Теория ошибок синтеза

Работа по теме: Lesson_5. Глава: Теории старения организма. Предмет: Физическая культура (Физкультура). ВУЗ: КГТУ.

5. Научные основы здорового образ жизни

Теории старения организма

Старение
организма является естественным
физиологическим процессом, свойственным
всему живому. Науку, изучающую процессы
старения называют геронтологией.

В
чем же состоит сущность процесса
старения?

Внешние,
общеизвестные признаки проявления
старости отражают собой глубокие
внутренние изменения, развивающиеся в
органах, тканях и клетках живого
организма. Эти изменения заключаются
в уплотнении и укрупнении частиц
протоплазмы, в уплотнении и сморщивании
клеточных оболочек. В процессе старения
клетки уменьшаются в объеме и сморщиваются
вследствие обеднения водой. Изменения
в клетках ведут к ослаблению их жизненных
функций, к уменьшению объема веществ
и, наконец, к гибели организма. Наиболее
характерные изменения наблюдаются в
нервных клетках, т.е. в клетках головного
и спинного мозга.

То,
что старение — всеобщий закон, заставляет
ученых серьезно задуматься. Борются
две точки зрения. Одни специалисты
считают, что, поскольку старение —
универсальная закономерность, это не
случайно, а представляет собой полезное
универсальное свойство. Живая природа
постепенно выработала его в ходе
миллионов лет эволюции для того, чтобы
организмы, передавшие эстафету жизни
потомкам, уходили с арены борьбы за
существование и не мешали этим потомкам
жить.

Другие
ученые считают, что это не так, что
старение представляет собой одно из
несовершенств природы. Организм,
передавший эстафету жизни потомкам,
природу больше не интересует, ей все
равно, что с ним будет. Природа очень
экономна и делает только то, что ей
действительно необходимо для сохранения
вида. Отменить старость для этого не
требовалось. Поэтому природа и не научила
живые организмы быть бессмертными.

В
связи с различными взглядами ученых на
природу и механизмы старения появилось
множество различных теорий старения.
Рассмотрим их.

1.Теория
гистерезиса — объясняет процесс старения
изменениями коллоидного состояния
клеточных веществ. Укрупнение коллоидных
частиц ведет к нарушению ферментативных
процессов, что в свою очередь снижает
обменные процессы организма.

2.
Теория “ошибок синтеза” имеет в виду
нарушение в синтезе нуклеиновых кислот
РНК и ДНК, несущих наследственную
информацию химического строения белков
живой ткани, являясь и их “пространственными
матрицами”. Старение, авторы этой теории
связывают с ошибками синтеза в механизме
воспроизведения белков.

3.
Стереохимическая теория исходит из
представлений о пространственном
перераспределении атомов и радикалов
в молекулах живого вещества в процессе
самообновления.

4.
Теория онтогенеза (учение о развитии
индивидуума). Повреждение и гибель
соматических клеток вызывается или
случайными причинами, или перераспределенным
действием генетических факторов. В
течение всей жизни не все клетки гибнут,
а только их часть, что ослабляет
жизнеспособность организма.

5.
Биологическая концепция стресса.
Старение — итог всех стрессов, которым
подвергается организм в течение всей
жизни. Оно соответствует фазе “истощения”
общего адаптационного синдрома (ОАС).
Но различие между старением и ОАС состоит
в том, что последний более или менее
обратим после отдыха. В то же время,
любой стресс, особенно если он приводит
к нарушениям (дистрессу, фрустрации,
т.е. к душевному крушению, истощению,
болезни), оставляет в организме после
себя необратимые “химические рубцы”.
Их накопление обуславливает признаки
старения тканей.

6.
Теория аутоинтоксикации, т.е. самоотравление
организма.

7.
Теория молекулярно-генетических
механизмов старения объясняет старение
изменениями молекулярной структуры и
функции сомато генетического аппарата
клетки. Согласно ей старение- это активный
период онтогенеза, который состоит не
только из процессов регрессии генов,
их инволюции, но и связан с противоположными
процессами- дегрессией генов, т.е. имеется
“запрограммированная гибель” неделящихся
клеток, а также размножение некоторых
мутантных (делящихся клеток соединительной
ткани).

Сегодня
многие ученые сходятся в том, что один
из важнейших механизмов старения-
события, разыгрывающиеся на уровне
нуклеиновых кислот.

В
строение каждой молекулы ДНК, составляющей
химическую основу гена, содержится как
бы чертеж части белков будущего организма,
а весь набор генов, комплект технической
документации, молекул ДНК, передаваемый
от родителей детям это полный комплект
технической документации на будущий
организм. И вот в формирующемся организме
рядом с каждым чертежом, молекулой ДНК,
возникает штамп- молекула рибонуклеиновой
кислоты(РНК). Штампы эти и содействуют
синтезу белковых молекул. Информация
РНК служит переносчиком наследственных
заданий, передает их в биохимическое
производство наших тканей. Молекулы
РНК как бы штампуют белки такими, какими
они должны быть у данного организма. В
ходе своей деятельности штампы, молекулы
РНК изнашиваются. Они воспроизводятся
вновь, репродуцируются и в каком-то
проценте случаев- с дефектами, ошибками.
В организме накапливается все больше
дефектных белков, неспособных к обмену
веществ, к жизни. Это и есть основа
старения. Когда подобных белков
накапливается слишком много, это уже
глубокая старость, которая не совместима
с жизнью.

В
организме имеется химическая ремонтная
служба, служба репарации, которая чинит
поврежденные штампы, молекулы РНК,
однако она не справляется со своими
обязанностями. Испорченных штампов
накапливается все больше, чем ремонтируется.
Именно этот не исправленный природой
— очевидно за ненадобностью для сохранения
вида — разрыв между быстрым темпом
накопления дефектных штампов, молекул
РНК, и медленным темпом их ремонта —
разрыв, лежащий в основе старения
является разным у различных живых
существ. Однако он твердо определен в
каждом конкретном случае. Поэтому у
каждого вида животных и растений как
бы запрограммировано, сколько он будет
жить.

Таким
образом, признание двойственной природы
старения требует направлять наши усилия
на борьбу со случайными агентами
(свободными радикалами, перекисями,
радиацией…), а также на борьбу с
запрограммированными нарушениями на
всех уровнях старения.

Физическая
культура здесь должна сыграть роль
фактора смягчающего, адаптивного,
предупреждающего действие на человека
сильных влияний
.

Соседние файлы в папке Теория — 1 курс

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Содержание компаса

  • Организменный уровень интеграции.
  • Теория изнашивания
  • Теория катастрофы ошибок
  • Теория стрессового повреждения
  • Теория аутоинтоксикации
  • Эволюционная теория Уильямса
  • Старение как спонтанная потеря и изменение информации
  • В заключение
  • Похожие компасы

Теории старения на организменном уровне интеграции

Компас посвящен теориям, которые рассматривают процесс старения на уровне целостного организма

Организменный уровень интеграции.

организм

Жизни как природному явлению присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого.

Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненности структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. В соответствии с этой концепцией структурные уровни различаются не только сложностью, но и закономерностями функционирования. Вследствие иерархической соподчиненности каждый из уровней организации живой материи должен изучаться с учетом характера ниже и вышестоящего уровней в их функциональном взаимодействии.

Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от нижележащих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем.Растения (хламидомонада, хлорелла) и животные (амеба, инфузория и т. д.), тела которых состоят из одной клетки, представляют собой самостоятельный организм). А отдельная особь многоклеточных организмов считается как отдельный организм. В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, — питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать только в тесной взаимосвязи с окружающей средой. Организменный уровень именуют также онтогенетическим.

Теория изнашивания

старение

История теорий изнашивания началась с работ Маупаса (C.Maupas) (1888) и Гертвига (R.Hertwig) (1914), которые считали, что «организм изнашивается как машина». Современные ученые пытаются заглянуть глубже.
Полагают, что прекращение жизнедеятельности происходит исключительно потому, что структурные компоненты, особенно те из них, которые не обновляются, приходят в негодность. Организм — это механизм, а все механизмы ухудшаются и портятся вследствие самой деятельности. Теории изнашивания не только в принципе объясняют старение организма ухудшением функционирования тех или иных систем, но и практически пытаются выявить конкретные структуры, которые <ломаются> в первую очередь. Особое внимание обращается на изнашивание коллоидных структур (гистерезис). Считается, что с возрастом в молекулах коллагена нарастают межмолекулярные водородные и другие, более <рыхлые>, связи, что приводит к уменьшению свободной энергии молекул и приближению всей коллоидной системы к наиболее вероятному термодинамическому состоянию. Обращалось внимание и на генетический материал. Ряд ученых полагает, что длительное пребывание ДНК в клетках организма, не сопровождаемое ее делением, приводит к утрате активности отдельных участков, нарушению репродукции РНК и белков в стареющих клетках. Широкое распространение имеет теория иммунологического старения организма, базирующаяся еще на идеях И.И. Мечникова. Предполагается, что у организма данного вида подавлена возможность синтеза антител на свои белки. С возрастом происходит ослабление этого <репрессирования>, и антитела начинают постепенно разрушать клетки собственного организма.

Исходя из теорий изнашивания, с целью увеличения продолжительности жизни нужно проявлять максимальную заботу о своем организме при его эксплуатации, и, в принципе, эксплуатировать его как можно меньше и реже.
Известным сторонником этой точки зрения был Ганс Селье, знаменитый канадский физиолог, основоположник учения о стрессе, который считал, что адаптационные ресурсы организма строго детерминированы, они только тратятся и не восстанавливаются.

Вывод: живые системы стареют под влиянием интенсивных жизненных процессов, а старение ускоряется или замедляется по законам физики в зависимости от динамики процессов на уровне клетки, тканей, целого организма. Сторонники теорий изнашивания доказывали, что все индивиды в популяции имеют приблизительно одинаковую продолжительность жизни, но ее фактическая граница определяется темпом изнашивания, при этом продолжительность жизни зависит от средней величины израсходованной энергии на килограмм веса индивида.

Автором современного вида теории изнашивания считается Захер (Sacher), который в 1966 году опубликовал статью по этому вопросу. Сейчас данная теория имеет лишь историческое значение.

Теория катастрофы ошибок

В соответствии с вышеизложенным в 1963 Л. Оргелем (L.Orgel) была сформулирована теория ошибок, которую он описал в статье «Поддержание правильного синтеза белка и связь с процессом старения». Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие).
Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно
регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК. 
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность всистеме передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием <Наука отрицает старость> французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.

В нашей стране эту теорию поддерживал профессор Ж. Медведев, президент международного общества геронтологов. Жорес Медведев — известный российский и британский биохимик, геронтолог и историк, — опубликовал более 15 книг по проблемам биохимии и биологии, а также по истории науки и истории СССР, среди них книги о ядерной катастрофе 1957 года на Урале и об аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году. Его труды переводились на разные языки и издавались во многих странах Европы и в Японии. Он придерживается идеи, что старение это процесс накопления ошибок в процессах транскрипции и трансляции и возникновении ферментов с дефектным функционированием. При этом механизмы репарации не могут справится со все возрастающим количеством дефектов.

Частично эта теория пересекается со свободнорадикальной теорией, т.к. большая часть повреждений ДНК происходит именно в результате действия активных форм кислорода. А также с теорией гликозилирования белков, т.к. именно таким способом могут повреждаться феременты, осуществляющие биологические процессы. Другими словами, теория накопления ошибок является неким обобщением различных теорий на уровне целого организма.

Теория стрессового повреждения

Ганс Селье

Сутью этой теории является то, что старение- это результат стресса. Автором ее является великий канадский физиолог и эндокринолог Ганс Селье, которого мы упоминали выше. В 1970 году он опубликовал статью «Стресс и старение».
 На основе клинических и экспериментальных исследований инфекционных болезней выдвинул гипотезу общего адаптационного синдрома, согласно которой болезнетворный фактор запускает выработанные в процессе эволюции механизмы адаптации к раздражителю. Позже эта гипотеза была конкретезирована применительно к человеческому организму, что что дало основание для выработки и развития понятия «психологический стресс». Селье не считал что сам по себе стресс вреден, он рассматривал его как реакцию, помогающую человеку выжить.
 Как писал сам Селье: <я впервые «наткнулся» на идею стресса и общего адаптационного синдрома в 1925 году>. Каждую составляющую своего определения Селье пояснил так: Общий — потому что к стрессу приводят факторы, которые, воздействуя на разные области организма, в итоге способны вызвать общую системную защиту; Адаптационный — потому что это явление как бы закрепляется, приобретает характер привычки; Синдром — потому что его отдельные проявления частично взаимозависимы. (Дербенёва Л. М. — 1999 г.). Позже (в1931-1932 г.) он назвал стресс неспецифической реакцией организма на любые раздражители. Представление о стрессе касается всех людей, больных и здоровых, преуспевающих и неудачливых, и всех сторон жизни. <Удалось показать, что стресс представляет собой скорость изнашивания человеческого организма, сопровождает любую жизнедеятельность и соответствует в определённом смысле интенсивности жизни. Он увеличивается при нервном напряжении, телесных повреждениях, инфекциях, мышечной работе или любой другой напряженной деятельности и связан с неспецифическим защитным механизмом, увеличивающим сопротивляемость к стрессовым факторам, или «стрессорам». Важной частью этого защитного механизма является повышенное выделение гипофизом так называемого адренокортикотропного гормона (АКТГ), который, в свою очередь, стимулирует выработку кортикоидов корой надпочечников. Весь синдром стресса, или, иначе, общий адаптационный синдром (ОАС), проходит три стадии:

1) «реакция тревоги», во время которой мобилизуются защитные силы; (Невольно возникает вопрос: какая же это защитная реакция организма, если нарушено столько его важнейших функций, причем на глубинном биохимическом уровне? Однако поверьте: это именно защитная реакция, и никакая другая! И ее биологический смысл вот в чем: организм в кратчайшие сроки должен получить дополнительную, «аварийную» энергию для того, чтобы максимально обеспечить условия для быстрого спасения от грозящей беды или даже гибели. Да, для организма это, безусловно, реакция энергозатратная — что для него в перспективе, конечно, плохо, — но иного выхода в данный момент нет. Ведь речь идет о спасении в целом.).

2) «стадия устойчивости» отражающая полную адаптацию к стрессору; (Крайне важно и то, что на этой стадии общие энергозатраты организма становятся меньше, чем на первой стадии: организм частично уже приспособился жить под давлением стрессирующего фактора — как бы отследил его. И тем не менее: Если стрессирующий фактор действует сильно и длительно, то постепенно развивается следующая, третья стадия).

3) «стадия истощения», которая неумолимо наступает, если стрессор оказывается достаточно силён и действует достаточно долгое время, поскольку «адаптационная энергия», или приспособляемость живого вещества всегда конечна>. (цит. по С.71-72 Селье Г. — 1987 г.). (И вот результат: устойчивость организма к внешним воздействиям резко снижается. То есть база для возможного развития патологии на клиническом уровне уже создана).

По мере формирования устойчивой адаптации нарушения гомеостаза, составляющие стимул стресс-симптома постепенно исчезают, как и сам стресс-симптом, сыграв свою важную роль в становлении адаптации. Это состояние между стрессом (агрессией) и адаптацией служит доказательством того, что стресс сложился в процессе эволюции как необходимое неспецифическое звено более сложного целостного механизма адаптации. Полная свобода от стресса, как считал Селье, означала бы смерть. В 1982 году Селье определил стресс как совокупность стереотипных филогенетических запрограммированных реакций организма, которые вызываются любыми сильными, сверхсильными, экстремальными воздействиями и сопровождаются перестройкой адаптивных сил организма. (Никонов В. В. — 2002 г.).

По признанию самого Г. Селье — он заимствовал у И. П. Павлова очень многое. То, что Павлов трактовал с точки зрения нервной системы, он перевел на язык и термины гуморальной (эндокринной) системы. Заслуга Павлова — в восприятии организма как целого, в объяснении того, каким образом это целое непрерывно адаптируется к окружающей среде. Именно эту идею целостности и адаптации он — Селье — почерпнул у Павлова, и именно она стала рычагом всей его экспериментальной работы и самой теории стресса. То, что внешние воздействия приводят только к расходу и исчерпанию адаптационных возможностей, в течение многих лет было убеждением Г. Селье, которое он лаконично формулировал как . Это убеждение основывалось на том, что он использовал преимущественно сильные патогенные воздействия. («Концепции о существовании генетически предопределённого потенциала роста берут начало от А. Вейсмана, который считал, что зигота обладает способностью осуществлять определённое и ограниченное число делений клеток, после чего развивающийся организма обрекается на старение и смерть. Немецкий физиолог и гигиенист Макс Рубнер (М. Rubner) (1854-1932) в связи с представлениями Вейсмана обосновал понятие о генетически предопределённом энергетическом фонде, который у всех видов млекопитающих, за исключением человека почти одинаков. Концепцию Рубнера и вытекающее из неё представление об онтогенезе, как о раскручивании пружины в заведенных часах, и развил <Селье в учении о стрессе и о предопределённом фонде «адаптивной энергии», сравнивая его с банковым вложением, которое можно расходовать, но нельзя увеличивать>. Во всех этих теориях речь идет о постепенном исчерпании некоего исходного потенциала (жизненной субстанции), приводящих живые организмы к состоянию равновесия. Развивая эти представления Ричард Перл пришел к мысли, что старение и смерть — расплата за преимущества какие дают специализация и дифференциация клеток у многоклеточных организмов, в отличие от практически бессмертных одноклеточных этими качествами не обладающими. (цит. по С.15. Аршавский И. А. 1982., С. 95 Аршавский И. А.- 1986 г.).

<Стресс есть неспецифический ответ организма на любое предъявление ему требования. : С точки зрения стрессовой реакции не имеет значения, приятна или неприятна ситуация, с которой мы столкнулись. Имеет значение лишь интенсивность потребности в перестройке или в адаптации.>

Книга Г. Селье «Стресс жизни».

Таким образом, теория стрессового повреждения перекликается с эволюционной теорией (т.к. адаптация приобретена в процессе эволюции и является промежуточным звеном для перехода к другому уровню), теорией изнашивания (т.к. адаптация приводит к изнашиванию организма) и эндокринной и элевационной теориями (т.к. адаптация достигается через каскад гормональных сигналов).

Теория аутоинтоксикации

Мечников

Великий русский биолог, патолог, физиолог Илья Ильич Мечников говорил о том, что  «… кишечная аутоинтоксикация — главное препятствие в достижении долголетия.» Он полагал, что застой каловых масс в кишечнике ведет к возникновению ряда заболеваний. Однако было доказано, что количество бактерий в испражнениях при запорах уменьшается, а ядовитость их значительно ниже, чем при поносах или при нормальной деятельности кишечника. В настоящее время установлено, что нормальная кишечная флора, обитающая в строго определенных отрезках кишечника, для здорового человека непатогенна. Однако при изменении локализации кишечной флоры или при изменении нормального состояния кишечной стенки могут проявиться вредные влияния ее на организм. Утрачивая свои важные биологические функции вследствие изменения локализации, нормальная кишечная микрофлора может стать источником аутоинтоксикации и аутоинфекции.
Вредное влияние кишечной флоры сказывается в образовании раздражающих продуктов при разложении бактериями белковых веществ, особенно если они поступают в кишечник в избыточном количестве. Помимо Мечникова, теории аутоинтоксикации придерживались Бетц, Сенатор, Бушар, Роже (Betz, Senator, Bouchard, Roger).
Всасывание ядов, образовавшихся в кишечнике, усиливается в результате местного их действия на кишечную стенку. Она при этом становится проницаемой как для токсинов, так и для бактерий, которые вне мест своего постоянного обитания становятся особо патогенными. Так, например, кишечная палочка способна вызвать тяжелое поражение мочевых путей и септицемию. Повышению проницаемости кишечной стенки способствует застой каловых масс в кишечнике. Уплотненные каловые массы могут вызвать и механическое повреждение слизистой оболочки кишки.
Болезни недостаточного питания и авитаминозы, понижая устойчивость организма к инфекции, зачастую приводят к тому, что нормальная флора кишечника становится для него патогенной. Развитие атрофических процессов при этих состояниях, особенно при недостатке в организме витамина А, а также нарушение окислительного дезаминирования при дефиците витамина С и переаминирования при гиповитаминозе В-комплекса благоприятствуют процессам аутоинтоксикации и аутоинфекции.

Действительно, и это подчеркивал еще И.И. Мечников, в микробном «оркестре» толстой кишки у старых лиц часто отсутствует энтерококк, снижается содержание молочнокислых бактерий, появляются гнилостные формы типа клостридий (по мнению Ильи Ильича, в последние годы жизни он сам страдал от продуктов Clostridium butyricum). Сейчас известно, что в нормальном кишечнике взрослого человека обитает около 1014 бактерий. В единицах массы это количество измеряется многими сотнями граммов, обычно превышающими один килограмм. Понятно, что Мечников, а позднее и Давыдовский, не могли совсем не замечать возрастные сдвиги в таком «океане аутофлоры». Кроме того, было издавна известно, что у долгожителей, особенно из высокогорных регионов, потребляющих много молочных и кисломолочных продуктов, таких изменений нет. Все это даже дало повод Мечникову придти к следующему заключению : «Моя относительная долговечность зависит не от семейного предрасположения (мой отец умер на 68-м году, мать на 66-м году, старшая сестра на 65-м, старший брат в 45 лет, второй брат в 50 лет, третий брат на 57-м году). Я никогда не знал моих дедов. То, что я дожил до 70 лет в сравнительно удовлетворительном состоянии, я приписываю своей гигиене : более 18 лет я не ем ничего сырого, по возможности засеваю кишки молочнокислыми бактериями. Когда макробиотика сделается более совершенной, когда хорошая кишечная флора будет засеваться, начиная со времени отнятия детей от груди, то нормальный срок жизни значительно продлится.»
Мечниковская теория «интестинальной аутоинтоксикации» была поддержана в большом количестве зарубежных работ, опубликованных в первой половине 20-го века. Однако Давыдовский был одним из первых, кто подверг её критике. Он считал, что в этой теории центр тяжести переносится только на обменные процессы, создающие геронтогенные токсины. По мнению Ипполита Васильевича, попытки «нормализации» кишечной микрофлоры принесли скромные результаты. Он также полагал, что дисбактериозы толстой кишки даже в сочетании с запорами не препятствуют долголетию. Отсюда делался вывод, что старческие «сдвиги» в микрофлоре толстой кишки являются производными возрастной дисфункции (дискинезии) этой части пищеварительной системы. Кроме того, Давыдовский считал, что взгляды Мечникова предопределили возникновение более поздней «химической теории старости», в которой в качестве основы выдвигались макромолекулярные деформации белков и мукополисахаридов. Здесь нет возможности рассмотреть эту более позднюю концепцию. Важнее подчеркнуть её инициирующую роль в развитии целого ряда современных позиций.

Выраженная интоксикация возникает при условиях:
 — малоподвижный образ жизни
 — питание рафинированной, преимущественно масляной пищей с резкой недостаточностью в ней овощей, зелени и фруктов (клетчатки);
 — нервно-эмоциональные перегрузки, частые стрессы.

Сейчас теория «кишечной аутоинтоксикации» имеет лишь историческое значение, хотя многие ученые связывают с ней возникновение различных заболеваний, например, псориаза. Как говорилось выше, эта теория уступила место интоксикации, вызванной повреждением белков и углеводов.

Эволюционная теория Уильямса

Russell Wallace

Эволюционная природа старения владела умами ученых с того момента, как Дарвин опубликовал свои изыскания. Эта теория зародилась когда Рассел Уоллес(Russell Wallace), знаменитый эволюционист, работавший с Дарвином, выдвинул идею о том, что долголетие, превышающее возраст потомства невыгодно для видов. Дети и родители конкурируют за ресурсы. Это может свидетельствовать в пользу идеи о генетически программируемом старении. Дополнительным аргументом является программируемое кортикостероид-опосредованное саморазрушение лосося после нереста. Но как заметил биолог Герман Медавар (Herman Medawar), если бы не было старения, то не было бы необходимости в размножении.

В 1950-х гг. Дж. Уильямс из Университета штата Нью-йорк в Стони-Брук предположил, что аллели, которые в каком-то возрасте действуют разрушительно, могут сохраняться, если они в чем-то улучшают приспособленность организма в более ранний период его жизни; эта двойственность называется антагонистической плейотропией. Такую переменную роль вполне могут играть гены, определяющие синтез репродуктивных гормонов.
Как полагает С. Остад (Ostad) из Гарвардского университета, примером этого является увеличение с возрастом заболеваемости раком молочной железы : длительное существование в женском организме определенного уровня эстрогенов, необходимого для процесса оплодотворения, предрасполагает ткань молочной железы к злокачественному перерождению (статья).
Аналогично, К. Финч (Finch) из Университета Южной Калифорнии обнаружил, что некоторые нормальные гормоны и другие регуляторные вещества способны причинять вред клеткам и тканям, на которые они влияют. Так, у грызунов гипоталамус и гипофиз, которые управляют функционированием яичников, вносят, по-видимому, вклад и в их старение. В свою очередь яичники, посылающие сигналы в гипоталамус и гипофиз, способствуют, судя по всему, старению этих органов. Финч рассматривает эти плейотропные свойства как свидетельство того, что старение в некоторой степени проистекает из активности и взаимодействия нервной и эндокринной систем. (статья)

Эволюционная теория Ульямса пересекается с эндокринной и элевационной теориями, т.к. придает важную роль дисрегуляции гипоталамо-гипофизарной системе.

Можно предположить, что старение возникает в популяции в том случае, когда находящиеся под генетическим контролем системы обеспечения жизнедеятельности достаточно эффективны для того, чтобы особи успевали размножаться и тем самым продолжалось существование популяции, но не способны вечно поддерживать существование отдельного организма.

Открытие системы апоптоза дало новый импульс идее о том, что старение это средство поддержания прогрессивной эволюции популяции.

(Материал с сайта www.humbio.ru)

Теория Уильямса является главной эволюционной теорией на сегодняшний день. Подробнее о современных исследованиях в этой области можно прочитать в компасе «Эволюция старения».

Старение как спонтанная потеря и изменение информации

Суть этой теории сводится к тому,что старение проиходит из-за постоянных изменений информации в организме (системе), например, генетической информации в виде ДНК, и потерь информации в ходе этих изменений.

Существуют еще минимум два механизма старения, вносящие свой вклад в старение целостного организма.
Это, во-первых, изменение при старении обмена веществ (а также энергии и информации) с внешней средой и, во-вторых, повышение степени разнообразия для самых разных структурных элементов и связей в организме — «разрегулирование» целостной системы организма.

Оба механизма являются конкретизацией процесса спонтанной утраты информации в системе, за которым следует ее материальная и энергетическая деградация. Действительно, положим, что некоторая система (организм) получает извне поток вещества (Р1), энергии (W1) и информации (I1). Сохранение самое себя системой означает поддерживание постоянства материальной структуры системы (p2), энергетических потоков и взаимосвязей (w2) и тождества во времени информации о себе (i2); заметим также, что, так как организм только часть большего его некоторого целого — биосферы, например, то (P1, W1, I1) >>> (p2, w2, i2).

