Однако в 1988 году всемирно признанный генетик Джон Кэйрнс оспорил это научное верование в случайную эволюцию. Результаты оригинальных исследований Кэйрнса (он тоже работал с бактериями) были опубликованы в престижном британском журнале Nature в статье под названием «Происхождение мутантов». Кэйрнс взял бактерии, у которых был поврежден ген, отвечающий за производство энзима лактазы, необходимого для усвоения лактозы — сахара, присутствующего в молоке. Затем он поместил эти бактерии в культуры, где единственным питательным веществом была лактоза. Неспособные усваивать эту пищу, бактерии не могли ни расти, ни размножаться, поэтому ожидалось, что их колонии в ходе эксперимента не возникнут. Однако, как ни странно, во многих культурах бактериальные колонии все же образовались.
Повторно исследовав бактерии, с которых начинался эксперимент, Кэйрнс обнаружил, что в исходном посевочном материале мутировавших форм не было. Следовательно, заключил ученый, мутация гена, отвечающего за выработку лактазы, произошла после помещения бактерий в новую среду, а не до этого. Но если Лурия и Дельбрюк использовали в своих экспериментах вирусы, которые убивали бактерии почти мгновенно, то в экспериментах Кэйрнса микроорганизмы гибли от голода медленно. Иными словами, поместив бактерии в стрессовую ситуацию, Кэйрнс дал им достаточно времени для активизации внутренних механизмов мутации, чтобы они попытались выжить.
В экспериментах Кэйрнса мутации, способствующие выживанию, выглядят как прямая реакция организма на неблагоприятные условия среды. Любопытно, что в ходе дальнейших исследований выяснилось: мутации затронули лишь те гены, которые отвечают за метаболизм лактозы. Кроме того, из пяти возможных механизмов мутации все голодающие бактерии реализовали мутацию одного и того же типа. Очевидно, что результаты этого эксперимента не подтверждают предположение о совершенно случайных мутациях и бесцельной эволюции!
Кэйрнс назвал открытый им механизм направленной мутацией. Но сама идея, что стимулы среды могут управлять изменениями генетической информации, в корне противоречит центральной догме, поэтому официальная наука ответила быстро и враждебно. Как в журнале Nature, так и в американском научном журнале Science были напечатаны передовицы с гневными выпадами против выводов Кэйрнса. Редакционная статья в Science называлась «Ересь в эволюционной биологии». Заглавие было набрано огромными буквами жирным шрифтом. Это ясное свидетельство того, что облаченные в белые халаты жрецы научного материализма готовы были сжечь Кэйрнса на костре. Никто не смеет выступать против догмы!
В течение следующего десятилетия результаты Кэйрнса воспроизводились и другими исследователями, что, по идее, должно было увеличить доверие к его работе. Однако научное сообщество все равно считало идеи Кэйрнса возмутительными и неприемлемыми. Чтобы не раздражать коллег, ведущие исследователи-генетики сменили название этого явления с «направленная мутация» на более мягкое «адаптивная мутация», а затем и вовсе «благоприятная мутация». Более того, научное сообщество настаивало на том, чтобы Кэйрнс предложил другое объяснение механизма таких мутаций — как бы их ни называли.
Официальная наука полагала, что мутации происходят только в результате случайных ошибок копирования в ходе процесса репродукции. Чтобы дочерняя клетка унаследовала полный геном исходной клетки, должны быть точно скопированы миллиарды гетероциклических оснований нуклеиновой кислоты, составляющие генетический код. Однако процесс копирования предполагает множество возможностей для ошибок. В некотором смысле копирование ДНК сродни ручному переписыванию Библии монахами до изобретения печатного станка. Вы только вообразите, как легко могла вкрасться ошибка в одно из миллиона слов. А теперь представьте себе, как может измениться смысл написанного, если переписчик забудет вставить где-нибудь частицу не.
Неправильно поставленная запятая может полностью изменить смысл текста. Всем нам с детства известна фраза, в которой от постановки запятой зависит жизнь человека: «Казнить нельзя помиловать». К счастью, Природа учла эту возможность и внедрила в наши гены механизм корректировочного чтения ДНК с последующим исправлением ошибочных ДНК-последовательностей. Если по какой-то случайности ошибка копирования проникнет через этот механизм, в результате получится «чертеж» с ошибкой, который мы совершенно справедливо назовем случайной мутацией. Согласно теории Дарвина, эволюция полностью является результатом таких случайных изменений в коде ДНК.
Но в экспериментах Кэйрнса бактерии изначально не могли усваивать лактозу — единственное доступное им питательное вещество. В результате у них возник дефицит нужных строительных материалов и энергии, необходимой для осуществления нормального процесса репродукции.
