Комбинации аминокислот и круговорот белков в биосфере обеспечивают её воспроизводимость, живые существа пожирают друг друга и используют белок пожираемых существ для построения белков собственного организма. Видимо, стабильность биосферы обеспечивается законом сохранения в ней белка, напоминающим закон сохранения энергии. В процессе пищеварения белки других организмов расщепляются в организме данной особи до отдельных аминокислот, а после их усвоения попадают в клетки, где снова выстраиваются в строго определённом порядке, соответствующем потребностям данного организма. Первоисточником белков в биосфере выступают растения, которые синтезируют все виды аминокислот из более простых веществ, извлекаемых из земной природы. Вторичным источником белков являются животные, они способны синтезировать большую часть видов аминокислот, а оставшаяся часть, относящаяся к числу так называемых «незаменимых», может быть усвоена ими только в процессе расщепления пищи.
Функции белков весьма многообразны. Ряд источников выделяет 8 функций, выполняемых белками в организмах – строительную, энергетическую, каталитическую, двигательную, транспортную, защитную, регуляторную и информационную. Строительная функция связана с выполнением белками роли строительного материала для формирования различных элементов клеток, костных, роговых и соединительных тканей, волос и шерсти, кожных и других покровов и оболочек, кровеносных сосудов и т. д.
Энергетическая функция осуществляется при активном участии белков путём преобразования и усвоения энергии, поступающей через утилизацию питания или излучения Солнца, а также при расщеплении собственных белков на аминокислоты.
Каталитическая функция выполняется особым видом белков, именуемых ферментами. Белковую природу ферментов ещё в 1926 г. доказал американский биохимик Дж. Самнер, получивший в связи с этим нобелевскую премию только через 20 лет, в 1946 году. Он выделил фермент уреазу из соевых бобов и определил ее белковое строение. Ферменты представляют собой биоорганические катализаторы, которые значительно более эффективны и избирательны, чем неорганические катализаторы химических реакций. Ферменты могут ускорять реакции в сотни тысяч раз. и каждый из тысячи ферментов, известных науке, действует на строго определённую реакцию, совершенно не изменяя ход реакций, к интенсификации которых он не предназначен. Ферменты способствуют извлечению из запутанной смеси необходимого для превращения вещества и преобразованию его в строго определённый продукт. Ферменты участвуют в выполнении белками строительной, энергетической и защитной функций, в синтезе нуклеиновых кислот, других ферментов и белков. Они осуществляют обратную связь от белковых структур к наследственному аппарату.
Двигательная функция осуществляется сократительными белками, входящими в состав мышц у животных, двигательных механизмов у растений, мерцательных ресничек у одноклеточных организмов.
Транспортная функция выполняется прежде всего гемоглобином, обеспечивающим перенос с кровотоком у животных ионов, сахаров, кислорода и т. д. Молекулярный агрегат гемоглобина состоит из четырёх белковых макромолекул, связанных в строго определённом порядке. Любое нарушение этого порядка приводит к потере способности гемоглобина к транспортировке кислорода от органов дыхания к тканям и углекислого газа от тканей к дыхательным органам. Наряду с белками транспортную функцию выполняют и молекулы РНК, предназначенные для доставки аминокислот в процессе синтеза белков.
Защитную функцию выполняют белки – иммуноглобулины, входящие в состав антител, подавляющие и расщепляющие любые вредные для организма микроорганизмы и вещества после их распознавания клетками иммунитета.
Регуляторная функция осуществляется особыми белками, к числу которых относятся и вышеупомянутые гистоны. Они регулируют синтез белков через воздействие на нуклеиновые кислоты, синтез самих нуклеиновых кислот. Белки-гормоны, вырабатываемые эндокринными железами, регулируют рост организма, его развитие, обмен веществ, размножение и т. д.
Информационная функция возлагается эволюцией на рецепторные белки, предназначенные для получения, обработки и распознавания информации о состоянии внешней среды и самого организма, наличии существ, представляющих опасность или способных стать пищей и т. д. Информационные белки развились в процессе эволюции путём специализации из белков, составляющих покровы, защитные оболочки организмов, функционирование которых обеспечивало осуществление защитной функции.
Наконец, в научной литературе почему-то не выделяется девятая, управленческая функция, которая выполняется белками, из которых состоит мозг высших животных и человека, нервные пути и окончания, обеспечивающие приём и переработку информации, поведенческие реакции и управление всеми процессами жизнедеятельности.
В свете вышесказанного очевидно, что гены представляют собой не что иное, как мобилизационные структуры, формирующиеся на базе нитей ДНК и управляющее мобилизационной периферией, состоящей из матричных и транспортных РНК. Они выполняют определённую эволюционную работу, направленную на синтез белков и максимально точное, насколько позволяют обстоятельства, копирование устройства предшествующих структур при всех их разнообразных комбинациях и перекомбинациях. Ошибки и изменения условий копирования, именуемые мутациями, приводят к изменению характера и содержания эволюционной работы, отклонениям от нормы. Химическая работа кислотных структур в живых клетках приобретает биологический характер, поскольку она приводит к формированию мобилизационных структур в белковом субстрате, состоящем из одинарных спиралей на молекулярном уровне.