Кроме того, сохранение системы во времени означает тождество суммарных потоков, поступающих из внешней среды, выводящейся из системы и сохраняющегося динамически потока внутри системы. Не трудно видеть, что центральным при таком рассмотрении оказывается процесс сохранения информации в системе, т.к. вещественная и энергетическая организация являются только «материальными носителями» этой информации и, фактически, следуют качественно и количественно за изменением информации, которая выступает как регулирующий, управляющий и (само)-организующий фактор.

В общем виде информация в системе может изменяться благодаря следующим процессам:
 — поступлению информации (и энтропии) извне (например, «ремонт» силами извне или эволюционное давление при формировании новых признаков и т.п.);
 — появление новой информации (и энтропии) внутри системы за счет взаимодействия в ней вещества и энергии в ходе сложнейших взаимопревращений и взаимосвязей (метаболизм, рост и развитие, механизмы саморегуляции и самоорганизации и т.п.);
 — изменение и потеря информации в системе (развертывание программ роста и развития; «мутации» материальных носителей информации — ДНК, белков и иерархически других структурных уровней материальных носителей информации; спонтанный распад информации — производство энтропии и т.п.).
Учитывая, что нами поставлена задача рассмотреть возможность сохранения уже полностью сформировавшейся системы (организм после достижения взрослого состояния), нас будет интересовать только возможность сохранения уже имеющейся информации, т.е., вновь производимая информация должна быть идентична имеющейся и компенсировать потерю информации в ходе случайных «мутаций» ее.

Процесс утраты информации аналогичен ее изменению — «мутациям», причем он носит вероятностный характер и, по существу, сводится или к ошибкам в ходе процесса воспроизводства информации в ходе самокопирования материальных носителей информации, или к спотанному вероятностному «мутированию» невоспроизводящейся информации (например, повреждения свободными радикалами неделящейся ДНК и т.п.). Заметим, что во многих случаях «мутировавшая» информация способна к воспроизводству (например, большинство мутаций клеток не приводят к прекращению их деления) и часто сохраняется возможность функционирования воспроизводящихся на ее основе структур, которые, таким образом, вступают в конкуренцию с имеющимися ранее структурами организма.

Исходя из выше сказанного, можно свести главные процессы воспроизводства и изменения информации (и ее материально-энергетических носителей) в организме к следующим уравнениям. Для точного воспроизведения информации (I) используется механизм самокопирования, который сопровождается ошибками с воспроизведением измененной (Im) и некоторой необратимой потерей информации (анаболизм, распад и полная деградация структур с выведением вещества и энергии их из организма и рассеиванием их информации): dI/dt = k1 I — k2 Im — k3 I

Соответственно, «мутировавшая» информация может также воспроизводиться сама, пополняться за счет мутаций неизменившейся информации и рассеиваться (обратная мутация в исходную форму крайне мало вероятна и очень мала): dIm/dt = k4 Im + k2 Im — k5 Im

Для того, чтобы учесть требуемое сохранение постоянства вещества, энергии и информации после прекращения развития у взрослого организма, введем в формулы ограничение количества информации (I+Im=const), получив известную из кибернетики формулу самовоспроизводящейся системы с обратными положительными и отрицательными связями: dI/dt = k1 I / k4 (I + Im) — k2 Im — k3 I; dIm/dt = k5 Im / k4 (I + Im) + k2 Im — k6Im

Численная модель рассеивания начальной информации в стабилизировавшейся системе представлена на рисунке ниже.

При анализе модели учтено, что мутировавшие клетки обычно менее жизнеспособны и, кроме того, подвергаются иммунному надзору и гибнут поэтому быстрее, а также по тем же причинам с меньшей скоростью самообновляются. Соответственно коэффициенты для модели подобраны в случае графика: k1=0,3, k5=0,2, k4=0,1, k2=0,03, k3=0,05, k6=0,07.

На модели можно видеть, что со временем соотношение мутантных и неизмененных единиц информации стабилизируется, но в течение некоторого периода будет иметь место нарастание числа мутаци, что будет вести к нарастанию смертности. Вид кривой смертности, однако, не экспоненциальный, а линейный, а логарифм смертности — выпуклый, что значительно отличается от реальной картины. Это не удивительно, так как время установления равновесия I и Im невелико — фактически, например, время клеточного деления для клеток слизистой и кожи — дни и часы, поэтому на фоне многих лет жизни напрямую этот механизм вряд ли вносит существенный вклад в процесс старения. Накопление мутаций скорее отражает другие процессы — резкое (регуляторное) снижение скорости клеточного самообновления и снижение эффективности иммунного надзора с возрастом. Мутации важны и в случае повышения с возрастом риска возникновения опухолей, что вносит значительный вклад в причины смертности для млекопитающих вообще и человека в особенности.
На рисунке спонтанное рассеивание информации в сложных обновляющихся и мутирующих системах. По вертикали — значения параметров в условных единицах, по горизонтали — время в условных единицах.
I — количество начальной информации, Im — количество измененной информации, M — смертность, LgM — логарифм смертности. Коэффициенты подобраны для удоства отображения графика.

Так как мутации возможны самые разнообразные, то фактически за счет этого же механизма мы имеем и второе характерное для старения следствие: увеличение разнообразия исходно однородных структур. Увеличение разнообразия структур — появление большого количества «чужой» информации перегружает системы организма, ответственные за распознавание и удаление ее, причем, т.к. фактически, новые структуры лишь немного отличаются от старых и сохраняют во многих случаях практически на прежнем уровне функциональную способность и, соответственно, реальную ценность для организма, то чрезмерная реакция против «чужого» даже вредна.

Это известно на примере повышения уровня аутоантител против собственных структур организма с возрастом (результат реакции иммунной системы на «изменившееся свое») и снижении длительности жизни при слишком высоких уровнях таких антител. Фактически, организм со временем выходит на разумный баланс между аутоиммунным саморазрушением и неконтролируемым, в том числе опухолевым, ростом и разнообразием, причем оба процесса в конечном счете разрушительны.

Кроме того, так как информация контролирует потоки вещества и энергии, входящие в систему и выходящие из нее, то изменение баланса I/Im фактически означает снижение возможности отбора «нужной» вещественной и энергетической основы для строительства своей структуры и снижение распознавания и вывода «чужого» вещества и энергии — то-есть, отражает известный механизм старения — «накопления шлаков»: ( d(I/Im)/dt = d(p2,w2/P1,W1)/dt ).

Полные математические выкладки для иллюстрации выше сказанного достаточно трудоемки, однако, не трудно видеть, что в общем виде оба процесса старения, как впрочем и уже описанные выше, это только частные проявления процесса нарастания энтропии, рассматриваемые с различных «точек зрения» — с точки зрения различных свойств живого вещества, живых систем. Действительно, и спонтанная потеря жизнеспособности в целом, и регуляторное снижение самообновления, и снижение структурной однородности и «загрязнение» организма не выведшимися и отложившимися «балластом» веществами — все это в глобальном плане есть отражение действия единственной причины — дискретности организма, действия законов термодинамики на частично открытую систему, не способную, после окончания развития, к эффективной дальнейшей эволюции. Авторы теории считают, что старение не есть «выработавшийся в эволюции феномен», нужной для исключения неэффективных форм жизни и смены новыми, старение отражает более глобальные закономерности Бытия вообще.

Использован материал с сайта www.longevity-library.narod.ru

Но некоторые ученые, занимающиеся исследованиями в рамках этой теории, например, Хамалайнен (Hamalainen) из Queen’s University, Kingston, считают, что можно отказаться от роли эволюции в старении.  В своей статье «Термодинамика и информация в процессе старения» он пишет, что эти основополагающие принципы биологии в отношении старения остаются спорными. Если брать во внимание термодинамику и информацию в эволюционном аспекте, то они приводят к старению, как уже говорилось выше. Жизнь использует хранение информации для того,чтобы не находится в термодинамическом равновесиию. Т.к. любой процесс не может проходить со 100%-ной эффективностью, то силы отбора должны поддерживать «информационную жизнеспособность». Естественный отбор действует на уровне популяций, организм в отдельности не может осуществить аналогичный селективный процесс. Автор признает, что в этой теории старения есть еще много неясного, прежде всего спорная (по мнению многих ученых) роль эволюции.

В заключение

Теории старения, рассматривающие процесс на организменном уровне, это некие обобщения теорий на нижележащих уровнях организации. Они тесно переплетены между собой, хотя некоторые из них в настоящее время представляют собой чисто исторический интерес, но на их основе выросли современные теории старения…

18 ноября 2008 года

The error catastrophe theory of aging, sometimes referred to as the Orgel hypothesis, postulates that there are errors in cellular RNA transcription leading to faulty structures, especially proteins (Gafni 2002).

From: Geriatric Rehabilitation Manual (Second Edition), 2007

Quasispecies

R. Sanjuán, in Encyclopedia of Virology (Third Edition), 2008

The error catastrophe

The existence of an error catastrophe is probably the most widely known prediction of the quasispecies theory. An error threshold is the critical error rate beyond which Darwinian selection cannot further maintain the genetic integrity of the quasispecies. Below the threshold, the quasispecies is stably localized around one or more sequences, but if the mutation rate exceeds the threshold value, the variety of mutants that are in amounts comparable to the fittest types becomes very large and the population is said to enter into error catastrophe. According to the original definition given by Eigen, the threshold satisfies W00=w―k≠0, where W00 is the nonmutated progeny of the master and w―k≠0is the average fitness (mutated and nonmutated progeny) of all other sequences present in the population. If W00<w―k≠0, the master is overgrown by its own mutational cloud and, in the absence of back-mutation, goes extinct through error catastrophe (although assumptions about back-mutation do not have a bearing on the existence or magnitude of error catastrophes).

The existence of an error threshold, however, is not an obligate prediction of the quasispecies theory. For example, in a multiplicative landscape, the frequency of the master is given by q0 = e−U/s, a quantity that decreases as the mutation rate increases but never reaches zero, hence there is no error threshold. The original quasispecies model produces an error threshold because all mutants are assumed to have a constant fitness regardless of their mutational distance to the master. In this case, w―k≠0 is a constant, w―k≠0=1−s, and, therefore, an error threshold deterministically takes place when L=logσ0/μ, where σ0 is the superiority of the master over all mutants. It must be noted that, even in this model, though there is an error threshold, no sharp transition in average fitness occurs. Average fitness smoothly decreases with increasing mutation rate until it reaches a plateau value equal to w―k≠0. In general, whether there is an error threshold critically depends on the assumed adaptive landscape. Some generalizations of the two-class single-peak landscape predict error catastrophes, but, in general, the outcome mainly depends on the sign of epistasis. Error catastrophes have a greater probability to exist if epistasis is antagonistic, such that mutations tend to have progressively less fitness effects as they accumulate (notice that the two-class single-peak landscape represents an extreme form of antagonistic epistasis). However, recent work has shown that with null epistasis, there can be an error catastrophe if lethal mutations are taken into account. This is a complex theoretical issue which still remains to be fully resolved.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744104004817

Evolution of Viruses

L.P. Villarreal, in Encyclopedia of Virology (Third Edition), 2008

Error Catastrophe, Sequence Space

Quasispecies theory also predicts a situation known as error catastrophe, defined as an error rate threshold at which information is lost and the system decays. If error rates are too high, or the information content (genome length) too extensive, the system will be unable to maintain its information integrity. This predicts a basic limit on the size of RNA genomes, consistent with the observation that the largest RNA genomes are only about 27–32 kbp (coronaviruses). There is a possible therapeutic use of error catastrophe: drugs (possibly Ribavarin and 5-fluorouracil) that increase the error rates of RNA polymerase can potentially push a virus beyond its error threshold and induce a catastrophe. Quasispecies is an inherently fuzzy and dynamic population that has no sharp boundaries or specific members and has been metaphorically referred to as swarms and clouds. Here, cloud is a metaphor for the population landscape that exists in high-dimensional hyperspace and cannot be readily visualized. The concept of sequence space has been used to represent topography of the distribution of all mutants. Kinship relationships between mutants can be measured by Hamming distance; the minimal steps needed to specify the difference between two mutants. In spite of high error and adaptation rates (and sometimes high recombination rates), RNA viruses are not able to explore all potential sequence space. Selection significantly limits the quasispecies, since the potential sequence space is hyperastronomical even for a moderately sized virus. For example, an RNA virus with 10 000 nt would correspond to 106000 possible sequences, well beyond what could be explored by even the potentially vast number of viruses over the lifetime of the world. In addition, there are clearly mechanistic constraints that prevent many possible sequences, such as necessary domains of ± strand RNA folds, physical association with ribonucleotide proteins, virion packaging and assembly – all in addition to usual selection for gene fitness (function) that all severely limit possible adaptations. This creates a multipeak ‘fitness’ landscape in hyperspace (see Figure 3). Assuming fitness itself can have a single definition (i.e., replicative fitness, not subjected to variable and stochastic competition), we can visualize this space as many steep valleys and ledges (in this case with 10 000 dimensions). Normally we think that adaptation by natural selection is the force to explore and move through fitness landscape. But as the deep valleys are often lethal, they cannot be explored via natural selection. Here we see the major adaptive power of the quasispecies collective. Since random, even lethal, errors and drift are inherent in a quasispecies, lethal valleys can be readily crossed by such variable genomes, allowing the master genome to adapt by natural selection to a new fitness peak. Thus, error-prone replication and the generation of mutant clouds allows for much better exploration of sequence space and eventual adaptability.

Figure 3. Hypothetical fitness landscape for an RNA virus. Assuming one definition for a nonrelativistic fitness (such as replicative fitness), the coordinates indicate relative fitness. Those below the y-axis are interfering or lethal variants.

When viruses are transmitted to new hosts, they can experience a genetic bottleneck since a relatively small number of viral genomes could be involved (aka low multiplicity passage). If this process is serially repeated, a phenomenon known as ‘Muller’s Ratchet’ can result in lost competitiveness as the essentially clonal RNA virus accumulates deleterious mutations (sometimes measured as pfu/plaque). However, in lab studies, virus extinction from serial passage does not occur, presumably due to plaque selection for a restored phenotype. Even a single plaque is in reality a small population (due to nonideal particle/pfu ratios and ID50). However, lost competitiveness with other viruses is seen with clonal laboratory passage. However, if a quasispecies population is passed, this generally results in increased competitive fitness. Such passage can produce a seemingly never-ending better version of the virus that outcompetes all prior versions of the same virus (although virion yields and absolute replication are not necessarily improved). This has been likened to the Red Queen hypothesis in that the viruses are evolving at high rates, simply to maintain their competitive position, so as not to be displaced as the dominant viral type. Virus–virus competition is thus a crucial selection.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744104007068

The Biological Basis of Aging

Junko Oshima, … George M. Martin, in Emery and Rimoin’s Principles and Practice of Medical Genetics and Genomics (Seventh Edition), 2019

15.4.1 Alterations in Proteins

In 1963, Orgel introduced the protein synthesis error catastrophe theory of aging [82,83]. It was proposed that transcriptional and/or translational errors in the synthesis of proteins that were themselves used for the synthesis of proteins (e.g., DNA-dependent RNA polymerases, ribosomal proteins, etc.) could result in an exponential cascade of errors involving essentially all proteins, leading to cell and organismal death. Biosynthetic errors in protein synthesis appear to be rare, however, even in old organisms [84]. Although most gerontologists have abandoned this theory, very few tests of the theory have been carried out with postreplicative cells in vivo [85]. By contrast, there is a growing body of evidence indicating the prevalence of posttranslational modifications in proteins in aging tissues; although, of the more than 140 major and minor known modifications of proteins, only a few have been studied in aging cells, tissues, and organisms [86,87]. Beginning with a classic paper on senescent nematodes by Gershon and Gershon [88], many studies have demonstrated an accumulation of immunologically detectable, but enzymatically inactive, enzyme molecules in various mammalian tissues. These may result from a variety of posttranslational modifications, including subtle conformational changes [84]. There is currently a great deal of interest in oxidative alterations [89]. Metal-catalyzed oxidation systems have the potential to inactivate enzymes oxidatively via attacks on the side chains of certain amino acids, with the formation of carbonyl derivatives. The side chains of histidine, arginine, lysine, and proline are particularly susceptible. The sulfhydryl groups of methionine are also susceptible to oxidation. Other posttranslational changes that can be observed in aging cells include racemization, deamidation, isomerization, phosphorylation, and glycation.

Many gerontologists believe that glycation, the spontaneous nonenzymatic reaction of glucose with proteins and nucleic acids, may be a major factor in the development of certain age decrements, as well as complications of diabetes mellitus. Glycation is the slow, spontaneous reaction of the aldehydic form of glucose with free amino groups to form a Schiff base, which subsequently rearranges to form a stable Amadori product. Subsequent reactions, possibly involving oxygen radicals, generate more complex products referred to as advanced glycosylation end (AGE) products. Some of these compounds, including pentosidine, have been characterized. Antibodies to the AGE products have been generated and used to map their distribution to neuritic plaques and tangles and to other sites [37]. Because the levels of AGE products increase with age and with elevated blood glucose, crosslink proteins, and change their physical and biologic properties, they are thought to underlie the development of atherosclerosis, cataracts, and peripheral neuropathies. In addition, macrophage receptors bind to the AGE products and initiate the secretion of inflammatory cytokines such as the tumor necrosis factor [90]. Thus, glycation represents a progressive age change linked to age-associated disabilities. Support for these ideas has come from experiments in aging dogs, in which it was possible to reverse myocardial stiffness and improve cardiac function by the administration of an experimental compound known to break the crosslinks associated with the formation of advanced glycation end products [91].

Calorically restricted rodents, which have substantially increased life spans, exhibit evidence of both enhanced defenses against reactive oxygen species and reduced levels of protein glycation (associated with decreased levels of plasma glucose). Such results suggest that both the free radical theory of aging and the glycation theory of aging may be operative and potentially synergistic [92]. A number of different types of amyloids accumulate in mammalian tissues during aging [93]. In their advanced states, they are detected extracellularly as protein aggregates associated with proteoglycans and other proteins. Each type is derived from a different precursor protein. These include the beta-amyloid protein of Alzheimer disease and the aging brain; a transthyretin-derived amyloid in peripheral nerve tissues, autonomic nervous system, choroid plexus, cardiovascular system, and kidneys; atrial amyloid derived from the atrial natriuretic peptide; the amylin-derived amyloid in the pancreatic islets of Langerhans [94]; systemic amyloid AA derived from apolipoprotein A-II [95]; and possibly unique types of amyloid in the anterior pituitary gland, intervertebral discs, the aortic intima and media, aortic heart valves, and the adrenal cortex. In certain of these conditions, variants in the precursor protein greatly accelerate the rates of deposition of the derivative amyloids. This has been particularly well demonstrated for the case of beta amyloid [96].

It is a challenge for the future to discover common denominators underlying this remarkable propensity of mammalian tissues to accumulate these different types of abnormal proteins. Obvious approaches would include more detailed studies of alterations in protein turnover with age (including the turnover of amyloid deposits) and how such turnover might be modulated by endocrine and neuroendocrine factors. Another promising and relatively new area of research seeks to define gene products that function in the repair of altered proteins. An example is the catalysis of the transfer of a methyl group from S-adenosylmethionine to l-aspartyl and d-aspartyl residues by protein carboxyl methyltransferases (ED 2.1.1.77). These enzymes have the potential to repair abnormal proteins via the conversion of l-isoaspartyl residues to l-aspartyl residues [97]. This enzyme is polymorphic in humans, raising the question of the differential repair of such classes of altered proteins during aging in human populations [98].

Research on the maintenance of the integrity of proteins and protein complexes (protein homeostasis or “proteostasis”) is among the fastest-growing fields in geroscience. It is now being pursued in terms of networks of gene actions that modulate protein synthesis, folding, transport, heteromeric protein complex formations, and degradation [99].

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128125373000159

The Health Benefits of Indian Traditional Ayurvedic Rasayana (Anti-aging) Drugs

Manjeshwar Shrinath Baliga, … Raghavendra Haniadka, in Foods and Dietary Supplements in the Prevention and Treatment of Disease in Older Adults, 2015

16.2 Hypothesis of Aging

Although the fundamental mechanisms for aging are still poorly understood, various hypotheses have been proposed, such as the error catastrophe and genomic instability theory, the neuroendocrine theory, the free radical theory, the membrane dysfunction theory, the hayflick limit theory, the mitochondrial decline theory, the crosslinking (glycation) theory, and the inflammatory theory. Of these, the free radical theory proposed by Denham Harman is the most widely accepted, and observations from both preclinical and clinical studies have substantiated the hypothesis [2].

Free radical theory proposes that excess generation of free radicals causes oxidative damage to biomolecules, and a progressive and irreversible accumulation of products of oxidation, decreasing the cellular levels or activities of antioxidant systems. This, in combination with the increased inflammatory responses, apoptosis, altered cell signaling, and defective tissue renewal, contributes to impaired physiological function, increased incidence of disease, and a decrease in lifespan [2].

The balance between reactive oxygen species (ROS) production, cellular antioxidant defenses, activation of stress-related signaling pathways, and the production of various gene products, as well as the effect of aging on these processes, determines whether a cell exposed to an increase in ROS will be destined for survival or death. Mitochondrial DNA is considered the most vulnerable candidate for oxidative damage, as the mitochondria are constantly exposed to high oxygen pressure, and the genetic mechanisms that protect the DNA from damage are lacking or deficit in mitochondria. DNA repair enzymes, the third-line defense against oxidative stress, decline with age [2].

Numerous studies have shown that oxidative DNA damage accumulates in the brain, muscle, liver, and kidney, and in long-lived stem cells. This cumulative DNA damage is the likely cause of the decline in gene expression and loss of functional capacity observed with increasing age. Oxidative stress is also implicated in the etiopathogenesis of many age-related diseases and clinical complications, such as atherosclerosis, diabetes mellitus, muscular dystrophy, and neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease [2].

Tissue repair and regeneration are essential for longevity in complex animals, and often depend on the proliferation of unspecialized cells known as stem or progenitor cells. In many tissues, especially the muscle, the regenerative capacity of stem cells decreases with age, and these changes are thought to trigger age-related symptoms and diseases. Additionally, due to failure or decrease in the repair and regeneration mechanisms, the damaged tissues will not undergo repair and regeneration effectively, and the resulting accumulation of defective cells will contribute towards the pathogenic process [2].

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124186804000166

Innate Host Barriers to Viral Trafficking and Population Diversity

Julie K. Pfeiffer, in Advances in Virus Research, 2010

B Fitness loss from excessive mutagenesis

Mutagen passage experiments have provided evidence for fitness loss from over-mutagenesis. Because of their high error rates, RNA viruses are very susceptible to mutagens, which extinguish the population through “error catastrophe” (Crotty et al., 2000; Domingo and Holland, 1997). In fact, the entire antiviral effect of the nucleoside analog drug ribavirin, at least for poliovirus, is due to enhanced mutagenesis of the viral genome (Crotty et al., 2001). Other viruses such as vesicular stomatitis virus, HIV, foot and mouth disease virus (FMDV), and lymphocytic choriomeningitis virus also undergo lethal mutagenesis upon mutagen treatment (Crotty et al., 2000; Holland et al., 1990; Loeb et al., 1999; Sierra et al., 2000). Mutagen-driven extinction of RNA viruses is a promising antiviral strategy; however mutagen-resistant isolates can emerge (Arnold et al., 2005; Pfeiffer and Kirkegaard, 2003; Sierra et al., 2007). Poliovirus passaged in the presence of ribavirin develops resistance to ribavirin and other mutagens via a single amino acid change, G64S, in the polymerase that increases the fidelity of RNA replication (Arnold et al., 2005; Pfeiffer and Kirkegaard, 2003). The complete crystal structure of the poliovirus RdRp revealed mechanistic insights into the enhanced fidelity of this polymerase: the mutation may alter the conformation of the active site, allowing more time for correct nucleoside triphosphate discrimination (Arnold et al., 2005; Thompson and Peersen, 2004).

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123850348000041

Lethal Mutagenesis

James J. Bull, … Claus O. Wilke, in Origin and Evolution of Viruses (Second Edition), 2008

EXTINCTION IS THWARTED BY AN ERROR CATASTROPHE

In the 1970s and beyond, Manfred Eigen introduced a novel evolutionary result in which a “master” sequence, free of deleterious mutation dominated the population at low mutation rates but was lost at high mutation rates (Eigen, 1971, 1987, 2002). His model specifically assumed that all genotypes were viable, but genotypes with one or more mutations were of the same, lower fitness than the master sequence. In the simplest models, the master sequence could not be regenerated by back mutation. Frequency of the master sequence declined as the mutation rate was increased, and at some threshold (the “error” threshold), it was completely absent from the population. This loss was called an error catastrophe. For comparison to lethal mutagenesis, the error threshold is a description of equilibrium behavior of a population. That is, if a mutation rate increase is imposed on a population, the population will experience a gradual increase in the number of segregating mutations, but over time this increase slows and approaches an equilibrium state. (In models of infinite population size, it strictly takes an infinite number of generations to reach the new mutation-selection balance equilibrium.) The error threshold is the lowest mutation rate at which the master sequence is absent from the equilibrium population. The error threshold and error catastrophe are strictly genetic results; they depend on the relative fitnesses of the different genotypes, but there is no “ecological” component similar to the “b” of the extinction threshold.

As noted in the opening of this chapter, the error catastrophe has often been equated with extinction by lethal mutagenesis. We can now show how they are different. Plotting the equilibrium mean fitness as a function of U in this system, the impact of an error catastrophe on population mean fitness is easily visualized (Figure 9.4). Recalling the Kimura–Maruyana result (Kimura and Maruyama, 1966), equilibrium mean fitness follows eU down to the error threshold. At the error threshold, increases in U have no further effect on mean fitness because the mutation-free genotype is lost and all mutated genotypes have the same fitness (in the simplest of Eigen’s models). Note that, in particular, it is not true that the error threshold is accompanied by a sudden and substantial loss of fitness, as is frequently stated in the literature. To the contrary, fitness is continuous at the error threshold, not just in the simple Eigen fitness landscape depicted in Figure 9.4, but in all fitness landscapes. In more complicated landscapes, multiple error thresholds may occur, and each catastrophe increases robustness against mutations somewhat (Tannenbaum and Shakhnovich, 2004; Bull et al., 2005).

An extinction threshold may be superimposed on this graph. Where the extinction threshold lies will depend on the fecundity per cell as well as U, and in principle, the extinction threshold can lie anywhere. It will generally not coincide with an error threshold. Furthermore, if the extinction threshold was otherwise below the error threshold in the Eigen model, then the error catastrophe would avoid extinction by halting the decay of mean fitness with further increases in U, simply because all mutant genotypes in that model have the same fitness.

In light of this comparison, we return to the study of Grande-Pérez et al. (2002) described above. The authors cast their results in a somewhat different context than we explained it above. The study actually looked for the genetic signature of an error catastrophe coinciding with lethal mutagenesis, because the paper considered the two processes equivalent. The explanation given for the failure to observe a genetic signature of lethal mutagenesis was sampling bias: only replication-competent sequences could be sampled, so any signal in non-viable sequences would be lost. While this bias against observing non-replicating genomes is valid, recent theoretical work on the error catastrophe in the presence of lethal mutants found a clear genetic signature of the error catastrophe that should be observable even when lethal mutants cannot be sampled (Takeuchi and Hogeweg, 2007). To us, the simpler and more obvious explanation of the results by Grande-Pérez et al. (2002) is that extinction by lethal mutagenesis is unrelated to the error catastrophe, and that therefore the absence of a genetic signature of lethal mutagenesis is the expected experimental outcome.

