефекти окремих мутацій дуже малі, немає компенсаторних корисних мутацій й природний добір неефективний в усуненні пошкоджень.

Шкода настільки велика, що стає очевидною протягом одного людського життя. Наші репродуктивні клітини не мають імунітету, як вважалося раніше, а також схильні до механічних пошкоджень, як і клітини нашого тіла.

Достатньо від кількох тисяч до кількох мільйонів мутацій, щоб лінія людини вимерла, й це, швидше за все, відбудеться за час від десятків до сотень тисяч років. Це набагато менше, ніж передбачуваний термін еволюції. Подібно до іржі, що роз'їдає сталь мосту, мутації роз'їдають наші геноми, й ми нічого не можемо зробити, щоб зупинити їх.

Двигун еволюції, якщо його правильно розуміти, стає кінцем еволюції.