Так что эти бактерии просто не успели бы спастись благодаря случайным мутациям, возникающим вследствие ошибок при копировании ДНК. Следовательно, голодающие бактерии Кэйрнса, по-видимому, осуществили генетическую мутацию посредством совсем другого механизма, пока еще неизвестного науке. И хотя нам сложно признать наличие сознания у бактерий, все же есть ощущение, что здесь имеет место работа некоего активного разума, благодаря которому они умудряются быстро адаптироваться к изменениям в среде — совсем по Ламарку.
Ныне нам известно, что под воздействием стресса бактерия способна, не прибегая к делению, целенаправленно задействовать уникальный, склонный к ошибкам энзим для копирования ДНК, чтобы производить мутировавшие гены, ассоциирующиеся с определенной дисфункцией. Так, генерируя генетические варианты, организм пытается создать более функциональные гены, которые смогут преодолеть стрессовые факторы среды. Представьте себе этот механизм как разлаженный ксерокс, намеренно делающий ошибки.
Итак, используя особый энзим для синтеза ДНК, клетка производит большое число генов со случайными мутациями и тем самым повышает собственную выживаемость. Такое ускорение или усиление генетических изменений в клетках физического тела называется соматическими гипермутациями — этот механизм целенаправленно генерирует случайные мутации и, таким образом, представляет собой дарвинистскую часть процесса.
В результате соматических гипермутаций попавшая в стрессовую ситуацию бактерия получает огромное количество скопированных с ошибками генов, в каждом из которых присутствует своя вариация генетического кода. Если одна из этих генетических вариаций может производить протеин, способный эффективно преодолеть возникший у клетки стресс, бактерия изымает исходный неэффективный ген из хромосомы и заменяет его новой версией. А вот это уже ламаркистская часть процесса, когда информационное взаимодействие между средой и клеткой влечет за собой выбор наилучшей версии нового гена.
Работа Кэйрнса и дальнейшие исследования в том же направлении продемонстрировали, что организмы не только адаптируются к среде, но и намеренно изменяют свою генетику, чтобы обеспечить приспособленность будущих поколений. Иными словами, наука пришла к пониманию, что эволюция представляет собой не просто следствие случайного броска игральных костей (как думал Дарвин), но согласованный танец организма со средой (как полагал Ламарк) — динамический процесс, в ходе которого организмы целенаправленно приспосабливаются к стрессовым обстоятельствам.
Биотехнологи уже воспользовались этим генетическим механизмом и вывели бактерии, способные перерабатывать нефтяные пятна на воде или выделять определенные минералы из руды. В то же время для медиков этот же генетический механизм является постоянным источником головной боли, поскольку микроорганизмы со временем приобретают сопротивляемость к самым мощным антибиотикам.
Таким образом, на вопрос: «Является ли эволюция результатом намерения или случайности?» — отвечаем: «Да!» Здесь, как и во многих других случаях, выясняется, что противоположности — такие, как намерение и случайность, — действуют одновременно. Рискуя приписать бактериям антропоморфные черты, мы должны сказать, что эти организмы демонстрируют намерение выжить.
Фактически все жизненные формы демонстрируют врожденную черту, которую биологи называют волей к жизни. На клеточном уровне этот механизм выживания способен запустить целый поток случайных мутаций, пока одна из них не сорвет джекпот в жизненной лотерее. Сколько бы раз ученые ни повторяли эксперименты Кэйрнса, им не удавалось проследить какой-либо устойчивый порядок внутри успешной последовательности мутаций ДНК. Так что в этом отношении процесс случаен. Но в то же время он и не случаен. Можно провести параллель между процессом гипермутации и методом мозгового штурма. Представьте себе группу людей, пытающихся придумать название для нового продукта. Согласно правилам мозгового штурма, его участники высказывают любые возникающие у них идеи, которые тут же записывают на доске — без малейшего редактирования или критической оценки. По ходу дела предлагается множество, казалось бы, неподходящих вариантов — до тех пор, пока кто-нибудь не придумает название, которое понравится всем. И хотя никто не знает, сколько придется высказать идей — пять, десять или сто, прежде чем проявится подходящая, восклицание «Эврика!» является совершенно ожидаемым (или намереваемым) результатом. И разные группы, участвующие в мозговых штурмах, получив одну и ту же задачу, по всей вероятности, придут к наилучшему возможному решению разными путями.
Итак, эволюция действительно представляет собой случайный процесс, но за всеми случайными событиями стоит четкая ориентация на определенную цель. Откуда мы это знаем? Дело в том, что в случае бактерий, как только обнаруживается необходимая для адаптации мутация, процесс прекращается. Есть такая шутка: почему потерянный предмет всегда обнаруживается в том месте, искать в котором нам приходит в голову в последнюю очередь? Потому что, найдя его, мы прекращаем поиски.