The virus used in the study of Grande-Perez et al. (2002), lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), forms persistent infections in BHK-21 cells. Our theory of lethal mutagenesis does likely not apply in unaltered form to this mode of replication. In particular, our theory neglects any effects mediated by viral co-infection at high multiplicity of infection. However, a persistent infection in the presence of mutagen leads to the accumulation of many mutant viral genomes within the same cell, and we cannot neglect co-infection in this case. Grande-Perez et al. (2005) have proposed that in this situation and for moderate amounts of mutagen, lethal mutagenesis is mediated by the accumulation of defective particles. Nevertheless, the basic concept of lethal mutagenesis, that is, the rule that for viral survival the total number of viable offspring that go on to infect a new cell has to be larger than one, will be valid even in more complex situations involving co-infection and defective particles.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123741530000096

Viral Quasispecies: Dynamics, Interactions, and Pathogenesis*

Esteban Domingo, … John J. Holland, in Origin and Evolution of Viruses (Second Edition), 2008

Virus Entry into Error Catastrophe and its Application to Lethal Mutagenesis

The limitations imposed on average mutation rates to maintain the genetic information transmitted by simple RNA replicons (Swetina and Schuster, 1982; Eigen and Biebricher, 1988; Nowak and Schuster, 1989) (Chapter 1) encouraged the first experiments to investigate whether chemical mutagenesis was detrimental to RNA virus replication. The first studies indicated that chemical mutagenesis could increase the mutation frequency by at most three-fold at defined genomic sites of poliovirus (PV) and vesicular stomatitis virus (VSV) (Holland et al., 1990), and 13-fold in the case of a retroviral vector (Pathak and Temin, 1992). Also, increased mutagenesis had an adverse effect on fitness recovery of VSV clones (Lee et al., 1997). These early results suggested that RNA viruses replicate near the error catastrophe threshold, with a copying fidelity that allows a generous production of error copies.

Additional studies in cell culture and in vivo have established that enhanced mutagenesis can result in virus extinction (reviewed in Anderson et al., 2004; Domingo, 2005). Loeb and colleagues coined the term “lethal mutagenesis” to refer to the loss of virus infectivity associated with the action of mutagenic agents (Loeb et al., 1999). Mutagenic nucleoside analogues, some used in antimicrobial and anticancer therapy, are currently actively studied as promoters of lethal mutagenesis of viruses, including an ongoing clinical trial with AIDS patients (Harris et al., 2005).

Lethal mutagenesis is attracting increasing interest, and several theoretical models have addressed the mechanisms underlying lethal mutagenesis and the relationship between the observations on viral extinction and the original concept of error catastrophe (several models are reviewed in Chapter 1, and one model is described in Chapter 9). Key to the validation of these models as applied to RNA viruses is the experimental finding that a low viral load and low replicative fitness (relative replication capacity) favor extinction (Sierra et al., 2000; Pariente et al., 2001), and that a mutagenic activity (not merely an inhibitory activity) is necessary to achieve extinction (Pariente et al., 2003). This was shown by absence of extinction when the virus was subjected to equivalent inhibitory activities with cocktails of non-mutagenic inhibitors (Pariente et al., 2003). However, since low viral loads favor extinction, the inhibitory activity that is associated with the action of some mutagenic agents may contribute to lethal mutagenesis. In this respect, a combination of a mutagenic nucleoside analogue and the antiretroviral inhibitor AZT was required to extinguish high fitness HIV-1 during infections in cell culture (Tapia et al., 2005). Even strong reductions in population size of highly debilitated foot-and-mouth disease virus (FMDV) and lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) populations did not result in virus extinction unless a mutagenic activity intervened (Sierra et al., 2000; Pariente et al., 2001; Pariente et al., 2003). A second finding to be considered in the development of theoretical models is the negative interference exerted by mutants that either coinfect the cells along with standard virus, or are generated inside the cell by mutagenesis. The interfering activity of such “defector” genomes as contributing to viral extinction has been documented both experimentally with FMDV and LCMV, and by in silico simulations (González-López et al., 2004; Grande-Pérez et al., 2005b; Perales et al., 2007). Production of a fraction of non-infectious hepatitis C virus (HCV) in infected patients as a result of ribavirin (1-β-D-ribofuranosyl-1,2,3-triazole-3-carboxamide) therapy is a key parameter in the models of HCV clearance following treatment with ribavirin and interferon alpha (IFN-α) (Dixit et al., 2004; Dahari et al., 2007) (see Chapter 15).

An argument that has been used to deny a connection between lethal mutagenesis and the transition into error catastrophe has been the absence of hypermutated molecules in mutagenized populations of RNA viruses. However, any hypermutated genome transiently generated during mutagenesis is unlikely to be replication-competent and to be included in any sampling of viral genomes. This has been recognized by us (Grande-Pérez et al., 2005a) and others (Perelson and Layden, 2007). Despite this, a genome with a mutation frequency lying in the lower range of typically hypermutated genomes was identified in a population of 5-fluorouracil (5-FU)-treated LCMV (Grande-Pérez et al., 2005a). The absence or very low frequency of hypermutated genomes in standard genome samplings of pre-extinction viral populations cannot constitute an argument against a mutagenesis-driven transition into error catastrophe.

Concerning the relationship between the concept of error catastrophe and extinction of viruses by lethal mutagenesis, M. Eigen pointed out the following: (i) dependence of copying fidelity on sequence context and the type of mutagen; (ii) fitness landscape of the quasispecies distribution, including the perturbing effects of specific types of mutants that may arise during mutagenesis (as discussed above); (iii) participation of multiple viral functions (not only RNA replication) in determining the replicative collapse of the system. As pointed out by Eigen, “Theory cannot remove complexity, but it shows what kind of ‘regular’ behavior can be expected and what experiments have to be done to get a grasp on the irregularities” (Eigen, 2002).

In line with the application of the error threshold relationship to real viruses (Eigen, 2002), it is obvious that virus extinction will not occur through “evaporation” into the entire sequence space theoretically available to a viral genome. This is physically impossible. As mutagenesis progresses during viral replication myriads of end-point genomes harboring lethal or highly deleterious mutations will impede further expansions into sequence space by such genomes. This is a consequence of the multiple viral functions (not only RNA replication) that affect replicative competence (Eigen, 2002). These differences between the mechanisms that mediate extinction of real viruses and the original concept of error catastrophe can be expressed by distinguishing “phenotypic” and “extinction” thresholds from an “error theshold,” as has been done in some theoretical treatments (for example, Huynen et al., 1996; Manrubia et al., 2005). Apart from these rather obvious adaptations of error catastrophe to a real biological system, the experimental studies carried out in the laboratory of one of us (E.D.) do not provide any basis to dissociate lethal mutagenesis from error catastrophe, as initially developed by Eigen, Schuster, and colleagues, and even less to consider that the approach to error catastrophe will impede viral extinction. In the section on “Intra-mutant spectrum suppression can contribute to lethal mutagenesis” in this chapter, we summarize our current view on the mechanisms that underlie virus extinction through lethal mutagenesis based on experimental results, and the main challenges facing, in our view, this new antiviral strategy.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123741530000047

Translational models, methods and concepts in studies of aging and longevity

Monty Montano, in Translational Biology in Medicine, 2014

5.2 Theories of aging

5.2.1 Damage accumulation

This theory of aging [154] has multiple derivative versions, but essentially a common feature among them is that aging can be viewed as an accumulation of biological and biochemical waste. This waste is characterized by cellular and organ dysfunction due to wear and tear, somatic mutations to the DNA and/or accumulation of mutations in the DNA due to proofreading errors. In all of these cases, there is a gradual buildup of biological error that presumably increases the risk for organ failure with time, leading to systemic failure and death. The rate of damage accumulation, and potential interventions that might slow or prevent this process of damage accumulation, are being actively pursued as translational research targets. The damage accumulation theory has an analogy in physics: the buildup or increase of entropy or disorder within a closed system (i.e. the second law of thermodynamics). Aging from this perspective can be viewed as a tendency towards disorder, presumably at various system levels (e.g. molecular, tissue physiology, organ system interactions) and a movement away from dynamic homeostasis (i.e. tissue remodeling, high-fidelity DNA replication). Under this model, eventually the disorder would reach a critical threshold. Manfred Eigen and colleagues have described such a critical threshold as an ‘error catastrophe’ in viral research [155]. In error catastrophe theory, genome replication is initially recognized as being generally of high fidelity to insure reproduction, but can nevertheless accommodate some mutations. However, if the error rate of replication were to continue to increase, raising the level of genetic mutations, then there would be a point at which the mutational load would no longer sustain sufficient fidelity in the replication of the organism – this is what is called the error catastrophe.

5.2.2 Disposable soma

This theory of aging [156] argues that there is a fundamental life dilemma requiring a trade-off that must occur between the advantage of biological energy allocated to reproduction and the advantage of biological energy allocated to repair (e.g. genetic, tissue, organ). In this model of aging, early in life, limited energy (the ‘energy’ is not explicitly defined but could include mitochondrial energy, stem cell renewal capacity) is differentially allocated to reproduction, resulting in compromised repair. This imbalance in energy allocation in favor of reproduction ultimately leads to cellular and tissue damage accumulation, organ failure and death. The disposable soma theory has an analogy in Freudian psychology in the concept of ‘drive energy’. This Freudian concept argues that there are limited ‘mental’ resources, and, because of this, there is a dilemma or decision requirement on how to allocate mental energy across an array of tasks.

5.2.3 Antagonistic pleiotropy

This theory of aging [157] implies that in living systems there is a genetic program or gene network that drives the aging process and is subject to natural selection. Genes associated with the aging process under this theory have the dubious distinction of being beneficial early in life, but detrimental later in life (antagonistic). This trade-off suggests that aging genes have more than one function (i.e. are pleiotropic). For example, as an evolutionary trade-off, the prediction is that genes that influence reproductive success early in life would, necessarily, have deleterious effects later in life. Deleterious outcomes can be broadly defined to include, for example, increased susceptibility to predation, or an age-associated trade-off between cellular proliferation/growth capacity (e.g. stem cell renewal) early in life and metastasis/cancer later in life (e.g. stem cell cancer). There is an interesting literary analogy to this trade-off dilemma in Goethe’s Faust, wherein unlimited benefits were obtained early, but at great cost later [158].

5.2.4 Life history hypothesis

This theory of aging argues that natural selection in differing environments selects for a life history that favors increased fecundity or reproductive capacity. This theory attempts to unify apparently distinct life strategies based on environmental pressures. This concept is related to, but perhaps more inclusive than, an earlier theory known as the r-K selection hypothesis. This hypothesis [159] states that there are trade-offs between fecundity and parental investment. In this argument, those organisms that are r-selected would have a high growth rate (r) and tend to produce a high number of offspring with minimal parental investment. Organisms that are r-selected would tend to have shorter lifespans that may be favorable in unstable environments. By contrast, K-selected organisms would produce a lower number of offspring, with higher parental investment. Organisms that are K-selected would tend to have a longer lifespan with population sizes near the carrying capacity of their environment (K). In each case, the life strategy (r or K) would be population density-dependent selection that would be sensitive to dynamic environmental pressures.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781907568428500058

Recent Advances in Hantavirus Molecular Biology and Disease

Islam T.M. Hussein, … Mohammad A. Mir, in Advances in Applied Microbiology, 2011

e Error, evolution, and editing

The promiscuous nature of polymerization by RdRps due to lack of proof reading ability is thought to be the primary source of evolution in RNA viruses. This gives the virus an ability to replicate in different hosts and become pathogenic to humans. But the virus has to maintain a close window of variation to avoid the “error catastrophe” as too much of these errors may lead to generation of nonviable genome and reduction of the overall viral fitness (Crotty and Andino, 2002). Drake et al. have estimated an error rate of approximately 1 mutation/replication/genome for hantaviruses (Drake, 1999). The mean rate of evolutionary change in hantaviruses has been approximated to be within the range of 102–104 substitutions/site/year (Ramsden et al., 2008). RNA viruses employ several mechanisms to generate useful variations and to edit deleterious ones, which include reassortment and recombination (Barr and Fearns, 2010). Natural reassortment has been detected among hantaviruses (Henderson et al., 1995; Li et al., 1995; Plyusnin et al., 1997), and several experimental reassortants have been generated in the laboratory by infecting different strains of the same hantavirus (Ebihara et al., 2000; Rodriguez et al., 1998). Recently, Handke et al. were able to generate in vitro reassortants between pathogenic PUUV and nonpathogenic PHV (Handke et al., 2010).

RNA recombination in viruses usually occurs by a “copy choice” mechanism, in which a replicating polymerase stops copying one RNA molecule and switches to another (Copper et al., 1974; Worobey and Holmes, 1999). A recombinant TULV was successfully generated through homologous recombination by infecting Vero E6 cells with one strain and by providing S cRNA of another TULV strain via plasmid-driven expression (Plyusnin et al., 2002). A recent study in Bunyamwera virus (BUNV) has shown that recombination may also occur near the end of the templates to keep the ends intact (Walter and Barr, 2010).

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123870223000069

The Mitochondrion in Aging and Disease

Konstantin Khrapko, Doug Turnbull, in Progress in Molecular Biology and Translational Science, 2014

5.5 The “Vicious cycle”

Speaking about the effect of mtDNA mutations in aging, we can’t set aside the famous “vicious cycle” concept, which has been influencing the field of mitochondrial mutations for many years. The concept is based on an assumption57 that mtDNA mutations may cause an increase in ROS production. Unlike the “dominant lethal” mutations model (Section 3.5), “vicious cycle” hypothesis postulates that such increase of ROS does not kill the cell per se but instead causes increased generation of mutations, which further increases ROS, resulting in a positive feedback loop. The concept predicts that mtDNA mutations should accumulate exponentially, eventually culminating in an “error catastrophe” identifiable with cellular aging/death. However, the vicious cycle hypothesis is not supported by the data. Most importantly, vicious cycle predicts that a substantial proportion of mutations should be nonclonal, because vicious cycle boosts de novo mutation generation rather than expansion of pre-existing mutations. In reality, the fraction of nonexpanded mutations appears to be rather low, at least in case of deletions.58 Also, a great majority of mutations appear not to increase ROS levels: indeed, there was no ROS increase in heavily mutated tissues of mtDNA mutator mouse.59 There is no indication that mtDNA mutations increase mutation rates. So if “vicious cycle mutations” (i.e., mtDNA mutations causing increased mtDNA mutation rate) exist, they should be rare, but if so, then a great majority of extra mutations generated because of the presence of the vicious cycle mutations will be of the nonvicious cycle type, and thus, the ability of the cycle to sustain itself is questionable. The vicious cycle concept that dominated in the field for many years is apparently being put to rest.52,60

In conclusion, the effects of somatic mtDNA mutations are maximal in limited areas such as pigmented neurons of substantia nigra, respiration-deficient zones of muscle fibers and colonic crypts. It is likely that if mtDNA mutations are somehow involved in the aging process, they act through these critical areas, rather than entire tissues or the whole body.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123946256000027

The error catastrophe theory of aging, sometimes referred to as the Orgel hypothesis, postulates that there are errors in cellular RNA transcription leading to faulty structures, especially proteins (Gafni 2002).

From: Geriatric Rehabilitation Manual (Second Edition), 2007

Quasispecies

R. Sanjuán, in Encyclopedia of Virology (Third Edition), 2008

The error catastrophe

The existence of an error catastrophe is probably the most widely known prediction of the quasispecies theory. An error threshold is the critical error rate beyond which Darwinian selection cannot further maintain the genetic integrity of the quasispecies. Below the threshold, the quasispecies is stably localized around one or more sequences, but if the mutation rate exceeds the threshold value, the variety of mutants that are in amounts comparable to the fittest types becomes very large and the population is said to enter into error catastrophe. According to the original definition given by Eigen, the threshold satisfies W00=w―k≠0, where W00 is the nonmutated progeny of the master and w―k≠0is the average fitness (mutated and nonmutated progeny) of all other sequences present in the population. If W00<w―k≠0, the master is overgrown by its own mutational cloud and, in the absence of back-mutation, goes extinct through error catastrophe (although assumptions about back-mutation do not have a bearing on the existence or magnitude of error catastrophes).

The existence of an error threshold, however, is not an obligate prediction of the quasispecies theory. For example, in a multiplicative landscape, the frequency of the master is given by q0 = e−U/s, a quantity that decreases as the mutation rate increases but never reaches zero, hence there is no error threshold. The original quasispecies model produces an error threshold because all mutants are assumed to have a constant fitness regardless of their mutational distance to the master. In this case, w―k≠0 is a constant, w―k≠0=1−s, and, therefore, an error threshold deterministically takes place when L=logσ0/μ, where σ0 is the superiority of the master over all mutants. It must be noted that, even in this model, though there is an error threshold, no sharp transition in average fitness occurs. Average fitness smoothly decreases with increasing mutation rate until it reaches a plateau value equal to w―k≠0. In general, whether there is an error threshold critically depends on the assumed adaptive landscape. Some generalizations of the two-class single-peak landscape predict error catastrophes, but, in general, the outcome mainly depends on the sign of epistasis. Error catastrophes have a greater probability to exist if epistasis is antagonistic, such that mutations tend to have progressively less fitness effects as they accumulate (notice that the two-class single-peak landscape represents an extreme form of antagonistic epistasis). However, recent work has shown that with null epistasis, there can be an error catastrophe if lethal mutations are taken into account. This is a complex theoretical issue which still remains to be fully resolved.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744104004817

Evolution of Viruses

L.P. Villarreal, in Encyclopedia of Virology (Third Edition), 2008

Error Catastrophe, Sequence Space

Quasispecies theory also predicts a situation known as error catastrophe, defined as an error rate threshold at which information is lost and the system decays. If error rates are too high, or the information content (genome length) too extensive, the system will be unable to maintain its information integrity. This predicts a basic limit on the size of RNA genomes, consistent with the observation that the largest RNA genomes are only about 27–32 kbp (coronaviruses). There is a possible therapeutic use of error catastrophe: drugs (possibly Ribavarin and 5-fluorouracil) that increase the error rates of RNA polymerase can potentially push a virus beyond its error threshold and induce a catastrophe. Quasispecies is an inherently fuzzy and dynamic population that has no sharp boundaries or specific members and has been metaphorically referred to as swarms and clouds. Here, cloud is a metaphor for the population landscape that exists in high-dimensional hyperspace and cannot be readily visualized. The concept of sequence space has been used to represent topography of the distribution of all mutants. Kinship relationships between mutants can be measured by Hamming distance; the minimal steps needed to specify the difference between two mutants. In spite of high error and adaptation rates (and sometimes high recombination rates), RNA viruses are not able to explore all potential sequence space. Selection significantly limits the quasispecies, since the potential sequence space is hyperastronomical even for a moderately sized virus. For example, an RNA virus with 10 000 nt would correspond to 106000 possible sequences, well beyond what could be explored by even the potentially vast number of viruses over the lifetime of the world. In addition, there are clearly mechanistic constraints that prevent many possible sequences, such as necessary domains of ± strand RNA folds, physical association with ribonucleotide proteins, virion packaging and assembly – all in addition to usual selection for gene fitness (function) that all severely limit possible adaptations. This creates a multipeak ‘fitness’ landscape in hyperspace (see Figure 3). Assuming fitness itself can have a single definition (i.e., replicative fitness, not subjected to variable and stochastic competition), we can visualize this space as many steep valleys and ledges (in this case with 10 000 dimensions). Normally we think that adaptation by natural selection is the force to explore and move through fitness landscape. But as the deep valleys are often lethal, they cannot be explored via natural selection. Here we see the major adaptive power of the quasispecies collective. Since random, even lethal, errors and drift are inherent in a quasispecies, lethal valleys can be readily crossed by such variable genomes, allowing the master genome to adapt by natural selection to a new fitness peak. Thus, error-prone replication and the generation of mutant clouds allows for much better exploration of sequence space and eventual adaptability.

Figure 3. Hypothetical fitness landscape for an RNA virus. Assuming one definition for a nonrelativistic fitness (such as replicative fitness), the coordinates indicate relative fitness. Those below the y-axis are interfering or lethal variants.

When viruses are transmitted to new hosts, they can experience a genetic bottleneck since a relatively small number of viral genomes could be involved (aka low multiplicity passage). If this process is serially repeated, a phenomenon known as ‘Muller’s Ratchet’ can result in lost competitiveness as the essentially clonal RNA virus accumulates deleterious mutations (sometimes measured as pfu/plaque). However, in lab studies, virus extinction from serial passage does not occur, presumably due to plaque selection for a restored phenotype. Even a single plaque is in reality a small population (due to nonideal particle/pfu ratios and ID50). However, lost competitiveness with other viruses is seen with clonal laboratory passage. However, if a quasispecies population is passed, this generally results in increased competitive fitness. Such passage can produce a seemingly never-ending better version of the virus that outcompetes all prior versions of the same virus (although virion yields and absolute replication are not necessarily improved). This has been likened to the Red Queen hypothesis in that the viruses are evolving at high rates, simply to maintain their competitive position, so as not to be displaced as the dominant viral type. Virus–virus competition is thus a crucial selection.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123744104007068

The Biological Basis of Aging

Junko Oshima, … George M. Martin, in Emery and Rimoin’s Principles and Practice of Medical Genetics and Genomics (Seventh Edition), 2019

15.4.1 Alterations in Proteins

In 1963, Orgel introduced the protein synthesis error catastrophe theory of aging [82,83]. It was proposed that transcriptional and/or translational errors in the synthesis of proteins that were themselves used for the synthesis of proteins (e.g., DNA-dependent RNA polymerases, ribosomal proteins, etc.) could result in an exponential cascade of errors involving essentially all proteins, leading to cell and organismal death. Biosynthetic errors in protein synthesis appear to be rare, however, even in old organisms [84]. Although most gerontologists have abandoned this theory, very few tests of the theory have been carried out with postreplicative cells in vivo [85]. By contrast, there is a growing body of evidence indicating the prevalence of posttranslational modifications in proteins in aging tissues; although, of the more than 140 major and minor known modifications of proteins, only a few have been studied in aging cells, tissues, and organisms [86,87]. Beginning with a classic paper on senescent nematodes by Gershon and Gershon [88], many studies have demonstrated an accumulation of immunologically detectable, but enzymatically inactive, enzyme molecules in various mammalian tissues. These may result from a variety of posttranslational modifications, including subtle conformational changes [84]. There is currently a great deal of interest in oxidative alterations [89]. Metal-catalyzed oxidation systems have the potential to inactivate enzymes oxidatively via attacks on the side chains of certain amino acids, with the formation of carbonyl derivatives. The side chains of histidine, arginine, lysine, and proline are particularly susceptible. The sulfhydryl groups of methionine are also susceptible to oxidation. Other posttranslational changes that can be observed in aging cells include racemization, deamidation, isomerization, phosphorylation, and glycation.

Many gerontologists believe that glycation, the spontaneous nonenzymatic reaction of glucose with proteins and nucleic acids, may be a major factor in the development of certain age decrements, as well as complications of diabetes mellitus. Glycation is the slow, spontaneous reaction of the aldehydic form of glucose with free amino groups to form a Schiff base, which subsequently rearranges to form a stable Amadori product. Subsequent reactions, possibly involving oxygen radicals, generate more complex products referred to as advanced glycosylation end (AGE) products. Some of these compounds, including pentosidine, have been characterized. Antibodies to the AGE products have been generated and used to map their distribution to neuritic plaques and tangles and to other sites [37]. Because the levels of AGE products increase with age and with elevated blood glucose, crosslink proteins, and change their physical and biologic properties, they are thought to underlie the development of atherosclerosis, cataracts, and peripheral neuropathies. In addition, macrophage receptors bind to the AGE products and initiate the secretion of inflammatory cytokines such as the tumor necrosis factor [90]. Thus, glycation represents a progressive age change linked to age-associated disabilities. Support for these ideas has come from experiments in aging dogs, in which it was possible to reverse myocardial stiffness and improve cardiac function by the administration of an experimental compound known to break the crosslinks associated with the formation of advanced glycation end products [91].

Calorically restricted rodents, which have substantially increased life spans, exhibit evidence of both enhanced defenses against reactive oxygen species and reduced levels of protein glycation (associated with decreased levels of plasma glucose). Such results suggest that both the free radical theory of aging and the glycation theory of aging may be operative and potentially synergistic [92]. A number of different types of amyloids accumulate in mammalian tissues during aging [93]. In their advanced states, they are detected extracellularly as protein aggregates associated with proteoglycans and other proteins. Each type is derived from a different precursor protein. These include the beta-amyloid protein of Alzheimer disease and the aging brain; a transthyretin-derived amyloid in peripheral nerve tissues, autonomic nervous system, choroid plexus, cardiovascular system, and kidneys; atrial amyloid derived from the atrial natriuretic peptide; the amylin-derived amyloid in the pancreatic islets of Langerhans [94]; systemic amyloid AA derived from apolipoprotein A-II [95]; and possibly unique types of amyloid in the anterior pituitary gland, intervertebral discs, the aortic intima and media, aortic heart valves, and the adrenal cortex. In certain of these conditions, variants in the precursor protein greatly accelerate the rates of deposition of the derivative amyloids. This has been particularly well demonstrated for the case of beta amyloid [96].

It is a challenge for the future to discover common denominators underlying this remarkable propensity of mammalian tissues to accumulate these different types of abnormal proteins. Obvious approaches would include more detailed studies of alterations in protein turnover with age (including the turnover of amyloid deposits) and how such turnover might be modulated by endocrine and neuroendocrine factors. Another promising and relatively new area of research seeks to define gene products that function in the repair of altered proteins. An example is the catalysis of the transfer of a methyl group from S-adenosylmethionine to l-aspartyl and d-aspartyl residues by protein carboxyl methyltransferases (ED 2.1.1.77). These enzymes have the potential to repair abnormal proteins via the conversion of l-isoaspartyl residues to l-aspartyl residues [97]. This enzyme is polymorphic in humans, raising the question of the differential repair of such classes of altered proteins during aging in human populations [98].

Research on the maintenance of the integrity of proteins and protein complexes (protein homeostasis or “proteostasis”) is among the fastest-growing fields in geroscience. It is now being pursued in terms of networks of gene actions that modulate protein synthesis, folding, transport, heteromeric protein complex formations, and degradation [99].

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128125373000159

The Health Benefits of Indian Traditional Ayurvedic Rasayana (Anti-aging) Drugs

Manjeshwar Shrinath Baliga, … Raghavendra Haniadka, in Foods and Dietary Supplements in the Prevention and Treatment of Disease in Older Adults, 2015

16.2 Hypothesis of Aging

Although the fundamental mechanisms for aging are still poorly understood, various hypotheses have been proposed, such as the error catastrophe and genomic instability theory, the neuroendocrine theory, the free radical theory, the membrane dysfunction theory, the hayflick limit theory, the mitochondrial decline theory, the crosslinking (glycation) theory, and the inflammatory theory. Of these, the free radical theory proposed by Denham Harman is the most widely accepted, and observations from both preclinical and clinical studies have substantiated the hypothesis [2].