24.3. Наследуемость и изменчивость в живой природе. Взаимодействие генотипов и фенотипов, роль генов в формировании признаков. Генетика развития и геноцентризм
Генетика с самого своего зарождения развивалась как эволюционная наука, как наука о генетических основах эволюции, призванная дополнить (или поправить, или даже опровергнуть) учение Дарвина знанием законов наследственности. Она стремилась показать источники и механизмы наследственного воспроизведения и наследственной изменчивости признаков и свойств живых существ, т. е. ответить на вопросы, поставленные Дарвином.
Дарвин выделил два вида изменчивости – определённую и неопределённую. К определённым изменениям он относил те, что развиваются у многих организмов под воздействием среды. К неопределённым – мелкие индивидуальные различия, развивающиеся у разных организмов, принадлежащих к одному виду и обитающих в сходных или идентичных условиях среды.
Неопределённая изменчивость однозначно характеризовалась Дарвином как наследственная, наследственно обусловленная. Но что обусловливает эту наследственную изменчивость, было неизвестно вследствие, как выражался Дарвин, нашего глубокого незнания законов наследственности.
И наоборот. По поводу определённой изменчивости было известно, что она обусловливается изменениями среды, но Дарвин сомневался, является ли она полностью ненаследственной или же вызывается унаследованием приобретенных признаков в процессе употребления или неупотребления органов, т. е. ламарковским механизмом эволюции.
Эти сомнения уже после смерти Дарвина постарался рассеять его весьма неортодоксальный последователь Август Вайсман, который предложил эволюционный механизм, исключающий наследование приобретённых признаков и результаты употребления или неупотребления органов. Поэтому в генетике, на каждом этапе своего развития подтверждавшей гипотезу Вейсмана о ненаследуемости приобретённых признаков и опровергавшей ламарковский механизм (в том числе и в его трактовке Дарвином) определённая изменчивость стала рассматриваться как принципиально ненаследственная.
Однако по мере развития генетики и создаваемой на её основе теории эволюции приходило понимание того, что наследственные признаки также в прямом смысле не наследуются, что они развиваются на базе наследственности в процессе жизнедеятельности каждого организма.
Наиболее чётко положения генетики и строящейся на её основе синтетической теории эволюции по этому важному вопросу формируются в учебнике по эволюционной биологии одного из выдающихся российских эволюционистов Алексея Яблокова и его соавтора Абдулмалика Юсуфова, являющихся наиболее убеждёнными приверженцами СТЭ. Предоставим им слово.
«Во времена Дарвина, – отмечают А. Яблоков и А. Юсуфов, – всю наблюдаемую изменчивость делили на наследственную и ненаследственную. В настоящее время такое разделение правильно лишь в общих чертах. Ненаследственных признаков нет и быть не может: все признаки и свойства организма в той или иной степени наследственно обусловлены. В процессе размножения от поколения к поколению передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность развития будущих признаков в каком-то диапазоне. Наследуется не признак, а норма реакции развивающейся особи на действие среды» (Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение: учебник для биологических спец. вузов – М.: Высш. шк., 2004 – 310 с., с. 105). Здесь почти буквально повторён тезис Ивана Шмальгаузена: «Наследуются не признаки, как таковые, а нормы их реакции на изменения условий существования организмов».
Таким образом, генетический аппарат, воспроизводя и сохраняя коды наследственной информации, предопределяет лишь возможности, задатки, предпосылки для развития признаков и свойств живых организмов. На основе разброса этих возможностей, задатков, предпосылок, обеспеченных предшествующим развитием, живые организмы под действием определённой среды сами развивают, т. е. вырабатывают свои действительные признаки и свойства. Диапазон, определяемый признаками и свойствами функционирования генетического аппарата, в свою очередь определяет границы, в рамках которых развиваются те или иные признаки и свойства, характеризующие как неопределённую, так и определённую изменчивость. Его в генетике и в синтетической теории эволюции, развивавшейся в диапазоне генетики, принято называть нормой реакции. Кстати, диапазон, заданный сложившимися к концу XX века представлениями генетики, тоже можно было бы назвать нормой реакции. Причём представители СТЭ крайне болезненно реагируют на любые идеи, выходящие за рамки этого диапазона. И их можно понять. Особенно в России, где эти представления были буквально выстраданы несколькими поколениями выдающихся генетиков и эволюционистов, которые подверглись немыслимым преследованиям и издевательствам со стороны государственной власти за свои передовые по тем временам научные убеждения. Но и в других странах каждый шаг на пути познания механизмов наследственности давался огромным трудом и требовал настоящего героизма.