Free radical theory proposes that excess generation of free radicals causes oxidative damage to biomolecules, and a progressive and irreversible accumulation of products of oxidation, decreasing the cellular levels or activities of antioxidant systems. This, in combination with the increased inflammatory responses, apoptosis, altered cell signaling, and defective tissue renewal, contributes to impaired physiological function, increased incidence of disease, and a decrease in lifespan [2].

The balance between reactive oxygen species (ROS) production, cellular antioxidant defenses, activation of stress-related signaling pathways, and the production of various gene products, as well as the effect of aging on these processes, determines whether a cell exposed to an increase in ROS will be destined for survival or death. Mitochondrial DNA is considered the most vulnerable candidate for oxidative damage, as the mitochondria are constantly exposed to high oxygen pressure, and the genetic mechanisms that protect the DNA from damage are lacking or deficit in mitochondria. DNA repair enzymes, the third-line defense against oxidative stress, decline with age [2].

Numerous studies have shown that oxidative DNA damage accumulates in the brain, muscle, liver, and kidney, and in long-lived stem cells. This cumulative DNA damage is the likely cause of the decline in gene expression and loss of functional capacity observed with increasing age. Oxidative stress is also implicated in the etiopathogenesis of many age-related diseases and clinical complications, such as atherosclerosis, diabetes mellitus, muscular dystrophy, and neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease [2].

Tissue repair and regeneration are essential for longevity in complex animals, and often depend on the proliferation of unspecialized cells known as stem or progenitor cells. In many tissues, especially the muscle, the regenerative capacity of stem cells decreases with age, and these changes are thought to trigger age-related symptoms and diseases. Additionally, due to failure or decrease in the repair and regeneration mechanisms, the damaged tissues will not undergo repair and regeneration effectively, and the resulting accumulation of defective cells will contribute towards the pathogenic process [2].

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780124186804000166

Innate Host Barriers to Viral Trafficking and Population Diversity

Julie K. Pfeiffer, in Advances in Virus Research, 2010

B Fitness loss from excessive mutagenesis

Mutagen passage experiments have provided evidence for fitness loss from over-mutagenesis. Because of their high error rates, RNA viruses are very susceptible to mutagens, which extinguish the population through “error catastrophe” (Crotty et al., 2000; Domingo and Holland, 1997). In fact, the entire antiviral effect of the nucleoside analog drug ribavirin, at least for poliovirus, is due to enhanced mutagenesis of the viral genome (Crotty et al., 2001). Other viruses such as vesicular stomatitis virus, HIV, foot and mouth disease virus (FMDV), and lymphocytic choriomeningitis virus also undergo lethal mutagenesis upon mutagen treatment (Crotty et al., 2000; Holland et al., 1990; Loeb et al., 1999; Sierra et al., 2000). Mutagen-driven extinction of RNA viruses is a promising antiviral strategy; however mutagen-resistant isolates can emerge (Arnold et al., 2005; Pfeiffer and Kirkegaard, 2003; Sierra et al., 2007). Poliovirus passaged in the presence of ribavirin develops resistance to ribavirin and other mutagens via a single amino acid change, G64S, in the polymerase that increases the fidelity of RNA replication (Arnold et al., 2005; Pfeiffer and Kirkegaard, 2003). The complete crystal structure of the poliovirus RdRp revealed mechanistic insights into the enhanced fidelity of this polymerase: the mutation may alter the conformation of the active site, allowing more time for correct nucleoside triphosphate discrimination (Arnold et al., 2005; Thompson and Peersen, 2004).

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123850348000041

Lethal Mutagenesis

James J. Bull, … Claus O. Wilke, in Origin and Evolution of Viruses (Second Edition), 2008

EXTINCTION IS THWARTED BY AN ERROR CATASTROPHE

In the 1970s and beyond, Manfred Eigen introduced a novel evolutionary result in which a “master” sequence, free of deleterious mutation dominated the population at low mutation rates but was lost at high mutation rates (Eigen, 1971, 1987, 2002). His model specifically assumed that all genotypes were viable, but genotypes with one or more mutations were of the same, lower fitness than the master sequence. In the simplest models, the master sequence could not be regenerated by back mutation. Frequency of the master sequence declined as the mutation rate was increased, and at some threshold (the “error” threshold), it was completely absent from the population. This loss was called an error catastrophe. For comparison to lethal mutagenesis, the error threshold is a description of equilibrium behavior of a population. That is, if a mutation rate increase is imposed on a population, the population will experience a gradual increase in the number of segregating mutations, but over time this increase slows and approaches an equilibrium state. (In models of infinite population size, it strictly takes an infinite number of generations to reach the new mutation-selection balance equilibrium.) The error threshold is the lowest mutation rate at which the master sequence is absent from the equilibrium population. The error threshold and error catastrophe are strictly genetic results; they depend on the relative fitnesses of the different genotypes, but there is no “ecological” component similar to the “b” of the extinction threshold.

As noted in the opening of this chapter, the error catastrophe has often been equated with extinction by lethal mutagenesis. We can now show how they are different. Plotting the equilibrium mean fitness as a function of U in this system, the impact of an error catastrophe on population mean fitness is easily visualized (Figure 9.4). Recalling the Kimura–Maruyana result (Kimura and Maruyama, 1966), equilibrium mean fitness follows eU down to the error threshold. At the error threshold, increases in U have no further effect on mean fitness because the mutation-free genotype is lost and all mutated genotypes have the same fitness (in the simplest of Eigen’s models). Note that, in particular, it is not true that the error threshold is accompanied by a sudden and substantial loss of fitness, as is frequently stated in the literature. To the contrary, fitness is continuous at the error threshold, not just in the simple Eigen fitness landscape depicted in Figure 9.4, but in all fitness landscapes. In more complicated landscapes, multiple error thresholds may occur, and each catastrophe increases robustness against mutations somewhat (Tannenbaum and Shakhnovich, 2004; Bull et al., 2005).

An extinction threshold may be superimposed on this graph. Where the extinction threshold lies will depend on the fecundity per cell as well as U, and in principle, the extinction threshold can lie anywhere. It will generally not coincide with an error threshold. Furthermore, if the extinction threshold was otherwise below the error threshold in the Eigen model, then the error catastrophe would avoid extinction by halting the decay of mean fitness with further increases in U, simply because all mutant genotypes in that model have the same fitness.

In light of this comparison, we return to the study of Grande-Pérez et al. (2002) described above. The authors cast their results in a somewhat different context than we explained it above. The study actually looked for the genetic signature of an error catastrophe coinciding with lethal mutagenesis, because the paper considered the two processes equivalent. The explanation given for the failure to observe a genetic signature of lethal mutagenesis was sampling bias: only replication-competent sequences could be sampled, so any signal in non-viable sequences would be lost. While this bias against observing non-replicating genomes is valid, recent theoretical work on the error catastrophe in the presence of lethal mutants found a clear genetic signature of the error catastrophe that should be observable even when lethal mutants cannot be sampled (Takeuchi and Hogeweg, 2007). To us, the simpler and more obvious explanation of the results by Grande-Pérez et al. (2002) is that extinction by lethal mutagenesis is unrelated to the error catastrophe, and that therefore the absence of a genetic signature of lethal mutagenesis is the expected experimental outcome.

The virus used in the study of Grande-Perez et al. (2002), lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), forms persistent infections in BHK-21 cells. Our theory of lethal mutagenesis does likely not apply in unaltered form to this mode of replication. In particular, our theory neglects any effects mediated by viral co-infection at high multiplicity of infection. However, a persistent infection in the presence of mutagen leads to the accumulation of many mutant viral genomes within the same cell, and we cannot neglect co-infection in this case. Grande-Perez et al. (2005) have proposed that in this situation and for moderate amounts of mutagen, lethal mutagenesis is mediated by the accumulation of defective particles. Nevertheless, the basic concept of lethal mutagenesis, that is, the rule that for viral survival the total number of viable offspring that go on to infect a new cell has to be larger than one, will be valid even in more complex situations involving co-infection and defective particles.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123741530000096

Viral Quasispecies: Dynamics, Interactions, and Pathogenesis*

Esteban Domingo, … John J. Holland, in Origin and Evolution of Viruses (Second Edition), 2008

Virus Entry into Error Catastrophe and its Application to Lethal Mutagenesis

The limitations imposed on average mutation rates to maintain the genetic information transmitted by simple RNA replicons (Swetina and Schuster, 1982; Eigen and Biebricher, 1988; Nowak and Schuster, 1989) (Chapter 1) encouraged the first experiments to investigate whether chemical mutagenesis was detrimental to RNA virus replication. The first studies indicated that chemical mutagenesis could increase the mutation frequency by at most three-fold at defined genomic sites of poliovirus (PV) and vesicular stomatitis virus (VSV) (Holland et al., 1990), and 13-fold in the case of a retroviral vector (Pathak and Temin, 1992). Also, increased mutagenesis had an adverse effect on fitness recovery of VSV clones (Lee et al., 1997). These early results suggested that RNA viruses replicate near the error catastrophe threshold, with a copying fidelity that allows a generous production of error copies.

Additional studies in cell culture and in vivo have established that enhanced mutagenesis can result in virus extinction (reviewed in Anderson et al., 2004; Domingo, 2005). Loeb and colleagues coined the term “lethal mutagenesis” to refer to the loss of virus infectivity associated with the action of mutagenic agents (Loeb et al., 1999). Mutagenic nucleoside analogues, some used in antimicrobial and anticancer therapy, are currently actively studied as promoters of lethal mutagenesis of viruses, including an ongoing clinical trial with AIDS patients (Harris et al., 2005).

Lethal mutagenesis is attracting increasing interest, and several theoretical models have addressed the mechanisms underlying lethal mutagenesis and the relationship between the observations on viral extinction and the original concept of error catastrophe (several models are reviewed in Chapter 1, and one model is described in Chapter 9). Key to the validation of these models as applied to RNA viruses is the experimental finding that a low viral load and low replicative fitness (relative replication capacity) favor extinction (Sierra et al., 2000; Pariente et al., 2001), and that a mutagenic activity (not merely an inhibitory activity) is necessary to achieve extinction (Pariente et al., 2003). This was shown by absence of extinction when the virus was subjected to equivalent inhibitory activities with cocktails of non-mutagenic inhibitors (Pariente et al., 2003). However, since low viral loads favor extinction, the inhibitory activity that is associated with the action of some mutagenic agents may contribute to lethal mutagenesis. In this respect, a combination of a mutagenic nucleoside analogue and the antiretroviral inhibitor AZT was required to extinguish high fitness HIV-1 during infections in cell culture (Tapia et al., 2005). Even strong reductions in population size of highly debilitated foot-and-mouth disease virus (FMDV) and lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) populations did not result in virus extinction unless a mutagenic activity intervened (Sierra et al., 2000; Pariente et al., 2001; Pariente et al., 2003). A second finding to be considered in the development of theoretical models is the negative interference exerted by mutants that either coinfect the cells along with standard virus, or are generated inside the cell by mutagenesis. The interfering activity of such “defector” genomes as contributing to viral extinction has been documented both experimentally with FMDV and LCMV, and by in silico simulations (González-López et al., 2004; Grande-Pérez et al., 2005b; Perales et al., 2007). Production of a fraction of non-infectious hepatitis C virus (HCV) in infected patients as a result of ribavirin (1-β-D-ribofuranosyl-1,2,3-triazole-3-carboxamide) therapy is a key parameter in the models of HCV clearance following treatment with ribavirin and interferon alpha (IFN-α) (Dixit et al., 2004; Dahari et al., 2007) (see Chapter 15).

An argument that has been used to deny a connection between lethal mutagenesis and the transition into error catastrophe has been the absence of hypermutated molecules in mutagenized populations of RNA viruses. However, any hypermutated genome transiently generated during mutagenesis is unlikely to be replication-competent and to be included in any sampling of viral genomes. This has been recognized by us (Grande-Pérez et al., 2005a) and others (Perelson and Layden, 2007). Despite this, a genome with a mutation frequency lying in the lower range of typically hypermutated genomes was identified in a population of 5-fluorouracil (5-FU)-treated LCMV (Grande-Pérez et al., 2005a). The absence or very low frequency of hypermutated genomes in standard genome samplings of pre-extinction viral populations cannot constitute an argument against a mutagenesis-driven transition into error catastrophe.

Concerning the relationship between the concept of error catastrophe and extinction of viruses by lethal mutagenesis, M. Eigen pointed out the following: (i) dependence of copying fidelity on sequence context and the type of mutagen; (ii) fitness landscape of the quasispecies distribution, including the perturbing effects of specific types of mutants that may arise during mutagenesis (as discussed above); (iii) participation of multiple viral functions (not only RNA replication) in determining the replicative collapse of the system. As pointed out by Eigen, “Theory cannot remove complexity, but it shows what kind of ‘regular’ behavior can be expected and what experiments have to be done to get a grasp on the irregularities” (Eigen, 2002).

In line with the application of the error threshold relationship to real viruses (Eigen, 2002), it is obvious that virus extinction will not occur through “evaporation” into the entire sequence space theoretically available to a viral genome. This is physically impossible. As mutagenesis progresses during viral replication myriads of end-point genomes harboring lethal or highly deleterious mutations will impede further expansions into sequence space by such genomes. This is a consequence of the multiple viral functions (not only RNA replication) that affect replicative competence (Eigen, 2002). These differences between the mechanisms that mediate extinction of real viruses and the original concept of error catastrophe can be expressed by distinguishing “phenotypic” and “extinction” thresholds from an “error theshold,” as has been done in some theoretical treatments (for example, Huynen et al., 1996; Manrubia et al., 2005). Apart from these rather obvious adaptations of error catastrophe to a real biological system, the experimental studies carried out in the laboratory of one of us (E.D.) do not provide any basis to dissociate lethal mutagenesis from error catastrophe, as initially developed by Eigen, Schuster, and colleagues, and even less to consider that the approach to error catastrophe will impede viral extinction. In the section on “Intra-mutant spectrum suppression can contribute to lethal mutagenesis” in this chapter, we summarize our current view on the mechanisms that underlie virus extinction through lethal mutagenesis based on experimental results, and the main challenges facing, in our view, this new antiviral strategy.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123741530000047

Translational models, methods and concepts in studies of aging and longevity

Monty Montano, in Translational Biology in Medicine, 2014

5.2 Theories of aging

5.2.1 Damage accumulation

This theory of aging [154] has multiple derivative versions, but essentially a common feature among them is that aging can be viewed as an accumulation of biological and biochemical waste. This waste is characterized by cellular and organ dysfunction due to wear and tear, somatic mutations to the DNA and/or accumulation of mutations in the DNA due to proofreading errors. In all of these cases, there is a gradual buildup of biological error that presumably increases the risk for organ failure with time, leading to systemic failure and death. The rate of damage accumulation, and potential interventions that might slow or prevent this process of damage accumulation, are being actively pursued as translational research targets. The damage accumulation theory has an analogy in physics: the buildup or increase of entropy or disorder within a closed system (i.e. the second law of thermodynamics). Aging from this perspective can be viewed as a tendency towards disorder, presumably at various system levels (e.g. molecular, tissue physiology, organ system interactions) and a movement away from dynamic homeostasis (i.e. tissue remodeling, high-fidelity DNA replication). Under this model, eventually the disorder would reach a critical threshold. Manfred Eigen and colleagues have described such a critical threshold as an ‘error catastrophe’ in viral research [155]. In error catastrophe theory, genome replication is initially recognized as being generally of high fidelity to insure reproduction, but can nevertheless accommodate some mutations. However, if the error rate of replication were to continue to increase, raising the level of genetic mutations, then there would be a point at which the mutational load would no longer sustain sufficient fidelity in the replication of the organism – this is what is called the error catastrophe.

5.2.2 Disposable soma

This theory of aging [156] argues that there is a fundamental life dilemma requiring a trade-off that must occur between the advantage of biological energy allocated to reproduction and the advantage of biological energy allocated to repair (e.g. genetic, tissue, organ). In this model of aging, early in life, limited energy (the ‘energy’ is not explicitly defined but could include mitochondrial energy, stem cell renewal capacity) is differentially allocated to reproduction, resulting in compromised repair. This imbalance in energy allocation in favor of reproduction ultimately leads to cellular and tissue damage accumulation, organ failure and death. The disposable soma theory has an analogy in Freudian psychology in the concept of ‘drive energy’. This Freudian concept argues that there are limited ‘mental’ resources, and, because of this, there is a dilemma or decision requirement on how to allocate mental energy across an array of tasks.

5.2.3 Antagonistic pleiotropy

This theory of aging [157] implies that in living systems there is a genetic program or gene network that drives the aging process and is subject to natural selection. Genes associated with the aging process under this theory have the dubious distinction of being beneficial early in life, but detrimental later in life (antagonistic). This trade-off suggests that aging genes have more than one function (i.e. are pleiotropic). For example, as an evolutionary trade-off, the prediction is that genes that influence reproductive success early in life would, necessarily, have deleterious effects later in life. Deleterious outcomes can be broadly defined to include, for example, increased susceptibility to predation, or an age-associated trade-off between cellular proliferation/growth capacity (e.g. stem cell renewal) early in life and metastasis/cancer later in life (e.g. stem cell cancer). There is an interesting literary analogy to this trade-off dilemma in Goethe’s Faust, wherein unlimited benefits were obtained early, but at great cost later [158].

5.2.4 Life history hypothesis

This theory of aging argues that natural selection in differing environments selects for a life history that favors increased fecundity or reproductive capacity. This theory attempts to unify apparently distinct life strategies based on environmental pressures. This concept is related to, but perhaps more inclusive than, an earlier theory known as the r-K selection hypothesis. This hypothesis [159] states that there are trade-offs between fecundity and parental investment. In this argument, those organisms that are r-selected would have a high growth rate (r) and tend to produce a high number of offspring with minimal parental investment. Organisms that are r-selected would tend to have shorter lifespans that may be favorable in unstable environments. By contrast, K-selected organisms would produce a lower number of offspring, with higher parental investment. Organisms that are K-selected would tend to have a longer lifespan with population sizes near the carrying capacity of their environment (K). In each case, the life strategy (r or K) would be population density-dependent selection that would be sensitive to dynamic environmental pressures.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781907568428500058

Recent Advances in Hantavirus Molecular Biology and Disease

Islam T.M. Hussein, … Mohammad A. Mir, in Advances in Applied Microbiology, 2011

e Error, evolution, and editing

The promiscuous nature of polymerization by RdRps due to lack of proof reading ability is thought to be the primary source of evolution in RNA viruses. This gives the virus an ability to replicate in different hosts and become pathogenic to humans. But the virus has to maintain a close window of variation to avoid the “error catastrophe” as too much of these errors may lead to generation of nonviable genome and reduction of the overall viral fitness (Crotty and Andino, 2002). Drake et al. have estimated an error rate of approximately 1 mutation/replication/genome for hantaviruses (Drake, 1999). The mean rate of evolutionary change in hantaviruses has been approximated to be within the range of 102–104 substitutions/site/year (Ramsden et al., 2008). RNA viruses employ several mechanisms to generate useful variations and to edit deleterious ones, which include reassortment and recombination (Barr and Fearns, 2010). Natural reassortment has been detected among hantaviruses (Henderson et al., 1995; Li et al., 1995; Plyusnin et al., 1997), and several experimental reassortants have been generated in the laboratory by infecting different strains of the same hantavirus (Ebihara et al., 2000; Rodriguez et al., 1998). Recently, Handke et al. were able to generate in vitro reassortants between pathogenic PUUV and nonpathogenic PHV (Handke et al., 2010).

RNA recombination in viruses usually occurs by a “copy choice” mechanism, in which a replicating polymerase stops copying one RNA molecule and switches to another (Copper et al., 1974; Worobey and Holmes, 1999). A recombinant TULV was successfully generated through homologous recombination by infecting Vero E6 cells with one strain and by providing S cRNA of another TULV strain via plasmid-driven expression (Plyusnin et al., 2002). A recent study in Bunyamwera virus (BUNV) has shown that recombination may also occur near the end of the templates to keep the ends intact (Walter and Barr, 2010).

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123870223000069

The Mitochondrion in Aging and Disease

Konstantin Khrapko, Doug Turnbull, in Progress in Molecular Biology and Translational Science, 2014

5.5 The “Vicious cycle”

Speaking about the effect of mtDNA mutations in aging, we can’t set aside the famous “vicious cycle” concept, which has been influencing the field of mitochondrial mutations for many years. The concept is based on an assumption57 that mtDNA mutations may cause an increase in ROS production. Unlike the “dominant lethal” mutations model (Section 3.5), “vicious cycle” hypothesis postulates that such increase of ROS does not kill the cell per se but instead causes increased generation of mutations, which further increases ROS, resulting in a positive feedback loop. The concept predicts that mtDNA mutations should accumulate exponentially, eventually culminating in an “error catastrophe” identifiable with cellular aging/death. However, the vicious cycle hypothesis is not supported by the data. Most importantly, vicious cycle predicts that a substantial proportion of mutations should be nonclonal, because vicious cycle boosts de novo mutation generation rather than expansion of pre-existing mutations. In reality, the fraction of nonexpanded mutations appears to be rather low, at least in case of deletions.58 Also, a great majority of mutations appear not to increase ROS levels: indeed, there was no ROS increase in heavily mutated tissues of mtDNA mutator mouse.59 There is no indication that mtDNA mutations increase mutation rates. So if “vicious cycle mutations” (i.e., mtDNA mutations causing increased mtDNA mutation rate) exist, they should be rare, but if so, then a great majority of extra mutations generated because of the presence of the vicious cycle mutations will be of the nonvicious cycle type, and thus, the ability of the cycle to sustain itself is questionable. The vicious cycle concept that dominated in the field for many years is apparently being put to rest.52,60

In conclusion, the effects of somatic mtDNA mutations are maximal in limited areas such as pigmented neurons of substantia nigra, respiration-deficient zones of muscle fibers and colonic crypts. It is likely that if mtDNA mutations are somehow involved in the aging process, they act through these critical areas, rather than entire tissues or the whole body.

Read full chapter

URL: 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123946256000027

27.1. Критика СТЭ и необходимость ревизии основ современной эволюционной биологии

В последние десятилетия XX века стала ощущаться и накапливаться неудовлетворенность СТЭ в мировом научном сообществе, недовольство жесткостью ее постулатов и безапелляционностью суждений ее сторонников, как бы присвоивших себе, «приватизировавших» особое положение в науке и монополию на выражение научной истины. Недовольство многих ученых вызывало и некорректное отношение к оппонентам, нередко превращавшееся в травлю и подавление любых попыток поиска научной новизны, идущих вразрез с канонами эталонной теории. В первое десятилетие XXI века критика СТЭ с различных позиций продолжала нарастать и вновь, как и в начале XX века, биологический эволюционизм вошел в фазу перманентного кризиса.

Многих эволюционистов не удовлетворяет узость исходной теоретической и экспериментальной базы СТЭ и отталкивает неоправданность ее претензий на объяснение всех эволюционных процессов. Между тем гипотетико-дедуктивное строение СТЭ составляет самую основу ее методологии и позволяет оправдывать ее постулаты под давлением возрастающей критики.

«Синтетическую теорию, – пишет один из ее видных сторонников В. Грант, – можно охарактеризовать как популяционно-генетический подход к микроэволюции и ее распространение на другие эволюционные уровни и другие области биологии. По сути она представляет собой сочетание популяционно-генетического подхода, обеспечивающего теоретическую точность, с подходом натуралистов к изучению природных популяций и видов, приближающих к реальности… Это не специальная теория, которую можно подтвердить или доказать ее ложность, а общая теория, парадигма, способная воспринимать изменения и модификации в широких пределах» (Грант В. Эволюционный процесс. Критический обзор эволюционной теории – М.: Мир, 1991 – 488 с., с. 27).

Особенно усилилась критика СТЭ с созданием теории прерывистого равновесия, получавшей все более широкую поддержку в научных кругах. Один из создателей этой теории С. Гулд обвинил СТЭ не только в градуализме, но и в некритическом адаптационизме и панселекционизме. Отсюда следовал вывод о том, что СТЭ органически неспособна к развитию, а видимость развития сводится к тому, что подыскиваются или даже придумываются все новые формы естественного отбора (См.: Колчинский Э.И. Эрнст Майр и современный эволюционный синтез – М.: Товарищество научн. изданий КМК, 2006 – 149 с., с. 115–116).

Второй основатель теории прерывистого равновесия, соавтор С. Гулда Н. Элдридж занимал по отношению к СТЭ более компромиссную позицию и предпочитал говорить не о бесплодности СТЭ, а о незавершенности осуществленного ею синтеза (Там же, с. 116).

Наиболее резкой критике на различных международных конференциях и конгрессах по биологической теории эволюции подвергала СТЭ научная молодежь, увидевшая в ней препятствие для дальнейшего научного поиска. Молодые исследователи часто обвиняли СТЭ в элиминировании из науки альтернативных теорий, заслуживавших внимания и развития, в том числе и теорий недарвинистских. По их мнению, СТЭ вообще стала препятствием в развитии эволюционной биологии (Там же).

Несогласие с положениями СТЭ особенно часто выражали и многие эмбриологи, указывая на игнорирование со стороны СТЭ эволюционного потенциала эмбриогенеза и онтогенеза (Там же).

Стали переходить на сторону пунктуалистов и подвергать критике СТЭ некоторые из ее горячих приверженцев и защитников. Так, В. Провайн, в 1980 г. совместно с Э. Майром подготовивший монографию по истории формирования СТЭ, внезапно не только отказался от ее поддержки, но и выступил с утверждениями о том, что после 20-х годов XXI века сторонниками СТЭ не было сделано ничего нового и не было никакого нового синтеза (Там же, с. 116–117).

Другие исследователи, оставаясь сторонниками СТЭ, занялись приспособлением ее постулатов к доводам критиков. В их числе был и Э. Майр, потративший в последние годы жизни много энергии, чтобы доказать, что все возражения против СТЭ – всего лишь недоразумения, поскольку на самом деле СТЭ – широкая теория, не зацикленная ни на градуализме, ни на адаптационизме, учитывающая и роль онтогенеза в эволюции и т. д. (Там же, с. 119–120).

Майр утверждал, что новые открытия в области молекулярной биологии только расширили горизонты СТЭ. Критическое замечание М. Уйата о преждевременности синтеза, осуществленного СТЭ в условиях, когда не существовало молекулярной биологии и не было известно о химической природе субстрата наследственности, Майр парировал тем, что в таком случае следовало бы рассматривать как преждевременную и теорию Дарвина, созданную в догенетический период развития биологии (Там же, с. 120–121).

Майр признавал, что СТЭ не является завершенной теорией и считал, что она открыта для дальнейшего развития. Однако для критиков СТЭ было очевидным, что она была «закрытой» теорией и систематически подавляла оппонентов, пока не встретила серьезную альтернативу со стороны теории прерывистого равновесия, после чего ее сторонники и стали искать компромиссы и заявлять об «открытости» СТЭ для принятия рациональных сторон альтернативных концепций.

В России одним из наиболее последовательных и основательных критиков синтетической теории эволюции явился крупнейший российский палеонтолог-эволюционист В. Красилов. В книге «Нерешенные проблемы теории эволюции» он обращал внимание на то, что важнейшие проблемы эволюционного учения так и не нашли в СТЭ сколько-нибудь доказательного решения.

Не вполне очевидны в решении этих проблем преимущества СТЭ перед классическим дарвинизмом. Даже давняя проблема «растворения» полезных изменений и эволюционно значимых новообразований при скрещивании с неизменными особями (так называемый «кошмар Дженкина»), которая, как считается, отпала после открытия дискретности наследственных изменений, на самом деле лишь предстала в новом виде, переросла в проблему фиксации новых мутаций.

Для снятия этой проблемы в СТЭ пришлось привлечь так называемый дрейф генов, т. е. фактор случайного возникновения новых свойств и их утверждения в процессе распространения в популяциях (Красилов В.А. Нерешенные проблемы теории эволюции – Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986 – 140 с., с. 26–27).

СТЭ заменила представление классического дарвинизма об условно случайном характере наследственных изменений («убежище невежества» по Дарвину) постулатами об истинно случайном характере мутаций, постоянной скорости мутирования и постепенном возникновении больших изменений посредством суммирования мелких.

Все эти постулаты, напоминает Красилов, не было возможности проверить в период создания СТЭ. Случайность возникновения мутаций считается подтвержденной на молекулярном уровне. Однако есть основания утверждать пространственно-временную неопределенность лишь единичного мутационного акта. Подобно тому, как в квантовой механике пространственно-временную неопределенность микрочастиц нельзя экстраполировать на уровень макротел, неопределенность ошибок копирования микроскопических структур ДНК не может быть априорно распространена на уровень фенотипических свойств, подлежащих естественному отбору. В массе случаев поток мутаций может зависеть от жизнедеятельности организма.

Постулат о постоянной скорости мутирования не подтверждается развитием генетики. Открытие транспозонов привело к изменению самого понимания мутаций, показало, что мутагенез протекает с различными скоростями.

Постулат о макроэволюции как суммировании мельчайших мутационных шагов под действием отбора построен на чисто умозрительных умозаключениях и сталкивается с целым рядом затруднений. Вероятность своевременного появлениям «нужных» для адаптивного изменения мутаций ничтожно мала именно вследствие их случайности и непредсказуемости. Представление же о том, что все «нужные» мутации уже содержались в пуле гетерозиготного состояния приводит к своеобразной форме преформизма.

Постулировав абсолютно случайный характер возникновения эволюционных новшеств посредством мутаций и рекомбинаций генетических структур, создатели СТЭ вынуждены были, в отличие от классического дарвинизма, свести все многообразие направляющих факторов эволюции к естественному отбору.

Критикуя СТЭ, Л. Красилов в то же время отвергает антидарвинистскую критику теории отбора, характеризует ее как антологию элементарных логических ошибок (Там же, с. 29). Но сведение движущих сил эволюции к отбору сужает само понимание эволюции и приводит к возведению отбора в ранг некоего метафизического принципа, что противоречит основам дарвинизма и характеризуется Л. Красиловым как псевдодарвинизм (Там же, с. 28).

Соответственно далекой от сколько-нибудь удовлетворительного решения остается и проблема соотношения микро– и макроэволюции. В СТЭ эта проблема полагается исчерпанной на основе представления «о макроэволюции как суммировании мельчайших мутационных шагов под действием отбора» (Там же, с. 26). Но вопрос о том, можно ли путем постепенных сдвигов нормы получить что-либо существенно новое, остается открытым, так как отсутствуют возможности проверки положительного или отрицательного ответа на него (Там же, с. 29).

В. Красилов отмечает, что методологическая база СТЭ построена по образцу наук о неживой природе, и прежде всего физики. Это обусловливает редукционистский тип мышления, который заставляет «видеть в массивном вторжении физико-химических методов революцию в биологии, ее превращение в подлинно экспериментальную науку» (Там же, с. 30). Но такое превращение в экспериментальную науку не только приводит к угасанию классической биологии, но и имеет мало общего с биологией как наукой. Потребность в таком превращении и несостоятельность выводов, исходящих из такой потребности, проявилась в экспериментах А. Вейсмана, «который калечил мышей, чтобы опровергнуть наследование приобретенных признаков и дарвиновский пангенез» (Там же, с. 32).

Редукционизм синтетической теории эволюции, возникший в погоне за экспериментальным обоснованием знаний об эволюционных процессах, приводит, по существу, к редукции из биологической теории эволюции самых основ биологической науки, выражается в сведении жизненных процессов к взаимодействиям физико-химических структур.

«Достаточно заметить, – подчеркивает В. Красилов, – что в СТЭ с ее «популяционным мышлением» редукции подвергся в первую очередь организм (отсюда невнимание к индивидуальной истории, к идейному комплексу, возникшему на базе биогенетического закона Геккеля, отбрасывание «описательных» дисциплин, посвященных собственно организму). Поскольку организм был и остается центральным объектом биологии, его редукция равносильна самоустранению этой науки. Еще одно «достижение» редукционизма – принятие хаотического мутирования в качестве субстрата эволюционного развития. На этом исходном уровне нет ни системности, ни причинности, ни истории, ни, следовательно, эволюционных объяснений – эволюционизм здесь капитулирует» (Там же, с. 31).

Исходя из понимания тупика, в которую заводит эволюционную теорию геноцентрический тип мышления, В. Красилов констатирует истощение проводимой СТЭ исследовательской программы (Там же). Против редукционистской позиции СТЭ с течением времени среди биологов раздаются все больше протестующих голосов. Они раздавались и в прошлом, но тонули в общем хоре голосов, выражающих поддержку и одобрение.

«СТЭ принадлежит к числу сверхсильных парадигм, – отмечает В. Красилов, – которые столь успешно подавляют конкурирующие теории, что продолжают удерживать свои позиции, несмотря на очевидный застой в направляемых ими исследованиях. Сам факт длительного господства создает впечатление фундаментальности, надежности, успеха, усиливается достижениями (например, в области биохимии, которые по существу не связаны с СТЭ, но автоматически попадают под ее знамена)» (Там же, с. 32).

Между тем главное значение научной парадигмы заключается в научно-исследовательской программе, которая из нее вытекает и которая направляет дальнейший ход научных исследований. Когда такая программа иссякает, возникает потребность в новой программе, и, соответственно, в новой парадигме.

На «таинственное исчезновение» организма из поля зрения биологической теории эволюции, рекламируемое в СТЭ как преодоление вредного организмоцентризма, указывают и российские биологи-эволюционисты А. Горбань и Р. Хлебопрос.

«Из поля зрения, – сетуют они, – исчезает организм. Генотип при размножении порождает новые генотипы – такое крайне идеализированное представление лежит в основе. Все, кроме генотипов составляет «условия» размножения и выживания их носителей (в том числе и отбор). В этом смысле вроде бы все учтено, но остается неудовлетворенность – не выделено отдельного места для классического объекта биологии – организма. «Курица – это всего лишь способ, которым одно яйцо производит другое» – этот афоризм из научного фольклора иллюстрирует ситуацию» (Горбань А.Н., Хлебопрос Р.Г. Демон Дарвина. Идея оптимальности и естественный отбор – М.: Наука, 1988 – 208 с., с. 64).

Те же авторы обращают внимание на то, что в синтетической теории эволюции вследствие отсутствия в ее динамических моделях организма как сложного целого не нашлось места и для синтеза физиологии и генетики, что обусловило непреодолимый разрыв между двумя уровнями биологического исследования и предопределило принципиальную неполноту эволюционного синтеза (Там же).

Генотип «неживой», его не видно, он – абстракция, выводимая из изучения фрагментов генетических структур. Живут же организмы, а не отдельные генотипы. Динамику эволюционных изменений в СТЭ связывают с результатом отбора генетического состава популяций, фиксируют результаты изменений на каком-то абстрактном табло, даже не пытаясь связать его с живым объектом биологии. Для создания видимости такой связи вводится тезис о действии отбора не фенотипы, но фенотипы в этом тезисе остаются лишь чистой абстракцией, промежуточным звеном, через которое отбираются генотипы. (Там же).

В результате переноса центра тяжести эволюционных исследований на генотипы и динамику генотипического состава популяций отбор отрывается от других факторов эволюции и предстает действующим агентом, своеобразным субъектом, вступающим в субъект-объектные отношения с фенотипами и создающим конечный продукт – отобранные генотипы. Но успех особи в выживании и оставлении потомства не ограничивается ее генами, зависит не только от ее генотипа, но и от того, что эта особь собой в действительности представляет (Там же, с. 65).

Серьезная и убедительная критика СТЭ с антигеноцентрических позиций содержится в книге российского биолога из Дагестана Н. Кушиева (Кушиев Н.К. Обобщенная теоретико-методологическая концепция о живой природе – Махачкала: Дагестан. кн. изд-во, 1991 – 184 с.).

Несколько странное и претенциозное название этой книги не должно нас смущать, ибо она включает множество действительно ценных теоретико-методологических обобщений.

Автор называет неэволюционным подход, при котором фенотип рассматривается лишь как проявление генотипа. Такая односторонняя связь между ними далеко не универсальна и не отражает всего комплекса жизненных процессов. Истинно эволюционный подход не может и не должен исходить из принципа первичности ДНК (гена), поскольку само возникновение триплетных структур ДНК и генов, несущих наследственную информацию, могло происходить только в живой материи.

«Все подсистемы организма, – пишет Н. Купшев, – в том числе и геном, и система хранения и передачи наследственной информации в целом, находится в функциональной зависимости от происходящего на системном уровне и возникли по сути дела только для того, чтобы выполнять конкретную, заданную извне со стороны целого роль» (Там же, с. 150).

Функционирование организма как целостного образования, необходимого для жизни, предполагает функциональную соподчиненность этому целому всех подсистем, необходимых для нормальной жизнедеятельности организм, в том числе и генетической. Рассмотрение гена, генотипа, генома и системы хранения и передачи наследственной информации не как сущности жизни и первоисточника эволюционных изменений, а как органов, выполняющих обычную, рядовую функцию, позволяет выработать ясный и чрезвычайно важный теоретико-методологический ориентир для адекватного объяснения эволюционных процессов (Там же, с. 157).

Ген – не сущность, а функция. Функциональную природу гена вряд ли можно поставить под сомнение. Но от нее абстрагируются при объяснении эволюции. Синтетическая теория эволюции позиционирует себя как универсальный эволюционный синтез, но построена она, исходя из генетики, и притом на основе так называемой «классической» генетики, выводы которой уже не соответствуют современному уровню знаний.

Вершиной «классической» генетики (созданной в неклассической период развития науки в XX веке) явилось открытие Уотсоном и Криком в 1953 г. двуспиральной структуры молекул ДНК. На основе этого крупнейшего научного открытия Ф. Криком была сформулирована «центральная догма» молекулярной генетики, которой «был подтвержден лишь принцип первичности содержащейся в генах информации – о возможности ее движения лишь в одну сторону, от генов к белкам» (Там же, с. 150).

В дальнейшем, однако, развитие генетики показало ограниченность представлений о «первичности» генетической информации в эволюционных процессах. Первой «ласточкой» в этом отношении явилось открытие обратной транскрипции, показавшее самую возможность обратного хода информации от РНК и ДНК. И хотя в самом этом факте еще не было оснований для выводов о влиянии на генетическую информацию жизненных процессов организма, даже само сомнение в незыблемости «центральной догмы» побудило исследователей попытаться пересмотреть некоторые интерпретации ранее уже известных данных.

По мнению автора, целый ряд обнаруженных современной генетикой процессов могут быть интерпретированы с точки зрения направленного изменения содержащейся в генах информации. Все эти процессы, как считает Кушиев, «позволяют говорить с достаточной долей уверенности о существовании обратной связи между фенотипом и генотипом, и уже не под творческим воздействием естественного отбора, а прямо от фенотипа» (Там же, с. 151).

К их числу этот исследователь относит прежде всего ранее известные генетические феномены, о природе которых никто по-настоящему не задумывался, поскольку они были просто приняты к сведению и не были замечены их противоречия с обычной трактовкой, принятой в СТЭ. Механизмы репарации мутаций, весь комплекс рекомбинаций, включая кроссинговер, транслокации и дупликации генов следует, по предположению Кушиева, отнести к процессам, активно направляющим наследственную изменчивость (Там же).

Но особенно красноречиво свидетельствуют о направленности этой изменчивости механизмы, открытые в последние десятилетия XX века. Одним из таких механизмов является действие мобильных генов.

«Открытие подвижных элементов, – полагает Н. Кушиев, – способных, встраиваясь в тот или иной участок хромосомы, блокировать или вызывать активность генов, порождать направленно (не нужными организму?) мутации, позволило сделать следующий вывод: кажущийся водораздел между механизмами возникновения новой информации и механизмами управления ею оказался в действительности весьма условным» (Там же, с. 153).

Важный механизм управления информационными потоками системой целостного организма был открыт в 1977 г. и получил название сплайсинга. Этот механизм заключается в вырезании из РНК лишних, не несущих полезной информации участков специальными ферментами, а затем в сшивании несущих информацию полинуклеотидных цепочек.

По убеждению Кушиева, «сплайсинг прямо говорит о существовании внешних (по отношению к геному) факторов, управляющих «первичной» информацией, которая содержится, или, вернее, записана в генах» (Там же, с. 153).

Исходная информация о производстве белковых компонентов клетки лишь записана в химических структурах полимерных молекул ДНК, управляет же ею посредством сплайсинга и других механизмов ферментативной активности система организма в целом.

На этом основании автор отрицает чисто химическую природу структур ДНК. Триплетная структура гена и двуспиральная структура ДНК – не первичная ее химическая форма, а результат ее биологической организации, результат того преобразования, которое химические структуры испытывали в живых системах.

Гены – не что иное, как функциональные элементы живых организмов, и их сущность, как и сущность любых элементов живой организации, сводится к выполняемой ими функции. И появились эти элементы в живой материи не как основа жизни, не как онтологически первичное начало, а на основе эволюции клеточной организации, исходя из конкретных потребностей в них клеточных структур, ассимилировавших в своем строении подходящие химические образования. И произошло это на определенном этапе самоорганизации клеток (Там же, с. 155).

Н. Кушиев очень верно вскрывает одну из фундаментальных гносеологических причин безраздельного господства геноцентрических подходов в генетике и теории эволюции. «К настоящему времени, – отмечает он, – функционирование гена как биохимической системы изучено достаточно хорошо, что же касается его биологической организации, проявления как функциональной единицы организма, то в этом отношении наука сделала лишь первые шаги» (Там же). К тому же «шаги» эти не получили пока ни общебиологического, ни методологического осмысления, без чего не может развернуться фронт исследований в данном новом направлении» (Там же).

Н. Кушиев предлагает различать два класса происходящих в генах процессов, т. е. два типа естественности функционирования генетических структур. Он настаивает на двойственности самой природы этих структур, взаимодействии в них биологической (живой) и биохимической (физико-химической) природы. Все формы регуляции процессов функционирования генетических структур происходят на биологической уровне организации генома, имеют биологическую природу и осуществляются в соответствии с биологической формой движения.

Они действуют в соответствии с потребностями развития живого организма и регулируются ферментами, несущими сигналы об этих потребностях. Эти сигналы, как и сами структуры ДНК, содержат информацию, необходимую для работы генов. К механизмам регуляции генетических процессов со стороны целостного организма автор относит репарацию мутационных повреждений, движение мобильных генов и вырезание непригодной информации посредством сплайсинга. Возможно, существуют и другие регулятивные механизмы, которые еще не открыты и на обнаружение которых следует направить исследовательский поиск.

Что же касается случайных и ненаправленных мутационных процессов, то они не имеют биологической природы и не являются естественными для общего функционирования живого организма. Они привносятся в организм со стороны неживой, физико-химической природы генетических структур и нарушают их правильную работу по использованию информации. Они представляют собой информационный шум, неизбежный в любых технических системах кодирования и передачи информации в сетях связи.

Конечно, мутационные изменения характерны для любых генетических систем и накладывают определенный отпечаток на их работу. Автор признает, что, несмотря на вредность и опасность огромного большинства подобных изменений для жизнедеятельности, они могут создавать материал и для эволюционных изменений. Но то, что происходящие на добиологическом уровне случайные изменения являются основным источником для действия отбора и, соответственно, для эволюции, как это предполагается в СТЭ, вызывает вполне естественные сомнения (Там же, с. 158).

И оснований для таких сомнений накопилось в науке достаточно. Их становится все больше с каждым новым шагом в развитии современной генетики и биологической теории в целом. Предлагаемая СТЭ схема эволюции охватывает лишь тот класс процессов, которые протекают на молекулярно-биохимическом уровне и имеют небиологическую природу. Биологическая природа генов оказывается непричастной к биологической эволюции как таковой.

По мнению Н. Кушиева, накопленные наукой данные однозначно говорят о недостаточности одних лишь случайных мутаций и их распределения в рекомбинациях для отбора на их основе нужного количества направленных изменений и формирования новых органов.

Основная схема эволюции, предлагаемая СТЭ, состоит их трех подразделений: «мутации (рекомбинации) – отбор – эволюция». Главными особенностями такой схемы являются признание первичности идущей от генов информации, одностороннего следования информационных процессов и пассивности фенотипа как объекта эволюции. Данные молекулярной генетики вполне подтверждают подобную схему, так что она выглядит неоспоримой с эмпирической точки зрения и обеспечивает устойчивость СТЭ по отношению к критике сторонников альтернативных подходов.

Но такая схема именно схематична и неуниверсальна, она отражает лишь один класс, одну форму взаимосвязей между генотипом и фенотипом, охватывает лишь ту часть комплекса происходящих в ходе эволюции процессов, которая обеспечивает чисто техническую сторону удовлетворения потребностей организмов в необходимых для жизни белках.

«Синтетическая теория эволюции, – констатирует Н. Кушиев, базируется полностью на представлениях классической генетики об одностороннем движении информации от генов к белкам. Теперь, когда стала очевидной односторонность данных представлений, отпадают и сомнения в отношении необходимости дальнейшего развития теории эволюции» (Там же, с. 159).

Фактически автор подводит свои рассуждения к пониманию необходимости создания теории нового пангенеза, о которой сегодня прямо говорят специалисты, требующие решительного реформирования СТЭ. Движение информации от белков к генам через межклеточные коммуникации предполагает информационную, а не вещественную природу пангенеза. Конечно, в рамках знаний нашего времени, как и во времена Дарвина, пангенез педставляет собой лишь гипотезу, но гипотезу, открывающую перспективы дальнейших исследований. Познание информационной природы частичной проницаемости барьера Вейсмана продвинуло бы теорию эволюции гораздо дальше, чем прямое следование центральной догме молекулярной генетики. Догмы в науке для того и создаются, чтобы их преодолевать дальнейшим ходом познания, чуждого догматизму в любых его формах, даже сугубо научных.

О. Барг видит основной недостаток СТЭ в отсутствии в ней представлений о механизме эволюции жизни, обеспечивающем ее поступательный и направленный прогресс. По мнению Барга СТЭ, будучи лидером современной эволюционной биологии, выявила «ряд фундаментальных и частных факторов и законов, без которых эволюционный прогресс был бы вообще необъясним». К ним относятся «закон естественного отбора, стохастический характер и разные формы отбора, закон необратимости эволюции, динамика популяции как эволюционной единицы, пусковые механизмы эволюции и многое другое» (Барг О.А. Живое в едином мировом процессе – Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1993 – 227 с., с. 175).

Вместе с тем «невозможность обойтись без них в объяснении прогресса порождает иногда впечатление об их достаточности для его объяснения», становится «основанием точки зрения, что в биологии не должно быть концепции направленного прогресса» (Там же).

Таким основанием, по Баргу, выступают прежде всего «спорные философские положения, препятствующие тому, чтобы принять идею единого закономерного мирового процесса в качестве ориентира в дальнейшем развитии эволюционной теории и правильно оценить фактическое и концептуальное содержание современной биологии» (Там же).

Барг, таким образом, связывает правильное понимание закономерностей биологического прогресса с мировоззрением универсального эволюционизма, он отстаивает «право философа участвовать в решении крупных конкретно-научных проблем как онтологической, а не только гносеологической предпосылки» (Там же, с. 174) и протестует против отождествления такой мировоззренческой ориентации с телеологией и финалистической точкой зрения. Он категорически не согласен с тем, что «случайности фактически отводится роль фактора, который определяет в конечном счете направленность и содержание эволюции» (Там же, с. 176).

При такой трактовке «случайность не дана в эволюции вместе с необходимостью, а предшествует ей», «естественный отбор кажется слепой силой, действия которой вообще не предсказуемы» (Там же, с. 177). Такая случайность и «слепота» плохо стыкуется с признанием творческого характера отбора как единственного направляющего фактора эволюции. Сама эволюция «оказывается цепью ни в чем не повторяющихся событий и ситуаций» (Там же, с. 183).

К сожалению, О. Барг очень недалеко ушел от своего почти однофамильца создателя номогенеза Льва Берга в представлениях о закономерностях эволюционного процесса. Он считает, что биологическая эволюция «приспособительна и прогрессивна, поскольку того требует физико-химическая основа жизни» (Там же, с. 186). Он выводит прогресс живого «из самоограничения ковариантной редупликации» (Там же, с. 174), видя в этом надуманном геноцентрическом представлении возможную основу нового эволюционного синтеза.

Универсальный эволюционизм О. Барг сводит к столь же надуманной и натурфилософской концепции «единого мирового процесса», согласно которой прогресс есть естественное состояние нашей Вселенной как единой системы, а эволюция – «это рост разнообразия форм материальной организации, вводимого в определенные рамки и ограничиваемого тенденцией к их единству и кооперативности» (Там же, с. 219).

В конечном счете получается объяснение, которое ничего не объясняет и сводится к простой тавтологии: живое прогрессирует потому, что прогресс заложен в природе жизни.

Прогресс не вытекает прямолинейно из сущности материи, не является ее атрибутом и прямым следствием единого мирового процесса. Материи свойствен как прогресс, так и регресс. Вытекая из определенной направленности хода эволюции, прогресс возникает на базе определенного строения конкурирующих между собой мобилизационных структур, которые, генерируя определенный порядок и побуждая движимые ими материальные образования к эволюционной работе, приводят к складыванию определенной тенденции к прогрессу организации. Прогресс относителен, эволюция же абсолютна.

Однако неспособность выявить глубинные механизмы эволюции, обусловливающие необходимость прогресса жизни, объяснение прогресса накоплением случайностей вряд ли можно считать реальной альтернативой телеологизму, финализму и, по выражению Дарвина, «этому дурацкому ламарковскому стремлению природы к совершенству». Это не альтернатива, а скорее крайность, противопоставленная другим крайностям.

«Крупнейший синтез биологии XX века, исторически трудно складывавшийся – современная синтетическая теория эволюции (в основном микроэволюции), – считает российский биолог Н. Печуркин, – также не дает строгого определения «прогресса» в направлении эволюции… Абсолютизация случайности плохо увязывается с очевидностью прогрессивного развития жизни от пробионта до высшего растения или животного, включая человека» (Печуркин Н.С. Энергия и жизнь – Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1988 – 190 с., с. 5, 166).

Большинство сторонников СТЭ видит абсолютизацию случайности и отсутствие обоснованных представлений о механизме и источниках исторической необходимости прогрессивной составляющей эволюционных процессов только в сальтационистских теориях, с которыми они полемизируют, не замечая такой абсолютизации в самой СТЭ, пытаясь построить такую необходимость на отборе и отрывая его тем самым от внутренних побудительных мотивов эволюционных преобразований.

Л. Давиташвили видит основной недостаток СТЭ в игнорировании явлений массовой направленной изменчивости организмов и форм их строения под действием факторов среды, о чем в натуралистической биологии накоплено колоссальное количество фактов. «Эти факты, – считает Давиташвили, – тем более важны для эволюционного учения, что без признания такой направленной однозначной изменчивости одновременно более или менее значительного числа особей данного вида трудно надеяться объяснить видообразование путем естественного отбора» (Давиташвили Л.Ш. Эволюционное учение, т.1. – Тбилиси: Мецнпереба, 1977 – 477 с., с. 13–14).

Давиташвили называет представителей СТЭ постнеодарвинистами, поскольку, по его мнению, они в своих теоретических построениях слишком далеко ушли от главных достижений классического дарвинизма. Он признает, что постнеодарвинисты сделали, конечно, немало для освещения проблем биологической эволюции, но отказывается признать СТЭ полноценным эволюционным учением, базирующимся на современном уровне достижений биологической науки (Там же, с. 14).

Давиташвили отмечает, что редукционистские претензии молекулярной биологии на исчерпывающее объяснение эволюционных процессов породили разрыв между биологией молекулярной и биологией организмальной. Эти чрезмерные претензии многих теоретикой, базирующихся на данных молекулярной биологии и генетики, зашли так далеко, что некоторые поборники таких теорий считают излишними дальнейшие усилия биологов по изучению живых организмов как форм протекания эволюционных процессов и полагают, что все тайны развития живой «природы могут быть открыты молекулярной биологией без всякого участия биологических дисциплин» (Там же, с. 50).

Термин «организмальная биология», применяемый Давиташвили, конечно, не вполне удачен, поскольку натуралистическая биология изучает не только организмы, но и популяции, и виды, и надвидовые таксоны. Давиташвили призывает к взаимно полезному компромиссу между представителями молекулярной и организмальной биологии. Первые должны умерить свои претензии на объяснение эволюционных процессов, а вторые – «прийти в себя от оглушения, в которое их повергли успехи молекулярной биологии» (Там же, с. 51).

Однако эти призывы как раньше, так и теперь, содержат в себе лишь благие пожелания, пока не найдено объединяющее начало между двумя обособившимися отраслями биологического знания. Это объединяющее начало, по нашему убеждению, заключается в исследовании биологической работы целостных организмов и направляющих эту работу мобилизационных структур.

В статье Н. Мещеряковой содержится разносторонняя критика притязаний СТЭ с философско-методологических позиций (Мещерякова Н.А. СТЭ и номогенез: логические возможности и эволюционистские притязания – В сб.: Методология биологии: новые идеи (синергетика, семиотика, коэволюция) – М.: Эдиториал УРСС, 2001 – 264 с., с. 131–150).

Автор статьи отмечает, что СТЭ претендует на статус всеобщей теории эволюции, ее основополагающей парадигмы. Реализуются же эти притязания через редукционизм, сведение источников многообразия живого к физико-химическим процессам, происходящим в молекулах нуклеиновых кислот. Мещерякова подчеркивает, что редукционистская позиция СТЭ является, по существу, философской. Она соответствует критериям научности, выработанным позитивистской методологией науки.

«Обретя СТЭ, – пишет Н. Мещерякова, – биолог решил, что он наконец-то извабился от нестрогих, принципиально нематематизированных «качественных» понятий и определений; он осознал себя причастным к естественнонаучному процессу, идеалы которого вот уже столько столетий задает физика, ощутил завораживающую красоту формул, позволил себе «подержать в руках» эволюционный процесс (пробирка с мушками дрозофилы оказалась для него равной по своей «эволюционной весомости» всем водорослям, динозаврам и обезьянам вместе взятым). Надо ли после этого объяснять, почему СТЭ на многие десятилетия затмила собой все другие эволюционные направления? СТЭ сделала все возможное, чтобы эволюционная теория стала теорией по меркам научности, рожденным в естествознании на основе позитивистской методологии» (Там же, с. 132–133).

С мировоззренческой точки зрения подобная методологическая ориентация напоминает философию древнегреческих атомистов, которые объясняли все качественное многообразие мира комбинациями бескачественных структурных компонентов. По мнению Мещеряковой, СТЭ открыла некоторые аспекты формировании эволюционного материала, но не самой эволюции.

«Этот материал, – замечает она, – можно действительно получить в пробирке, пересчитать все щетинки и полосочки, вычислить распределение частот, построить математические модели популяционных процессов и т. д. И это все очень важно, необходимо и интересно, но вместе с тем (что самое существенное) это есть теоретическое открытие лишь одного эволюционного аспекта, одной эволюционной меры, а не эволюции в целом, эволюции как таковой» (Там же, с. 133).

Неудачу в раскрытии глубинных механизмов эволюции Н. Мещерякова связывает с тем, что в основу теории эволюции положен малопривлекательный эволюционный идеал. Этот идеал связан с представлением о том, что решающие эволюционные события происходят не в целостных организмах, а в генах. Соответственно К. Уорддингтон, критикуя СТЭ, определяет ее идеал как «мешок с яйцами и спермой», а Л. Блюменфельд усматривает в ней стремление свести всю эволюцию бесконечно многообразного мира жизни к приспособлениям, при помощи которых яйцо производит яйцо (Там же, с. 133, 135).

Мещерякова признает, что СТЭ – прекрасная теория, созданная столь же прекрасными учеными. «Но это теория не эволюции, являющейся процессом формообразования, рождения и становления биологических качеств, а теория рождения материала эволюции, субстрата всех и всяческих эволюционных изменений, самого по себе лишенного качественной определенности, восходящей к многообразию биологических форм… Не зная качества, СТЭ знает только одну форму адаптации – плодовитость и самый отбор для нее есть не более чем дифференциальное размножение. И все это правильно и нужно, но лишь до тех пор, пока правильно определена мера эволюционистских притязаний» (Там же, с. 138).

Накопившаяся «критическая масса» аргументов против неодарвинизма требует самой решительной ревизии его основ.

27.2. Критика СТЭ и эволюция не по Дарвину

Нарастание критики неодарвинистской модели СТЭ в современной эволюционной биологии с самых различных позиций связано со становлением определённого плюрализма теоретических моделей и подходов, многие из которых противопоставлены не только неодарвинизму, но и дарвинизму в целом, а их создатели позиционируют себя в качестве сторонников недарвиновских теорий эволюции. Нередко в этих условиях попытки нахождения объяснений ряда эволюционных процессов не по Дарвину перерастают в радикальный антидарвинизм. Между тем история дарвинизма за более чем 150 лет его существования со всей ясностью показывает, что многочисленные попытки его опровержения были полезны науке только тем, что помогали его развитию и совершенствованию как наиболее доказательной и универсальной теории биологической эволюции.

В России наиболее обстоятельный и систематический обзор недарвинистских моделей эволюции с позиций своеобразного познавательного плюрализма выполнил В.Назаров (Назаров В.И. Эволюция не по Дарвину: Смена эволюционной модели – М.: Изд-во ЛКИ, 2007 – 520с.). Его капитальная книга, содержащая острую критику основ СТЭ, посвящена в первую очередь анализу достоинств и недостатков многообразных попыток моделирования эволюции «не по Дарвину», которые обозначают, как он полагает, смену эволюционной модели в биологии.

В.Назаров последовательно рассматривает содержание сальтационистских моделей, теории нейтральности, теории прерывистого равновесия, концепций, связанных с горизонтальным переносом генов, неоламаркистских сценариев эволюции и т. д. Во всех этих теоретических построениях имеются расхождения не только с СТЭ, но и с представлениями классического дарвинизма. Эти расхождения имеют совершенно различный характер и различаются по степени. Все они в различной степени критикуют теорию отбора, выражают сомнения в эффективности отбора как фактора эволюции, но не могут обойтись без отбора для обоснования собственных взглядов на эволюцию.

Все конкурирующие с СТЭ теоретические модели, кроме ламаркистских, строятся на основе принятия ещё более радикальных геноцентрических объяснений эволюционных процессов, то есть на ещё более полном игнорировании эволюционной работы, чем справедливо критикуемая ими неодарвинистская модель. В результате в эволюционной биологии сложилась парадоксальная ситуация. Положения классического дарвинизма защищают в основном сторонники неодарвинизма, которые придерживаются постулатов постепенно все более устаревающей СТЭ. Критика же со стороны их оппонентов убедительно вскрывает те искажения классического дарвинизма, которые неодарвинисты допустили при создании СТЭ.

Если исходить из поверхностного представления о ситуации, сложившейся в эволюционной биологии, можно прийти к выводу, что дарвинизм устарел двояко – и в качестве современного неодарвинизма, и в качестве классического дарвинизма. Отсюда и берёт начало представление об устарелости дарвинизма, которое по своей сути является чисто мифологическим представлением, мифом, отражающим лишь кризисное состояние современной эволюционной биологии.

Модернизация дарвинизма, проведенная СТЭ в определённый период развития науки, в XX веке была полезной, но в целом неудовлетворительной. На эту неудовлетворительность фактически и указывают её критики, в том числе и В.Назаров.

Прежде всего, Назаров, как и многие другие авторы, отмечает узость и ограниченность физикалистской, редукционистской методологии, положенной в основание СТЭ и не допускающей учёта специфичности биологического знания. Правда, Назаров умалчивает о том, что «недарвиновские» теории страдают этим ещё в большей степени.

Совершенно справедливо В.Назаров критикует застылость и догматизм апологетов СТЭ, нетерпимость большинства из них к критике и восприятию новых идей и открытий. «Особенно острый дефицит критической рефлексии, – пишет он, – обнаруживается у столпов и апологетов СТЭ. Это видно хотя бы из того, что они обычно апеллируют к попперовскому приёму опровержения не для того, чтобы подвергнуть анализу собственную позицию, как это ещё до Поппера делал Дарвин, а лишь для дискредитации оппонентов… Апологеты СТЭ чужды самокритике и при этом продолжают удерживать позиции в научно-образовательной сфере» (Там же, с.86).

Последнее, однако, связано не только с недостатком критического мышления у сторонников СТЭ, но и со слабостью аргументации их оппонентов, создающих «недарвиновские» модели эволюции, опираясь на весьма шаткие основания при редукционистских и геноцентрических объяснениях крупных эволюционных изменений. Они ищут оснований для своих далеко идущих выводов в новейших открытиях молекулярной генетики, что, безусловно, даёт им определённое преимущество перед СТЭ, застывшей на былых достижениях популяционной генетики.

Но использования ими новейших открытий недостаточно для обоснования радикальных мутационистских и геноцентрических взглядов на эволюцию, в которых они пошли ещё дальше СТЭ и которые ещё более примитивны с философско-методологической точки зрения.

Недаром Назаров совершенно справедливо отмечает, что «сложившаяся ситуация привела к резкому отставанию философских и методологических оснований современного эволюционизма от его эмпирической базы» и что «фактически они предстают как реликт старой эволюционной парадигмы, разрушенной новыми фактами, но ещё удерживающейся на плаву в силу инерции мышления» (Там же). Но эти слова в равной степени применимы ко всем геноцентристско-мутационистским моделям эволюции и совершенно не относятся к дарвиновскому учению.

Великолепно вскрывает Назаров искажения дарвинизма, принятые за основу в СТЭ и фактически тоже превратившие её в своего рода «недарвиновскую» теорию эволюции. В сущности, дарвиновское учение было принято создателями СТЭ в весьма специфическом варианте на основе сформировавшегося в XX веке геноцентрического и мутационистского способа теоретического мышления. Но очевидна их громадная заслуга в защите и развитии дарвинизма на основе новейших открытий генетики первой половины XX века и вплоть до начала 70-х годов этого века.

Фактически они спасли дарвинизм от радикального мутационизма, господствовавшего в начале XX века и вновь претендующего на господство в начале XXI столетия. Они были действительно великими учеными и сделали совершенно основательные выводы из того уровня знаний, которые имелись в их распоряжении на протяжении их жизни. Не их вина, а их беда, что тот уровень знаний приводил к искажению и примитивизации многих идей классического дарвинизма, вследствие чего они оказались в ряде отношений не впереди, а позади теории Дарвина. На это обстоятельство и указывает В.Назаров.

«По сравнению с теорией Дарвина, – констатирует он, – СТЭ оказалась более узким синтезом. В нем не нашлось места для сравнительной анатомии, эмбриологии, макросистематики, науки о поведении и экологии. Он не проявил интереса к процессам осуществления наследственности в индивидуальном развитии. Зато в СТЭ сочли возможным включить явления преадаптации, генетического дрейфа, ненаследственной изменчивости, чуждые её логической структуре» (Там же, с.86).

Геноцентрическая ориентация СТЭ привела к искажению ряда фундаментальных идей классического дарвинизма.

«Некоторые положения Дарвина, – совершенно правильно утверждает далее В.Назаров, – оказались искажёнными или вообще не получили отражения в новом синтезе. Так, например, в него не вошли организмоцентрические (типологические) аспекты эволюции, случаи формообразования без отбора, представления о соотношении индивидуального и исторического развития и, разумеется, допускавшееся Дарвином наследование приобретённых признаков. Важнейший элемент дарвиновской теории – борьба за существование – оказался поглощённым дифференциальной плодовитостью. Все это преподносилось как освобождение дарвинизма от ошибочных или слабых сторон. Таким образом, характерные для теории Дарвина логическая последовательность и взаимосвязь постулатов в СТЭ были нарушены, и вся теория оказалась лишённой стройности и целостности классического дарвинизма. Они были принесены в жертву намеренному стремлению к формализации и аксиоматизации описания процесса эволюции на основе принятия односторонней генетико-популяционной модели» (Там же, с. 86–87).

Итак, В.Назаров блестяще вскрывает следующие коренные недостатки СТЭ: физикалистский редукционизм, приводящий к отрыву от специфики биологического знания, догматизм, выражающийся в попытках подавления любых альтернативных моделей и неприятии нового, и деформация непреходящих достижений классического дарвинизма.

К ним примыкает застылость на прошлых достижениях популяционной генетики, почти полное игнорирование и исключение из числа ведущих факторов эволюции всех форм активности организмов и т. д. Кроме того, вслед за А.Любищевым В.Назаров отмечает в качестве серьёзных недостатков СТЭ некритическое экстраполирование выводов, справедливых на уровне наследственной изменчивости, на все уровни развития жизни, ограничение ведущих факторов эволюции только отбором, игнорирование огромной массы «неудобных» фактов, устранение типологического мышления и связанного с ним целого комплекса проблем и дисциплин (Там же, с. 87–88).

Как показывает В.Назаров, создатели СТЭ сами столкнулись с её недостаточностью для объяснения эволюционных процессов. В 1957 г. Дж. Холдейн выдвинул так называемую дилемму Холдейна, доказав при помощи расчетов, что в популяции не может заменяться более 12 генов аллелями, несущими селективные преимущества, поскольку в противном случае такая популяция полностью утратит репродуктивную способность.

А поскольку у каждой особи тысячи аллелей, для возникновения генетических различий между популяциями понадобилось бы столь огромное время, что оно несравнимо с тем, что наблюдается в природе (Там же, с.91). К тому же если бы эволюционные преобразования происходили так медленно, любая популяция успела бы вымереть раньше, чем произошло бы её преобразование в новый вид предлагаемым СТЭ путём.

В 1963 г. Э.Майр назвал рассмотрение популяции по аналогии с мешком с разноцветными бобами упрощённым теоретизированием, приводящим к ложным представлениям. В 1982 г. он выступил против сведения макроэволюции к изменению генных частот и отметил, что популяционная генетика, настаивающая именно на таком пути эволюционных преобразований, внесла лишь незначительный вклад в решение проблем макроэволюции (Там же).

Во второй половине 70-х годов XX века с резкой критикой основ СТЭ выступил ученик Ф.Добжанского видный американский генетик Ричард Левонтин. В своей книге «Генетические основы эволюции» он показал несостоятельность именно генетических оснований СТЭ. Популяционная генетика, на которую опирается СТЭ, как отмечает Левонтин, оперирует упрощёнными моделями, которые предполагают мутационные изменения отдельных локусов отдельных хромосом.

На этой шаткой генетической базе СТЭ выстраивает модель микроэволюции и далеко идущие выводы о её «перетекании» в макроэволюцию. Между тем все локусы одной хромосомы тесно связаны между собой, а хромосомы интегрированы в целостном генотипе. Поэтому объектом исследования популяционной генетики должен был бы стать генотип как целостная генетическая система.

Отбор генотипов происходит через фенотипы особей, конкретных организмов, и отдельные локусы хромосом изолированно отбираться не могут. Но исследование генотипов является слишком трудной задачей ввиду их чрезвычайной сложности. Вследствие этого рушится всё здание СТЭ, выстроенное на фундаменте популяционной генетики (Там же, с.93. См. также: Левонтин Р. Генетические основы эволюции – М.: Мир, 1978).

Безграничной самонадеянности геноцентрически мыслящих теоретиков эволюции Левонтин противопоставляет генетически обоснованный тезис: «мы буквально ничего не знаем о тех генетических изменениях, которые происходят при формировании видов». Но мы этого никогда и не узнаем, если будем и дальше запрягать телегу впереди лошади и воображать, будто генетические изменения формируют эволюцию организмов, а не эволюция организмов формирует генетические изменения.

В.Назаров отмечает, что «СТЭ неспособна дать объяснение того, как происходит закрепление (наследственная фиксация) длительных модификаций» (Там же, с.100). А это ведь едва ли не главный, по нашему мнению, вопрос теории эволюции. Более того, СТЭ не только неспособна дать научно обоснованный ответ на этот судьбоносный вопрос, она и не пытается это делать.

В.Назаров приводит по этому поводу весьма важное высказывание выдающегося французского зоолога Пьера-Поля Грассе, который считал, что СТЭ не охватывает самые существенные стороны эволюции, связанные с приобретением эволюционных новшеств. Такие новшества, согласно Грассе, зависят от передачи информации и создания новых генов, а не от мутаций, производящих исключительно одни аллели (Там же).

Дав столь обширную и разностороннюю критику слабостей и догматических представлений СТЭ, В.Назаров в итоге приходит, к сожалению, к совершенно неверному выводу. «Вывод очевиден, – утверждает он, – отбор является не мотором, а тормозом эволюции» (Там же, с.101).

Отбор может ускорять и замедлять эволюцию, может жёстко стабилизировать её. Но во всех этих случаях он является мотором, приводимым в действие эволюционной работой. И когда кажется, что он тормозит эволюцию, он тоже действует как мотор, только в обратном направлении. Происходит это потому, что отбор и эволюционная работа мобилизационных структур суть не какие-то частные детали или колёсики и винтики эволюционных механизмов. Они суть неотъемлемые свойства эволюции, её атрибуты.

Они двигают эволюцию в том или ином направлении, могут замедлять её или поворачивать вспять, создавать видимость её полной остановки. Но эволюция не прекращается нигде и не останавливается ни на миг, поскольку она всеобща, универсальна, объемлет Вселенную, и всё во Вселенной есть произведения эволюции, возникшие посредством эволюционной работы и отбора.

Ядром дарвинизма была и остаётся теория отбора. Неодарвинисты ограничили эту теорию отбором генетически предопределённых вариаций. В свою очередь антидарвинисты требуют доказательств эффективности отбора, а неодарвинисты в ответ предлагают доказательства, которые доказывают лишь преимущественное истребление менее защищённых, то есть генетически менее удачливых особей. Но пусть укажут, в какой сфере действительности отбор не является фундаментальным условием эволюции, её постоянно действующим фактором и источником направленных и скоординированных со средой изменений.

В необъятном космосе, в человеческой экономике, политике, культуре, образовании, науке отбор способствует выживанию наиболее приспособленных к сложившейся в данный момент среде, а это значит – наиболее мобилизованных и выполняющих при данных условиях наиболее эффективную эволюционную работу.

Ни в огромной Вселенной, ни на крохотной, но такой разнообразной и продвинутой в эволюции планете Земля нет и никогда не бывало эволюции без отбора. Отказаться от теории отбора – значит, признать мифологические, чудотворные источники эволюции вне зависимости от того, представляются ли эти источники в виде фантастически сбалансированных мутаций или в виде проявлений воли сверхъестественных существ.

Критика синтетической теории эволюции вполне убедительна, когда она выступает как критика геноцентризма и мутационизма, а не как критика дарвинизма ради демонстрации эфемерных преимуществ ещё более геноцентрических и случайностных гипотетических моделей.

В этом отношении весьма впечатляюща перемена позиции замечательного российского биолога Б.Медникова, убеждённого дарвиниста, который ранее был горячим защитником постулатов СТЭ, а в 1987 г. признал, что видообразование невозможно свести к постепенному вытеснению одних аллелей другими как в результате отбора, так и в результате случайного генетического дрейфа (Там же, с.95).

Мы пользуемся информацией из книги В.Назарова не для того, чтобы пересказывать её содержание, а потому, что в ней в наиболее сконцентрированном виде пересказаны наиболее важные идеи критиков СТЭ и сторонников «недарвиновских» концепций эволюции.

В.Назаров рассматривает СТЭ как устаревшую теорию, базировавшуюся на достижениях «классической» генетики и не выдержавшую проверки на основе результатов генетики современной. Он напоминает, что XX век часто и вполне справедливо называют веком генетики. Мы же добавим к этому, что «век генетики» следует рассматривать в контексте других наиболее существенных особенностей XX века.

Это был век катаклизмов, век двух мировых войн, по своей ожесточённости и бесчеловечности не имеющих аналогов в человеческой истории. Век тоталитаризма, милитаризма, век бурного развития техники и оттеснения на задний план гуманитарной культуры, век массификации, век угнетения человеческой цивилизацией экологической среды и всего живого на Земле, век раскола человечества на враждующие «лагеря».

И в то же время век крупнейших достижений в науке, технике, производстве, экономической сфере, создавших предпосылки для материального благосостояния больших масс людей. Век массовых коммуникаций, компьютеров, Интернета, который продолжается и сейчас, продолжится в будущем. Неклассическая наука XX века сумела выйти за пределы непосредственных человеческих познавательных способностей, к опосредованному познанию объектов и миров, не отражаемых естественным устройством человеческих органов восприятия. Но при этом она утратила непосредственный контекст с познаваемой реальностью. Всё это оказало влияние и на «век генетики».

«Будучи ровесницей XX столетия, – отмечает В.Назаров, – генетика с самого начала заявила о себе как наука, объясняющая сохранение устойчивости видоспецифичности биологической организации и её строгое воспроизведение из поколения в поколение» (Там же, с.395).

Тем самым генетика ответила на запросы биологии XIX века, которая, как неоднократно отмечал Дарвин, была в полном неведении о законах, управляющих наследственностью, что, соответственно, определяло и ограниченность классического эволюционизма. Более того, «классическая» генетика даже создала видимость достаточно полного знания этих законов.

«Она, – продолжает В.Назаров, – также сумела легко убедить своих современников, что индивидуальное развитие есть не что иное, как процесс осуществления наследственности, содержащейся в генах, а филогенез – результат её изменения между поколениями. Благодаря открытию материальных носителей наследственности описывающие её понятия обрели в сознании биологов значение раз и навсегда данных устоев, по точности мало уступающих математическим. Это относится к менделизму, мутационной теории и хромосомной теории наследственности, составившим фундамент классической генетики» (Там же).

Многое из этих «устоев» заложено и в фундамент современной генетики. Открытие материальных носителей наследственности стало одним из тех эпохальных открытий, которые позволили значительно расширить и углубить научное мировоззрение, стали одним из его мощных и непоколебимых устоев. Однако «классическая» генетика при всех её достижениях была типично «неклассической» наукой XX века, то есть наукой, которая строила свои обобщения на экспериментах с особо сложными объектами.

Сложность взаимосвязей таких объектов не могла быть отслежена наблюдением, а наблюдению посредством естественного способа восприятия были доступны лишь простые, элементарные взаимосвязи, к которым и сводились модели поведения этих объектов. Результатом такого способа познания и явилось «лёгкое» убеждение, или, точнее, упрощённое представление о том, что индивидуальное развитие организмов сводится к прямой и непосредственной реализации генетических программ, содержащихся в ДНК клеточных ядер. Это представление воспроизводит давно опровергнутый наукой преформизм и давно преодолённый в философии механистический фатализм, подобный убеждению в том, что в протопланетной туманности, из которой сформировалась Земля, уже содержалась программа для образования жизни и человечества.

Вполне естественно, что такое представление, укоренившееся в самых основаниях «классической» генетики, не допускало существенного участия в развитии организмов осуществляемой ими в процессах этого развития биологической работы. Признавалась лишь возможность реакции генов на изменение среды в рамках генетически определённых норм реакции.

На этой почве в «классической» генетике и строящейся на ней неклассической теории эволюции господствующее положение занимают геноцентризм и тесно связанный с ним мутационизм. Геноцентризм заключается в представлении о центральном, ведущем, господствующем положении генетических структур в индивидуальном развитии и в исторической эволюции организмов, об их роли первоисточника всех эволюционно значимых изменений организмов.

С открытием мутаций как специфических, весьма эффектных для наблюдателей и наследственно закреплённых в определённом числе поколений генотипов и соответствующих им фенотипов, геноцентризм воплотился в мутационизме – представлении о том, что именно мутации и их комбинирование при оплодотворении половых клеток являются первоисточниками любых эволюционных новшеств.

В начале XX века основоположник мутационизма Гуго де Фриз «опроверг» дарвиновскую теорию отбора, убедив научное сообщество в том, что видообразование не нуждается ни в отборе, ни в борьбе за существование, а виды образуются в краткие периоды широкого распространения мутагенеза путём мгновенных мутационных превращений.

Осознание ошибочности теории де Фриза и других ранних мутационистов привело к реабилитации дарвиновской теории отбора, но уже в мутировавшей форме, в сочетании с последовательным геноцентризмом и мутационизмом, которые воспринимались как реализация мечты Дарвина об открытии законов наследственности. Формирование СТЭ шло по линии популяционной генетики, собственно, это и была популяционная генетика, применённая к другим сферам биологии. Особенно укрепились геноцентризм и мутационизм в генетике и теории эволюции после открытия двойной спирали ДНК.

«После открытия двойной спирали ДНК (1953 г.), – пишет В.Назаров, – мутацию стали трактовать в духе моргановской хромосомной теории: в ней видели изменение в тексте ДНК – в структуре нуклеиновой кислоты в пределах локуса – или в строении хромосом. Мутации стали подразделять на генные (точковые), хромосомные и геномные. Казалось, к этим трем типам мутаций сводится всякое наследственное изменение. Благодаря такому ограничению и стала возможной разработка генетико-популяционной модели эволюции в СТЭ» (Там же).

Геноцентризм и мутационизм получили статус прочно обоснованного многочисленными экспериментами достижения науки о наследственности. Генетика этого периода слилась с геноцентризмом и мутационизмом как своей научно доказанной основой. В свою очередь геноцентрическо-мутационистская основа генетики слилась с такой же основой теории эволюции, они образовали единое и неразрывное целое.

Даже попытки построения альтернативных СТЭ моделей эволюции в своём подавляющем большинстве строились на основе геноцентризма и мутационизма (и продолжают строиться до сих пор). Были и тогда исследователи, которые протестовали против того, чтобы видеть в ошибках и сбоях генетического аппарата, в особенности в индуцируемых мутациях, получаемых в лабораториях, источник эволюционных преобразований.

«Они, – констатирует Назаров, – ясно сознавали или интуитивно чувствовали, что такие мутации не более как поломки ДНК, акты её калечения, только нарушающие нормальное развитие и не создающие ничего нового. Нелепо связывать с ними какие-либо эволюционные перспективы» (Там же, с. 396–397). Однако одинокие голоса таких учёных заглушались хором последователей ортодоксальной теории.

«Вместе с постулатом, что единственным источником эволюции являются мутации, – продолжает В.Назаров, – в СТЭ прочно утверждалось представление об однозначном соответствии мутации и признака, о том, что возникновение нового устойчивого фенотипа является автоматическим следствием проявления мутации. С этих позиций эволюция предстаёт как результат сортировки и накопления естественным отбором серии таковых мутаций» (Там же, с.395).

Однако дальнейшее развитие генетики стало постепенно подрывать идиллические представления о простой и однозначной зависимости фенотипов от генов. «Связь между генотипом и фенотипом, – пишет В.Назаров, – оказалась гораздо сложнее: она опосредована процессами индивидуального развития… Гомологичные гены вызывают у разных видов появление различных фенотипических признаков и, наоборот, сходные признаки могут индуцироваться разными генами, даже находящимися в разных хромосомах. И примеров такого несоответствия накопилось великое множество» (Там же, с.396).

В результате многие генетики стали считать, что любой признак определяется генотипом в целом. Такого же мнения придерживается и В.Назаров. Но это тоже неверно, тоже представляет собой результат геноцентрического представления о развитии. Конкретные признаки организмов определяются в процессе их биологической работы при взаимодействии генотипа и фенотипа. В этом взаимодействии в процессе онтогенеза активная роль шаг за шагом переходит к фенотипу, а роль генотипа сводится к функции поставщика нужных материалов.

С возникновением молекулярной генетики стали очевидными многие недостатки генетики «классической». Однако геноцентрическое упрощение процессов развития сохранилось и здесь.

«Молекулярная генетика, – характеризует её В.Назаров, – осталась верной редукционистской сущности своей предшественницы, заменив классическую формулу «один ген – один фермент». Но и эта обновлённая формула оказалась односторонним упрощением реальной картины. Обнаружились факты несоответствия не только между нуклеотидной последовательностью ДНК и аминокислотной последовательностью белка, но также между первичной структурой последнего и типом его укладки, от которого зависит его функция» (Там же).

На основе этих неоспоримых фактов В.Назаров вслед за многими современными генетиками формулирует следующие столь же бесспорные заключения:

«Власть» главных молекул (ДНК, РНК) видится далеко уже не абсолютной. Оказалось, что с одного и того же сегмента ДНК могут считываться в разных тканях и на разных стадиях онтогенеза разные транскрипты и, соответственно, синтезироваться разные белки. Вот как далека система реально синтезируемых в онтогенезе продуктов от первичной генетической основы. Где уж тут описывать эволюцию с помощью генов, мутаций и их частот!» (Там же).

Развитие знаний о механизмах наследственности уже сейчас подготовило крах геноцентризма и мутационизма и их следствий в теории эволюции. «Эти и многие другие новые открытия, – резюмирует сказанное В.Назаров, – вступали в противоречие с постулатами классической и молекулярной генетики и настоятельно требовали их ревизии. Была нужна новая генетика, в которой все эти новшества заняли бы достойное место. Такая генетика начала складываться всего 20 лет назад как плод усилий многих специалистов из разных стран, и о ней ещё не пишут в учебниках. Но именно эта новая генетика подвела адекватную базу под современное понимание эволюции» (Там же, с.397).

Новая генетика начала складываться во второй половине 80-х годов, но как система знаний о наследственности ещё не сложилась. Был получен лишь целый ряд полезных знаний о мобильных генетических структурах и их роли в наследственных изменениях, о роли генетических структур цитоплазмы, о функциях регуляторных генов и их отличиях от структурных, о функциональных различиях облигатных и факультативных компонентов генотипов и т. д.

Был также сформулирован ряд гипотез о механизмах наследственного усвоения длительно повторяющихся адаптивных модификаций, о «новом пангенезе» и др., которые позволили реабилитировать некоторые элементы ранее, казалось бы, полностью опровергнутых ламаркодарвинистских подходов.

Была наглядно и вполне убедительно продемонстрирована несостоятельность принятых ранее и казавшихся незыблемыми представлений о механизмах наследственности, их крайняя упрощённость и неработоспособность. То, что В.Назаров называет «новой генетикой» является скорее новым знанием о колоссальной сложности генетических процессов, чем новым понимаем генетических механизмов. Мы лучше сейчас знаем и то, чего пока ещё не знаем.

По мере того, как проясняется несостоятельность геноцентрических и мутационистских представлений о своего рода «диктатуре генов» в процессах индивидуального развития организмов, начинает постепенно расшатываться и своеобразная диктатура генетики в биологии и в теории биологической эволюции. Совсем недавно эта «диктатура» казалась незыблемой.

В этом отношении весьма характерна неоднократно высказанная в различных публикациях мысль крупнейшего российского генетика Леонида Корочкина о том, что именно генетика, а не теория эволюции является ядром современной биологии. Корочкин пытался обосновывать это утверждение тем, что генетика даёт наиболее значимые практические результаты.

Сегодня, не умаляя практического и теоретического значения современной генетики, мы можем утверждать как раз обратное: развитие генетики всё больше зависит от развития теории эволюции, которое уже не может опираться на буквальное следование представлениям генетики. По мере преодоления геноцентризма и мутационизма в современной генетике возрастает значение натуралистического базиса теории эволюции. Будущее развитие эволюционной биологии видится уже не в связи с диктатом генетики, а в равноправном сотрудничестве генетики, эмбриологии, палеонтологии, теории стресса, других биологических дисциплин для выработки нового эволюционного синтеза с прямым участием эволюционной философии.

Подобно тому, как в современной эволюционной физике и космологии происходит последовательное преодоление геоцентризма и развитие всё более глубоких форм негеоцентризма, в эволюционной биологии наступает время преодоления геноцентризма и мутационизма, развития негеноцентрических моделей эволюции.

По мере развития генетики, перехода её из первоначального, примитивного состояния в состояние, позволяющее осознать всю сложность и глубину стоящих перед ней проблем, медленно, очень медленно и постепенно приходит и осознание того, что гены играют в эволюции не главенствующую, а подчинённую роль, они закрепляют и передают потомству результаты адаптивных изменений онтогенеза, достигнутые биологической работой и отбором. Гены – не лидеры, а поставщики и маркитанты развития, не авангард, а обоз эволюции.

То, что представляется сейчас многим критикам СТЭ эволюцией «не по Дарвину», есть на самом деле эволюция не по псевдодарвинистскому геноцентризму и мутационизму, исключающим из эволюции главное – развивающую работоспособность организмов.

27.3. Дискуссии в науке и креационистская критика дарвинизма. Дарвинизм как мировоззрение

В начале XXI века, как и в начале века двадцатого, развитие науки столкнулось с серьезным кризисом не только сугубо фактологического, но и мировоззренческого характера. Требуется серьезная переоценка ценностей и глубокое переосмысление основ научно-эволюционного мировоззрения. В начале XX века проявилась устарелость механистического эволюционизма века девятнадцатого. В начале XXI века начинает проявляться устарелость стохастического эволюционизма века двадцатого.

Наличие неортодоксального теоретизирования и плюрализма конкурирующих теорий достаточно плодотворно для развития любой эволюционирующей системы, в том числе и теории эволюции. Снято давление нормы, открыт путь к эволюционным инновациям. То же самое происходит и в процессе эволюционных преобразований в живой природе, которые изучает эволюционная биология.

Ведь кризис – это не только состояние стресса и угнетенности конкурирующих живых систем, а по аналогии с ними и научных теорий. Как и в рыночной экономике, кризисы приводят к банкротству всего устаревшего, застывшего, утратившего конкурентоспособность перед лицом перемен, а все способное к развитию, к трансформациям, к инновациям побуждают к переменам, создают условия для повышения конкурентоспособности благодаря крупным системным морфологическим преобразованиям. А с другой стороны, кризисы нередко приводят к длительным депрессиям и застою.

Дарвинизм часто упрекали в том, что он строит теорию эволюции в соответствии с той социальной действительностью, которая сложилась в Англии в эпоху королевы Виктории и является всего лишь аналогией с совершенной конкуренцией в рыночной экономике. Об этом писал, в частности, такой крупный социалистический мыслитель, каким был Маркс. Ему не понравилась именно либеральная составляющая в учении Дарвина.

Однако эволюционная составляющая в учении самого К. Маркса вполне импонировала учению Дарвина, расхождение взглядов возникало вследствие антиэволюционной, антипредпринимательской, антирыночной составляющей учения Маркса. Эволюционное учение Дарвина выдержало проверку временем, хотя нуждается в соответствующей модернизации на каждом новом этапе развития конкретной науки.

Эволюционная сторона учения Маркса также выдержала проверку временем, хотя и нуждается в ревизии и модернизации, а его антиэволюционная, антипредпринимательская, антирыночная сторона полностью обанкротилась, породив таких страшных и бесперспективных монстров, как коммунистические режимы XX столетия.

Дарвиновская теория эволюции действительно теснейшим образом связана с аналогией между совершенной конкуренцией в рыночной экономике и конкуренцией за выживание, получение ресурсов, оставление потомства и повышение качества жизни в дикой природе. Но эта аналогия продиктована самой жизнью, неотъемлемым свойством которой является конкуренция. Как таковая эта аналогия неопровержима и составляет момент абсолютной и вечной истины, необходимой как ориентир для открытия опровержимых (по К. Попперу) относительных истин в любой сфере биологии.

Именно конкуренция побуждает и организмы, и предпринимательские структуры к повышению качества своей работы и на этой основе – к преобразованию своих мобилизационных структур. Отбор наиболее приспособленных, наиболее качественно работающих, наиболее способных к преобразованиям есть следствие всеобщей устремленности живых существ к выживанию и повышению своего благосостояния. Недаром Дарвин постоянно употреблял понятие экономии природы.

Классический дарвинизм есть либеральная теория биологической эволюции (не путать с социал-дарвинизмом, который есть консервативная, антилиберальная и антигуманистическая теория общества). Дарвин не просто применил к живой природе либеральную экономическую теорию Адама Смита, показавшего стихийную саморегуляцию рынка в условиях совершенной конкуренции. И Дарвин не просто воспользовался формулой либерального философа Герберта Спенсера о выживании наиболее приспособленных.

Дарвин показал, что эволюция в живой природе, как и в обществе, достигается активностью и предприимчивостью субъектов, борющихся за существование и своими усилиями совершенствующих приспособленность и качество жизни своих видов. Отбор же поддерживает конкурентоспособных и отсеивает тех, кто неспособен поставлять качественный продукт для рынка жизни. Показав источник самоорганизации, саморегуляции, самодвижения в живой природе, Дарвин тем самым избавил науку от представлений, связанных с вмешательством в природу мифологических существ.

Мировоззренческое значение теории Дарвина огромно. Оно гораздо выше достижений других ученых, проторивших дорогу к научному миропониманию. Если великие физики и астрономы, каковы бы ни были их философские и религиозные убеждения, показали бесконечность мира в пространстве и времени, в его многообразии, раскрыли перед человечеством негеоцентричность Космоса и неантропоцентричность происходящих в нем процессов, то Дарвин на материале живой природы предложил и обосновал модель универсального эволюционизма, полностью исключающую из научного объяснения мира любые мифологические сюжеты.

Понятно, почему так стремятся опорочить учение Дарвина крайние консерваторы от радикальных креационистов и до радикальных социалистов-антирыночников. У них к дарвинизму отнюдь не научно-познавательные, а чисто идеологические претензии. В результате дискуссии по поводу решения научно теоретических проблем нередко приобретают мировоззренческо-идеологический характер.

Откроем, например, российский сборник «Наука о жизни и современная философия» (Ответ. ред. И.К. Лисеев – М.: Канон +, 2010 – 496 с.). Уже в вводной статье И.К. Лисеева «Роль наук о жизни в переосмыслении современной философии» (Там же, с. 3–46) пропагандируется идея российского социалиста-утописта и теоретика анархизма Петра Кропоткина о том, что даже в дикой природе, не говоря уж об обществе кооперация, а не конкуренция является двигателем эволюции.

«Эта позиция, – пишет автор, – получает поддержку и в современной литературе (Б.Л. Астауров, В.П. Эфроимсон, Л.В. Крушинский и др.). Современный физиолог бактерий академик Г.А. Заварзин, критикуя рыночную концепцию конкуренции, утверждает: главный тезис антирыночной конкуренции – фундаментальное положение организма в трофической системе – предполагает, в первую очередь, кооперацию, а не конкуренцию (журнал «Природа», 1995, № 3). Трудно переоценить значение этих идей, перенесенных из сферы биологии в сферу социума и закрепленных отрефлексированной философской мыслью» (Там же, с. 7).

Нетрудно понять, какими идеологическими интенциями руководствуются сторонники «антирыночной концепции» и «кооперации» в дикой природе. Перепуганные «диким» российским капитализмом, они хотели бы в какой-то «гуманной» форме восстановить еще более дикий российский «реальный» социализм (откуда и берет начало дикость российского капитализма).

Отсюда непонимание простой истины о том, что подлинная, а не советско-колхозная кооперация есть лишь форма здоровой конкуренции, а не ее замена или подмена. Отсюда и странное забвение того, что сделала с российской наукой кооперация по-советски, породившая и вскормившая всесильную и непобедимую лысенковщину, от которой пострадали и те представители старшего поколения российской науки, которые придерживались «антирыночной концепции». Реализацией в обществе этой концепции может быть только натуральное распределение продуктов.

Классический дарвинизм явился лишь первым шагом на пути становления научно-эволюционного мировоззрения и универсального эволюционизма как основы научного миропонимания. Эта его роль, конечно, не означает, что дарвинизм обладает монополией на истину и его следует трактовать как некое незыблемое и неподверженное критике учение, недоступное обновлению и скроенное «по образу и подобию» религиозной догмы.

Современный неодарвинизм с его геноцентрическо-мутационистским подходом, оформившийся в СТЭ, значительно продвинул классический дарвинизм в сфере изучения наследственных предпосылок эволюции и в то же время совершил отход от ядра учения Дарвина, подменив в качестве источника эволюционных преобразований собственную мобилизационную активность организмов, выраженную в борьбе за существование, совершенно случайным накоплением мутаций и их накоплением в генофонде популяций.

В настоящее время научно-исследовательская программа СТЭ исчерпана и конкретно-научные исследования выявили ряд фактов, не укладывающихся в систему ее постулатов. Был выдвинут ряд альтернативных гипотез, которые вступили в конкурентные отношения с СТЭ, что само по себе является позитивным фактором в развитии науки и научного мировоззрения. Без конкуренции нет развития.

Критика СТЭ закономерно перерастает в критику основ дарвинизма, что тоже неплохо, поскольку способствует расшатыванию устоев того, что в эволюционизме устарело, и созданию предпосылок для его обновления и усиления. Обилие «недарвиновских» моделей эволюции и экспансия теории прерывистого равновесия как главной на сегодняшний день альтернативы неодарвинизму СТЭ, вызвало серьезный кризис эволюционизма, подобный тому, который возник в начале XX века и тоже был связан с кризисом дарвинизма.

Весьма характерно, что создатели и сторонники теории прерывистого равновесия, раскритиковав дарвинистскую теорию естественного отбора как источника видообразования, в то же время вынуждены были ввести представление о межвидовом отборе как источнике макроэволюционных преобразований. Они так далеко ушли от дарвинизма, что и не заметили, как снова пришли к нему с другой стороны.

Слухи о безвременной кончине дарвинизма оказывались и оказываются ложными. Дарвиновские механизмы работают и приносят эволюционную прибыль, причем не только в самой биологической эволюции, но и в развитии ее теории. Весьма характерен в этом отношении и цитированный выше российский сборник.

Вслед за статьей его ответственного редактора И.К. Лисеева, в которой критика дарвинизма велась с позиций «антирыночной концепции» в этом сборнике опубликована статья Ю.В. Хена «Открытия в биологии и их преломление в культуре» (Там же, с. 47–68), в которой воспроизведена аргументация современных антидарвинистов из числа сторонников «недарвиновских концепций эволюции».

Ю. Хен интерпретирует теорию Дарвина как не столько научное, сколько культурно-мировоззренческое явление. Он утверждает, что эта теория «завоевала популярность и получила широкое распространение не только (и не столько) в научных, но и в околонаучных кругах» (Там же, с. 48). То, что эта теория была подхвачена и с восторгом принята самыми широкими кругами прогрессивно настроенной общественности, совершенно верно. Но то, что она была принята «не столько» в научных кругах, неверно, о чем свидетельствует колоссальный рывок вперед в развитии биологической науки, совершенный целым рядом крупных ученых разных стран на основе дарвиновской теории эволюции.

Неверно и то, что «идея эволюционизма возникла вовсе не в биологии и была известна научному сообществу задолго до Ч. Дарвина» (Там же, с. 49). Автор статьи ссылается на космогоническую теорию И. Канта, забыв о Ламарке. Идея эволюции была, но она влачила жалкое существование, осмеиваемая консервативными кругами и третируемая самими учеными. Альтернативные теории эволюции также получили широкое распространение и в науке, и в культуре, и в образовании только в результате триумфа теории Дарвина. Дарвинизм с самого начала принял характер широкого научного движения, вовлекшего в свои ряды наряду с признанными лидерами огромное число ученых различных специальностей, в том числе научной молодежи.

Они полностью обновили современную им науку и внесли колоссальный вклад в культуру и общественную жизнь, освобождая их от пут средневекового типа мышления. То, что вклад дарвинизма не ограничивался сугубо научными рамками, свидетельствует не против его глубокой научности, а за нее. Ибо научное мировоззрение приносит человечеству столь же весомую пользу, как и другие формы научной деятельности, являясь проводником достижений науки в жизнь миллионов людей, открывая широкие духовные перспективы для эволюционного обновления общества.

Дарвинисты внесли в науку несравнимо более весомый вклад, чем их оппоненты, которые главным образом критиковали дарвинизм, предлагая взамен гораздо менее обоснованные теоретические представления. Их вклад заключался главным образом в том, что они своими критическими замечаниями и дополнениями помогали развитию дарвинизма.

Магистральный путь эволюции эволюционизма с момента выхода эпохальной книги Дарвина пролегал через дарвинизм. Антидарвинистские положения ученых о чисто мутационном характере видообразования, господствовавшие в начале XX века, проявили свою ошибочность с дальнейшим развитием генетики. Весьма вероятно, что так будет с аналогичными представлениями, распространенными в начале XXI века и вновь противопоставленными дарвинизму.

Дарвинизм – широкая система, полностью отвечающая критериям научности, в том числе и такому жесткому критерию, как опровержимость фактами, введенному в научный оборот английским философом Карлом Поппером. Отдельные моменты дарвинистских представлений подвергаются опровержениям, но сам он как широкое научно-мировоззренческое учение только обновляется и усиливается. Как и во всяком великом феномене культуры, актуальное и преходящее сочетается в дарвинизме с вечным и нетленным.

Дарвинизму принадлежат колоссальные заслуги в развитии научных представлений, которые с течением времени генерируют новые достижения. Именно дарвинизм впервые не просто предложил догадки, как его предшественники, а дал обоснование фактами действительному, а не мифологическому происхождению человека. Это обоснование сегодня значительно устарело, но оно постоянно обновляется на основе дарвинизма.

Противоположную по отношению к Ю.В. Хену оценку значения дарвинизма в эволюционной биологии отстаивает В.М. Эпштейн в опубликованной в этом же сборнике статье «Значение дарвинизма для изучения общих закономерностей развития биологических и социальных систем» (Там же, с. 69–98). Эпштейн напоминает, что теория Дарвина «с момента ее появления и до сего времени непрерывно подвергается критике» (Там же, с. 69).

Современный кризис эволюционизма, связанный с новой ревизией и критикой дарвинизма, породил в массовом сознании и широко в нем распространил превратное представление о крахе дарвинизма как научной теории. «В массовой культуре, – пишет В. Эпштейн, – распространено представление, что теория Дарвина то ли «устарела», то ли «не доказана», и с ней, соответственно названию одной из статей в Интернете, «пора прощаться». Усиливается давление на науку мировых религий и множества направлений в их пределах. Достаточно напомнить, что «Свидетели Иеговы» издают брошюры, направленные против эволюционизма; причем издаются они многомиллионными тиражами и более чем на 130 языках. Ответы на эти тенденции со стороны дарвинистов носят спорадический характер» (Там же, с. 71).

К попыткам реванша религиозной идеологии подключаются недобросовестные журналисты, всегда готовые на потакании массовым заблуждениям, распространяющимся со скоростью эпидемии, приобрести себе дутую популярность. Люди, лишенные веры, верящие лишь в ценности потребительства, легко становятся жертвами дезинформации, а вслед за этим – носителями самых нелепых предрассудков. Миф о крахе дарвинизма импонирует их невежественному отношению к науке, помогает им почувствовать себя выше людей науки, тешить свое самолюбие, как бы приобретая право судить о науке, не обладая о ней никакими сколько-нибудь обоснованными знаниями. А ведь они получают от науки материальные средства для своего потребительского отношения к жизни в виде компьютеров, бытовой техники, транспорта, пищевых продуктов, энергетических ресурсов, лекарств и других благ цивилизации. Лишая себя научного мировоззрения, эти люди обрекают себя на жизнь без смысла и без понимания мира, в котором живут.

Попытки жить в третьем тысячелетии нашей эры, а верить как в Средневековье, никому не идут на пользу. Дарвинизм жив, и его развитие способствует новым успехам науки не только в сфере эволюционной биологии, но и в познании человеком самого себя, в распространении научно-эволюционного мировоззрения и гуманистической веры, соответствующей уровню знаний XXI века.

Кризис эволюционизма, связанный с исторически неизбежной утратой монополии на истину в биологической науке геноцентрического неодарвинизма, в полной мере используется креационизмом для опорочения дарвинизма как противостоящей креационизму системы взглядов на жизнь.

Критика синтетической теории эволюции со стороны креационистов резко отличается и по методологии, и по конечным целям, и по идеологической окраске, и даже по стилю от научно-эволюционистской критики. Основная направленность креационистской критики заключается не в том, чтобы открыть новую истину, а в том, чтобы «закрыть» ее, приписав причину эволюционных явлений сверхъестественному вмешательству.

Креационисты пользуются научными фактами, чтобы дискредитировать науку. Они обильно цитируют критические замечания ученых, направленные на совершенствование эволюционной теории, но перенаправляют их, истолковывая против эволюционизма в целом. Скованная догмами многотысячелетней давности, критическая мысль креационистов не может, конечно, состязаться с наукой по обоснованности и убедительности для научно подготовленных людей. Поэтому аргументы «научных» креационистов адресованы прежде всего массовой аудитории, большинство которой составляют люди, не обладающие прочными научными знаниями, знакомые с наукой лишь понаслышке, по ее отражениям в средствах массовой информации.

Та вульгарная и карикатурная форма, в которой излагают научные достижения креационисты, вполне импонирует нынешней потребительской массе, готовой принять на веру все, что угодно, лишь бы это не требовало серьезных усилий и способствовало отвлечению от «серых будней» утилитарного существования. Эта предрасположенность современной потребительской аудитории к превращению любых явлений культуры в шоу в большей степени способствует успеху креационистской пропаганды, чем вера в Бога.

Но даже такая неконструктивная и деконструктивная критика полезна науке, поскольку помогает ей познать саму себя, усовершенствовать и тем самым укрепить свои мировоззренческие позиции, прибегнуть к сотрудничеству с эволюционистской философией, а не отгораживаться от всякого философствования указаниями на якобы неизбежную умозрительность философских построений и их оторванность от фактов науки.

Сущность креационистской критики именно философских, мировоззренческих основ эволюционизма заключается в осознанном стремлении «научного» креационизма взять реванш за бесчисленные поражения, которые религиозная догматика терпела от науки и научной философии, начиная с эпохи Возрождения.

«Критика кострами», когда ученых приравнивали к религиозным еретикам, подвергали пыткам и казням отошла в прошлое и заклеймлена самими церковными организациями как греховное заблуждение «темного» Средневековья. Методология «научного» креационизма заключается именно в том, чтобы противопоставить науку самой науке и мировоззренческим выводам, вытекающим из нее. Благодаря этой психологическо-идеологической установке «научные» креационисты хорошо отыскивают слабости научных теорий, их недостатки прежде всего мировоззренческого характера, и благодаря этому даже их неквалифицированная, насыщенная застарелыми догмами критика может помочь ученым задуматься над недостатками собственных теорий и элементами догматизма в научных построениях.

Реваншистская устремленность «научного» креационизма во всей полноте проявляется в излюбленном тезисе креационистов о случайностном, незакономерном характере изменений, которыми принятые в науке теории объясняют ход и направленность эволюции.

Благодаря этому тезису наука и теология как бы меняются ролями: если раньше наука вытесняла теологические объяснения происхождения всего сущего по воле Божьей, открывая и обосновывая фактами закономерности развития живой и неживой природы, теперь теология критикует науку за неспособность установить закономерности природных процессов и противопоставляет этой неспособности свою собственную способность объяснить эти закономерности, исходя из наличия плана, установленного Творцом.

Главный вывод, который следует из креационистской критики науки, заключается в том, что эволюционизм представляет собой не более, чем веру, но даже менее научную, чем та, на которую опирается «научный» креационизм. Ложность и софистичность такого вывода далеко не очевидна для людей, знакомых с наукой только по школьным учебникам и телевизионным передачам.

Эволюционизм базируется на всей сумме знаний, добытых человечеством, и он действительно порождает веру, базирующуюся на знании, резко отличающуюся от веры, базирующейся на мифологии, которая и подменяет знание в антинаучных теориях креационистов.

Как уже отмечалось, современный эволюционизм находится в серьезном кризисе, и этот кризис весьма способствует популяризации критики со стороны «научного» креационизма. Положение осложняется еще и тем, что ученые, занимающиеся проблемами биологической эволюции, руководствуются в своей деятельности скорее обыденным мировоззрением, и, будучи специализированы на неких узких фрагментах знания, не обладают достаточной полнотой знаний для формирования научного мировоззрения во всей его полноте.

Среди ученых немало верующих людей, близких к креационизму по идеологии, которой они руководствуются в своей обыденной жизни, причем открывая новое знание, такие ученые объективно укрепляют эволюционизм, хотя и делают это на базе своих креационистских убеждений. Взгляды этих ученых обычно используются креационистами для критики научного мировоззрения.

Другая широко распространенная категория ученых – сугубо рационалистически мыслящие специалисты, противопоставляющие креационизму только неверие и скептицизм, но не системное научное мировоззрение, связанное с глубоко продуманными убеждениями и научно-гуманистической верой. Такие ученые обычно рассматривают креационизм лишь как результат отсутствия специальных знаний и избегают вступать с ним в полемику, замкнувшись в своей профессиональной деятельности и не придавая значения реакции широких общественных слоев.

Между тем, несмотря на все свои недостатки, креационистская критика бьет именно по слабым, больным местам эволюционной биологии и бросает ей вызов, который требует ответа и который необходимо обратить на пользу науке, расширяя и углубляя тем самым влияние научного мировоззрения на массовую аудиторию для пользы людей. Ибо нет ничего практичнее правильного мировоззрения, помогающего оптимизировать и перестроить на разумных началах всю человеческую жизнь.

Рассмотрим несколько примеров креационистской критики СТЭ и того, как креационисты расправляются с «безбожным» дарвинизмом, а через него – и со всей теорией эволюции. Так, в книге американского протестанского священнослужителя Дениса Гордона Линдсея теория эволюции рассматривается как часть стратегии Сатаны, с помощью которой он похищает умы и сердца молодежи, а Америка превращается в бывшую христианскую страну (Линдсей Д.Г. Основы мироздания – М.: Кайрос, 1993 – 158 с., с. 12–13).

«Сатана, – считает Д. Линдсей, – пытается разрушить основы Библии, нападая на свидетельство о сотворении из книги Бытия и пытаясь заменить его атеистической эволюцией. Атеистические гуманисты, марионетки Сатаны, пропагандируют эволюционную религию в государственных школах и университетах» (Там же, с. 16).

Согласно Линдсею, утверждение о том, что наука направлена против религии, является опасным заблуждением. Противостояние существует не между наукой и религией, а между двумя религиями, поскольку эволюция является не наукой, а религиозной верой (Там же, с. 51), и притом слепой верой, которая все приписывает «природе» (Там же, с. 55).

Опытные подтверждения теории эволюции Линдсей отрицает на том основании, что никто из эволюционистов не присутствовал при тех событиях, в результате которых возникло все живое. Напротив, библейская история сотворения основана на опытных данных самого Творца, переданных в божественном откровении (Там же).

Любопытно данное Линдсеем ироническое определение науки: «Наука – это наблюдение за лягушками в микроскоп; запоминание терминов, которые невозможно произнести и которые забываются сразу после экзамена; слушание скучных лекций» (Там же, с. 51). Такое отношение к науке явно импонирует невежеству потребительского сознания, которое не прочь возвысится над тем, чего не желает понять. На это и рассчитана подобная «критика».

В книге Б. Хобринка «Эволюция. Яйцо без курицы» (М.: Мартис, 1993 – 110 с.) содержится уже не чисто идеологическая, а претендующая на научность критика теории эволюции.

Хобринк признает изменения видов в рамках того, что эволюционисты называют микроэволюцией, но начисто отрицает макроэволюцию. Крупные таксоны, именуемые Хобринком основными типами, существуют ныне в том же виде, в каком они созданы в начале мира.

«Различные группы растений и животных, – учит Хобринк, – отделены перегородками. Согласно креационистам (людям, придерживающимся теории сотворения), эти перегородки довольно четко совпадают с тем, что говорит Библия о растениях и животных в Книге Бытия, глава 1: «по роду их». Иначе говоря, Бог не сотворил сразу несколько миллионов разных видов; скорее, Он создал какое-то ограниченное число изолированных друг от друга групп родственных между собой растений или животных. Внутри каждой такой группы возможно большое количество разновидностей, могущих легко скрещиваться друг с другом. Можно назвать эти группы родственных растений или животных основными типами. Как правило, основной тип соответствует «роду» или «семейству» традиционной биологии» (Там же, с. 14).

Основные типы по Хабринку отличаются друг от друга не только по внешнему сходству или морфологическому строению, но и из-за несовместимости их генетических систем. По этой причине они не могут скрещиваться друг с другом и один тип не может ни при каких условиях преобразовываться в другой.

Под этим углом зрения «научный» креационист рассматривает гомологию органов. «У разных животных, – излагает он давно открытые наукой закономерности, – встречаются органы, имеющие одинаковую структуру. Такие органы называются гомологичными. Например, передние конечности всех наземных позвоночных имеют плечевую, лучевую и локтевую кости, а также аналогичное строение и количество пальцев. Человеческая рука напоминает грудной плавник кита, крыло птицы или летучей мыши, лапу черепахи и т. д. Согласно эволюционистам, такое сходство в строении является свидетельством того, что все эти животные произошли от общего предка. Эта идея – одна из главных опор эволюционной теории вплоть до наших дней» (Там же, с. 25).

Креационист ничего не может противопоставить этой идее, кроме того, что у многих видов гомологичные органы развиваются из разных зародышевых клеток при участии разного генетического материала. Удивительно, что даже теоретик «научного» креационизма легко перенимает тот геноцентризм, который используют критикуемые им эволюционисты.

Между тем гомологичность органов свидетельствует не только о происхождении от общих предков. Все гомологичные органы несут на себе отпечаток той биологической работы, которая выполняется при помощи этих органов. Признание эволюционной роли биологической работы означает крах любых форм креационизма.

С точки зрения креациониста «гомологичные органы свидетельствуют не о родстве, а скорее о существовании одного Конструктора, имевшего определенный план и использовавшего один и тот же общий проект для выполнения тех или иных частей растений или животных» (Там же). Однако такая трактовка есть не что иное, как перевернутая и поставленная с ног на голову теория эволюции.

Хобринк признает, что «передние конечности наземных позвоночных построены более или менее одинаково, так как все они должны быть подвижными во всех направлениях и приспособлены к большим силовым нагрузкам» (Там же). Он, как и все креационисты, видит в этом премудрость и предусмотрительность Создателя. Однако дело обстоит как раз наоборот: общее в строении конечностей и других гомологичных органов обусловлено общностью биологической работы этих органов, а различия, в том числе и в развитии из разных зародышевых клеток – различиями применения этих органов в биологической работе огромного числа поколений.

В основе рассуждений Хобринка, как и любого креациониста, лежит не только антиэволюционизм, но и антиисторизм. Наука раскрывает историю развития тех или иных видов и форм бытия, а креационизм эту историю «закрывает», полагая «основные типы» этих видов и форм предвечными, в готовом виде созданными Творцом. При этом приходится наглухо закрывать глаза на убедительнейшие доказательства происхождения одних «основных типов» от других.

Происхождение земноводных от рыб, происхождение пресмыкающихся от земноводных, происхождение птиц и млекопитающих от пресмыкающихся настолько убедительно прослеживается в эволюционной биологии и настолько ясно отражается в их строении и жизнедеятельности, что игнорировать это можно лишь используя в качестве аргументов сплошное невежество. Но невежество может служить аргументом только для невежественных людей.

То же самое можно сказать и о происхождении человека от обезьяноподобных предков, иными словами – от прямоходящих обезьян. Нет смысла пересказывать словесную эквилибристику, при помощи которой Хобринк и другие креационисты пытаются опровергнуть твердо установленные научные факты. Отвергать происхождение человека от определенной ветви животно организованных приматов могут только люди, совершенно не знающие научной антропологии (или не желающие знать научных фактов в этой сфере).

Но есть моменты в современном состоянии эволюционной теории, при рассмотрении которых креационистское противопоставление науки науке получает определенную убедительность и разрушительную силу. Эти моменты связаны с геноцентристскими и мутационистсткими представлениями о переходе от одних типов организации к другим.

«Эволюционисты утверждают, – пишет Хобринк, – что мутации – необходимый фактор эволюции… Однако никогда при этом не создается новый генетический материал. Мутации возникают только на базе существующего материала, так же, как в случае скрещивания. Здесь уместно сравнение с карточной колодой, которую можно тасовать миллионом способов, можно даже подпортить несколько карт, но это будет та же колода. Об эволюции можно говорить только в том случае, если в колоде появится новая карта» (Там же, с. 17). К подобному же выводу приходят и многие ученые-эволюционисты.

Для подкрепления этого вывода Хабринк ссылается на критику СТЭ с сальтационистских позиций со стороны Р. Гольдшмидта, в частности, на его высказывание о том, что «даже если бы мы смогли соединить более тысячи этих вариаций в одной особи, все равно это не был бы новый вид, подобный встречающимся в природе» (Там же, с. 18). Не менее острой критике креационисты подвергают и сальтационизм.

«Многие ученые, – пишет Хобринк, – считают невозможным постепенное развитие жизни на Земле. Однако, чтобы объяснить происхождение жизни без «привлечения» Бога, они предлагают самые фантастические идеи. Некоторые полагают, что эволюция происходила не постепенно, а скачкообразно: внезапно по воле случая животное обретает новый орган или вдруг внезапно рождается новый вид. Например, какое-нибудь пресмыкающееся кладет яйцо, а из него вылупляется птица! Эта идея «небезнадежных уродов» даже еще более неправдоподобна, чем постепенное развитие» (Там же, с. 43).

Точнее было бы сказать, что представление о совершенно случайном мгновенном образовании видов не менее фантастично, чем представление о возникновении подобного же чуда по воле Божьей.

В 1992 г. на русском языке вышла книга «О чем умолчал ваш учебник. Правда и вымысел в теории эволюции» (М.: Протестант, 19992 – 52 с.). Ее составитель, российский креационист доктор биологических наук Д.А. Кузнецов собрал в ней критические высказывания в адрес СТЭ крупных западных ученых, направленные главным образом против мутационистской интерпретации эволюционных механизмов.

Высказывания этих ученых касаются повреждающего действия огромного большинства мутаций, что, по их мнению, является препятствием к тому, чтобы мутации могли бы стать источником сырья для эволюции, а также возможности своевременного появления большого множества полезных мутаций. Подвергается сомнению и способность отбора, комбинирующего полезные мутации, порождать новые виды. В целом креационисты не противопоставляют СТЭ ничего нового, чего бы не высказывали сами ученые-эволюционисты. То же, в чем они действительно отличаются от взглядов ученых (например, в тезисе о неизменности «основных типов»), представляет собой не более чем идеологические догмы, давно опровергнутые наукой. Тем не менее вполне очевидно, что нынешняя активизация креационизма объясняется не только глобальным кризисом культуры и склонностью к восприятию мифов массовым сознанием, но и кризисом эволюционизма, обнаружившимися слабостями эволюционно биологии.

Для современной креационистской критики эволюционизма и дарвинизма как мобилизационного ядра эволюционной биологии характерны следующие особенности: популизм, ориентация на восприятие невежественной части массовой аудитории, использование научных фактов для компрометации науки, использование слабостей научных теорий для возведения в ранг теории мифологического типа мышления.

Все это говорит о том, что мифологическое мировоззрение, несмотря на его широкое распространение в странах, освободившихся от господства коммунистической религии, испытывает гораздо более тяжелый кризис, чем современный эволюционизм. Эволюционизм через кризис обновляется, а креационизм устаревает.

27.4. Расплод как альтернатива теории отбора

Наиболее полно аргументы против дарвинизма, исходящие из недарвиновского подхода к эволюции в науке и связанные с перерастанием критики СТЭ в антидарвинизм, содержатся в чрезвычайно содержательной и талантливой книге Ю.Чайковского (Чайковский Ю.В. Активный связный мир. Опыт теории эволюции жизни – М.: Товарищ. науч. изданий КМК, 2008 – 726с.). Мы не разделяем антидарвинизма Чайковского и полагаем, что без дарвиновской теории отбора и всего фундамента дарвиновской теории эволюции любой научный подход к эволюции оказывается беспомощным.

Поэтому, полностью разделяя в то же время антидогматическую направленность книги Чайковского и опираясь на многие положения её автора, мы подвергнем антидарвинизм Чайковского и его критику главных достижений дарвинизма в свою очередь нелицеприятной и суровой критике. Отметим при этом, что даже научно аргументированный антидарвинизм приносит развитию эволюционной теории большую пользу, так как позволяет высветить слабости и устаревшие положения в учении дарвинизма и тем самым способствовать его развитию на заложенном классическим дарвинизмом широком фундаменте.

Ю.Чайковский начинает свою критику дарвинизма издалека, с фактов истории науки, показывающих затруднения и проблемы классического дарвинизма, проявившиеся при его создании, у самых его истоков.

Чайковский начинает свою критику с «мальтузианства» как источника теории Дарвина, с положения о том, что «избыточное размножение движет эволюцию» (Там же, с.84). Если бы дарвиновская теория отбора ограничивалась концепцией избыточного размножения, она была бы, безусловно, ошибочной теорией. Но Дарвин взял из ошибочной в целом теории Мальтуса содержавшееся в ней совершенно верное и чрезвычайно важное положение: перводвигателем любой эволюции является конкурентная борьба за материально-энергетические ресурсы. Этого источника эволюционно значимой активности Чайковский у Дарвина, к сожалению, не заметил.

Момент дифференциального размножения, ограниченный дифференциальной смертностью, присутствует в любом отборе, но эволюционная роль отбора не сводится к этому «мальтузианскому» моменту. Чайковский постоянно упирает на этот момент, упрощая и вульгаризируя тем самым теорию отбора.

Суть же эволюционного значения отбора по Дарвину заключается в подборе эволюционно продвинутых организмов. Эту важнейшую сторону отбора Чайковский называет нелепым термином «расплод» и противопоставляет дарвинизму.

Чайковский замечательно описывает трудный путь Дарвина к созданию эволюционной теории, преодоление множества ошибок, заблуждений и противоречий на этом пути. Весьма полезны с точки зрения истории науки и описания достижений додарвиновского эволюционизма в работах Ж.-П. Ламарка, Э.Жоффруа де Сент-Илера, Г.Бронна, Г.Спенсера, А. Уоллеса и др. Вместе с тем акцент делается на демонстрацию того, как много Дарвин путался в понятиях и как мало он сделал по сравнению со своими предшественниками, т. е. каким он, якобы, был слабым ученым.

Огромной заслугой Ю.Чайковского как историка науки является то, что он во всех необходимых подробностях показал, каким трудным был путь развития учения Дарвина после того, как он стал признанным лидером эволюционизма. Этот путь и у других великих преобразователей естествознания (и не только естествознания) отнюдь не был усеян розами.

Дарвина постоянно терзали сомнения в собственной правоте, угрызения научной совести, часто обескураживали доводы оппонентов, под давлением которых приходило понимание недостаточности отбора случайных вариаций в качестве единственной движущей и направляющей силы эволюции. Всё это отравляло жизнь Дарвина, подрывало его силы, усугубляло действие физических недомоганий, источник которых так и не смогли определить врачи.

Описывая всё это, Ю.Чайковский создаёт у читателей впечатление, что Дарвин защищал своё учение, замалчивая «неудобные» доводы оппонентов против его учения, применяя не вполне добросовестные приёмы для парирования критических замечаний, лишь бы отстоять непогрешимость своего учения перед научным сообществом и читающей публикой.

«Как видим, – пишет Ю.Чайковский, – уже первые критики возражали то же, что новейшие критики возражают сейчас. Не читать друг друга и сотни раз повторять один и тот же довод стало традицией эволюционизма (не только дарвинизма). Дарвин редко отвечал (а когда отвечал, то не по сути, но лишь по деталям), и оставлять критику без ответа по существу (или вообще без ответа) тоже стало эволюционной традицией» (Там же, с.92).

Это неправда. Ю.Чайковский совершенно неверно интерпретирует те весьма интересные и важные факты, которые приводит в собственной книге. Как же всё происходило на самом деле, о чём недвусмысленно свидетельствуют эти факты? Первое издание «Происхождения видов» 1859 г. принесло Дарвину всемирную славу и, казалось бы, должно было полностью удовлетворить его стремление к широкому распространению своих новаторских идей.

Но эта слава была в определённой мере скандальной, чего Дарвин как типичный англичанин викторианской эпохи опасался больше всего. Присущий ему снобизм побуждал его откладывать публикацию своих эволюционных идей, пока с появлением статьи Уоллеса не встал вопрос об утрате научного приоритета. Его действительно больше волновало, что скажут о его работе авторитетные учёные и другие представители элиты, например, сэр Ричард Оуэн или сэр Чарльз Лайель, чем толпа восторженных почитателей его таланта, не удосужившихся толком разобраться в сущности предлагаемых им взглядов.

Шумиха, поднятая вокруг его книги, обрушила на него столько разноречивых суждений специалистов разных областей знаний, что он долго пребывал в растерянности, а может быть, и в депрессии. Он хорошо знал присущий тому обществу, в котором он жил и репутацией которого дорожил, могущественный консерватизм и тяготение к традиционно усвоенным предрассудкам. Он безусловно рассчитывал на поддержку либеральных кругов, которые действительно с восторгом приняли идею эволюции, но очень мало понимали в биологии.

Но главная проблема состояла в том, что текст первого издания «Происхождения видов», этой библии раннего эволюционизма, был чересчур самонадеянным. Как и всякий новатор и неофит, Дарвин наивно полагал, что найденный им комплекс идей может послужить ключом к разрешению всех проблем эволюционной биологии.

Создав теорию отбора как мобилизационное ядро своего учения, введя в научный оборот категорию борьбы за существование как основы активности организмов в растительном и животном мире, показав эволюционную роль наследственности, направленной и ненаправленной изменчивости, Дарвин действительно настолько превзошел своих предшественников, что это порождало в нём определённое пренебрежение к их достижениям и заслугам.

К самому великому из этих предшественников, к Ламарку, Дарвин вообще в этот период относился с презрением, метко указывая на слабые места в его эволюционной теории. И тут в самого Дарвина полетели меткие и очень острые критические стрелы большого множества оппонентов, которые явно указывали на слабые места его собственной теории.

Главная слабость заключалась именно в том, что посредством отбора случайных, ненаправленных изменений Дарвин считал возможным решить проблему происхождения видов и все прочие проблемы эволюции. Именно этот недоработанный первоначальный вариант дарвиновской теории затем был принят за основу СТЭ, поскольку создание первоначального варианта эволюционной генетики в XX веке привело к восприятию дарвинизма именно в этом варианте.

«Что же касается проблемы случайности, – считает Ю.Чайковский, – то она так и застыла в дарвинизме в том виде, как её оставил Дарвин… И дарвинизм поныне утверждает, что наследственные изменения случайны…» (Там же, с.95). Но сам же Чайковский страницей ранее приводит высказывание Дарвина, которое показывает совершенно иное понимание Дарвином проблемы случайности направляемых отбором изменений:

«Я до сих пор иногда говорил так, как будто изменения… были делом случая. Это, конечно, совершенно неверное выражение, но оно служит для показа нашего незнания причины каждого конкретного изменения» (Там же, с.94).

Под градом критических замечаний оппонентов Дарвин и сам стал приходить к выводу, что предложенный им механизм эволюции по меньшей мере неполон, что в нем не хватает какого-то очень важного звена. «Об этом, – совершенно правильно замечает Чайковский, – писали тогда многие: теории Дарвина не хватает внутреннего активного фактора, какого-то механизма, поставляющего новые варианты организмов» (Там же, с.93).

И далее: «Дарвин был в растерянности» (Там же, с.95). В этот момент Дарвину начинает казаться, что он так и смог предложить доказательный механизм эволюции и что единственное, что он может поставить себе в заслугу, заключается лишь в указании на наличие в природе эволюционно значимых изменений и систематизации фактов об этих изменениях. Об этом прямо свидетельствует приводимое Чайковским высказывание Дарвина 1863 г.: «Мне лично естественный отбор, конечно, очень дорог, но это мне кажется совсем незначительным в сравнении с вопросом о творении и изменении» (Там же, с.96).

Отрицая научное значение дарвиновского механизма эволюции, Ю.Чайковский вполне согласен с этим высказыванием Дарвина, произнесённым в момент крайней растерянности. Он пишет:

«Мнение самого Дарвина мало кого интересует: почти все пишут «Дарвин в 1859 г. сказал…», а затем цитируют шестое издание 1872 г., хотя это разные книги с очень разными выводами. Просто для победы идеи эволюции настало время, и обществу оказалось достаточно того, что известный натуралист объявил, что знает механизм этого явления. Обществу, в котором тогда быстро нарастали движения за социальное переустройство, нужна была сама эволюция, сама идея борьбы, а не факты и подробности из биологии» (Там же).

В том, что идея эволюции была востребована на общесоциальном уровне, и это обстоятельство сыграло весьма значительную роль в распространении и признании идей дарвинизма, Чайковский безусловно прав. Но это не означает, что эти идеи были востребованы только благодаря социальной заинтересованности демократических кругов, а не благодаря убедительной силе и новаторской сущности уже первоначального варианта дарвиновского учения, выраженного в первом издании «Происхождения видов» 1859 г.

Сам же Чайковский подтверждает, что первое издание 1859 г. и шестое издание 1872 г. – это разные книги с очень разными выводами. В чем же состоит это очень существенное различие? Дарвин не был бы Дарвином, если бы, поддавшись растерянности и недовольству собой, он прекратил собственную творческую эволюцию и борьбу за совершенствование своего учения в ответ на наиболее конструктивные возражения оппонентов.

В шестом издании «Происхождения видов» 1872 г. Дарвин скрупулёзнейшим образом разбирает каждое такое возражение, не боясь признать, что эти возражения отражают реальные затруднения для объяснительной силы его теории.

Как уже неоднократно отмечалось нами, Дарвин эволюционирует в направлении признания рациональных зёрен учения Ламарка, он дополняет предложенный им механизм эволюции теми элементами ламарковского механизма, которые связаны с употреблением – неупотреблением и тренировкой органов. Тем самым он вплотную подходит к признанию в качестве ведущего фактора эволюции биологической работы организмов, осуществляемой в процессах борьбы за существование, то есть именно такого активного фактора, который необходим для действия механизма, поставляющего отбору новые варианты организмов.

Дарвин не оправдывается перед оппонентами, как это полагает Чайковский, он использует доводы оппонентов для развития собственной теории, насколько это вообще возможно в силу ограниченности знаний его времени. Конечно, иногда он вновь наталкивается на эту ограниченность и ощущает собственное бессилие, что порождает колебания и сомнения, которые выявляет Чайковский в проведенном им текстовом анализе дарвиновых правок различных изданий «Происхождения видов».

Но в основном стиль Дарвина преисполнен уверенности и мобилизационной активности. Аналитики творчества Дарвина давно заметили, что этот стиль скорее напоминает речь адвоката в суде, чем является характерным для научного трактата. Как адвокат теории эволюции, он широко использует право презумпции, в чём его упрекает Чайковский.

«Презумпция, – определяет Чайковский, – это тезис, который признается истинным без доказательства до тех пор, пока не будет доказана его ложность. Широко известна правовая идея – презумпция невиновности: подозреваемого надо считать невиновным, пока суд не признает его виновным» (Там же, с.125).

Это определение не совсем верно, оно искажено для обвинения Дарвина в бездоказательности его учения. Презумпция есть прежде всего право человека (и учёного в том числе) на защиту от обвинений, пока не доказана его вина (или, применительно к науке, не доказана ложность его теории). Суд же только оценивает доказательность обвинений и выносит вердикт.

Напомним, какую важную роль в науке, занятой поиском внеземных цивилизаций, сыграл принцип презумпции естественности: учёные перестали принимать радиосигналы звезд и галактик за известия от братьев по разуму.

Вспомним также, как грозно в лице прокурора Вышинского выступала против этого «буржуазного» права сталинская юстиция: презумпция невиновности рассматривалась ею как способ, посредством которого «враги народа» могли бы ускользнуть от «карающего меча» самого передового в мире советского правосудия. В качестве «царицы доказательств» в рамках этого правосудия было также определено «чистосердечное признание» обвиняемых. В итоге «сознавались» миллионы.

Презумпция есть законное, гуманное, справедливое установление, международно признанный и морально обоснованный правовой институт, направленный на закрепление права граждан на защиту собственных интересов, убеждений и опять же прав, на защиту их от бездоказательных обвинений. Вполне естественно, что и в науке как сфере своего рода состязательного правосудия презумпция является вполне правомерным средством защиты убеждений.

Учёный вправе представить на суд научного сообщества любые факты, доводы и аргументы в защиту своей идеи, а бремя сбора доказательств против этой идеи лежит на тех учёных, которые выдвигают и обосновывают альтернативные ей идеи.

Совершенно иначе рассуждает по этому поводу Ю.Чайковский, для него презумпция – бездоказательное утверждение. «Когда скептики дружно заявили Дарвину, – пишет он, – что наглядность идеи отбора не может заменить доказательств реальности отбора как фактора эволюции, он фактически стал защищать идею отбора именно как презумпцию: не раз он заявлял, что единственный пример свойства, необъяснимого отбором, явился бы «сильнейшим ударом» по всему учению» (Там же, с. 125–126).

Конечно, отсутствие доказательств реальности отбора – серьёзное обвинение. Но Дарвин представил в обоснование идеи отбора как фактора эволюции все возможные факты и аргументы, какие только можно было собрать, обладая огромной эрудицией в натуралистической биологии. Он рассуждал методом аналогий, что вполне правомерно, поскольку отбор является всеобщим, универсальным фактором эволюции, а не только направляющим фактором биологической эволюции.

Аналогия с искусственным отбором показала возможность глубокого изменения форм и признаков живых организмов при направленной селекции, обеспечившей выживание и оставление потомства организмами, наиболее приспособленными для блага человека. Аналогия с рыночной экономикой по Адаму Смиту, показавшему зависимость качества продукции и услуг от отбора наиболее эффективно работающих предпринимателей, помогла Дарвину определить роль отбора в экономии природы.

Далее шла вполне правомерная экстраполяция закономерностей, полученных методом аналогии, на сотни тысяч и миллионы лет эволюции видов в дикой природе. Какие доказательства Дарвин мог предоставить ещё? Дополнительные доказательства могли быть представлены только в том случае, если бы наблюдения за изменением видов велись в течение этих сотен тысяч и миллионов лет.

Оппоненты считают представленные факты изменчивости и аргументы, связанные с аналогией и экстраполяцией, недостаточными? Тогда пусть представят доказательства противного или даже хотя бы один пример бездействия отбора при эволюционных изменениях. Так рассуждал Дарвин и был совершенно прав. И таких примеров не нашлось ни тогда, ни сейчас.

Даже сегодня ни одна из теорий, претендующих на альтернативу дарвинизму, не может обойтись без идеи отбора как фактора эволюции. Теория нейтральности отрицает адаптивный характер мутагенеза, достаточного для отбора генотипов. И она же вынуждена обращаться к отбору фенотипов, необходимому для направленности эволюции. Теория прерывистого равновесия отрицает внутривидовой отбор как фактор преобразования видов. И она же не может обойтись без межвидового отбора как фактора эволюции видов.

Даже сальтационисты не могут представить эволюцию без отбора, поскольку им приходится объяснять, каким образом птица, вылетевшая из яйца рептилии, приспособилась к тем условиям, в которые она попала после столь чудесного превращения. Шлифовка отбором оказывается необходимой и здесь.

Что касается ламаркистов, то среди них очень трудно найти теоретика, который отрицал бы эволюционную роль отбора. К таким теоретикам не относится и Ю.Чайковский, поскольку, отвергая отбор, он выдвигает на его место «расплод», который никак не может быть ничем иным, кроме как активной формой отбора.

Ещё одну презумпцию дарвинизма Ю.Чайковский выделяет у А.Уоллеса, который был склонен «считать каждый признак полезным – либо по известной причине, либо по неизвестной» (Там же, с.126). Известно, что Дарвин, в отличие от Уоллеса, для объяснения сохранения отбором даже некоторых вредных признаков выдвинул гипотезу полового отбора, как особой формы отбора, способной вступать в противоречие с общей направленностью отбора.

Половой отбор также обосновывается методом аналогии с последующей экстраполяцией. Аналогия заключается в перенесении на животных тех сведений, которые получены о половом отборе в человеческом обществе. Мужчины и женщины украшают себя, чтобы привлечь внимание противоположного пола. Логично предположить, что подобные украшения у животных закрепились вследствие тех преимуществ, которые получали их носители при половом отборе и оставлении потомства.

Признав половой отбор, Дарвин признал тем самым и возможность закрепления потенциально вредных признаков, которые общий естественный отбор не элиминирует, поскольку общий баланс преимуществ и недостатков оказывается в пользу носителей украшений. Это тоже презумпция, но резко отличающаяся от презумпции Уоллеса. Дарвин признает возможность сохранения потенциально вредных признаков, если они не мешают общей приспособленности организмов.

Позиция Дарвина с логико-методологической точки зрения безукоризненна: он предлагает оппонентам, отрицающим половой отбор, доказать обратное. И сразу же обнаруживается, что они, только что находившиеся в выигрышной позиции обвинителей, тут же оказываются в положении бездоказательных обвинителей.

Чайковский ссылается на тезис Л.Витгенштейна: «утверждение, нуждающееся в проверке, становится само правилом для проверки иных предложений», т. е. нормой или презумпцией (Там же). Но если бы в науке не было норм и презумпций, никакая наука как система знаний не была бы возможной. Чайковский ссылается также на теорию научных революций Т.Куна, согласно которой такие революции якобы полностью разрушают старые нормы и создают на их месте совершенно новые.

Намёк понятен: пора разрушить тяготеющие над наукой дарвинистские нормы и водрузить на их месте новые (только вот непонятно, какие – уж не расплод ли вместо отбора?). Сама теория Куна явно антиэволюционна, это своего рода методологический большевизм. Если бы новые нормы только отрицали старые и не развивали их, никакое продвижение науки на пути истины не было бы возможно.

«В наше время, – пишет Ю.Чайковский, – порою раздаётся призыв решать эволюционные вопросы, как в суде, т. е. признавать данное учение (обычно какая-то часть дарвинизма) истинным, пока не доказана его ложность. Опыт показывает, что тот учёный, который принял какую-то презумпцию, уже не ищет истину, а копит доводы в свою пользу. Истину ищут другие» (Там же). Как будто эти «другие» не копят доводы в свою пользу и не создают новых презумпций!

Эволюция науки тоже происходит под действием факторов, открытых классическим дарвинизмом. Как и в любой другой сфере действительности здесь действует отбор идей, теорий, понятий, научно-исследовательских программ, мнений, мобилизационных структур научного поиска, происходит их борьба за существование, осуществляется неустанная эволюционная работа ученых, обеспечивается наследственность в виде преемственности добытых истин, есть и давление нормы, которое чревато догматизмом, но ограничивается свободой критики. Снижение жёсткости отбора приводит к кризисам в научном познании, выживанию не очень хорошо приспособленных (аналог ирландского оленя с огромными рогами), снижению давления нормы, резкому повышению уровня полиморфизма, подготавливающему новый скачок в развитии.

Отбор начинает действовать в ином направлении не только вследствие снятия давления нормы, но и на основе изменения характера и содержания эволюционной работы. Всё как в живой природе. И открытием этих механизмов мы обязаны дарвинизму. Здесь, как и во всех сферах универсальной эволюции, никто не требует доказательств эволюционной роли отбора. Просто без отбора не происходит никаких направленных изменений, никакой эволюции.

Что касается дарвиновской презумпции по поводу происхождения человека через половой отбор, то она с высоты современных знаний, безусловно, весьма наивна. На этом основании Ю.Чайковский отрицает приоритет Дарвина в создании теории происхождения человека. «Можно только удивляться, – утверждает он, – что дарвинисты продолжают ссылаться на Дарвина как на автора теории происхождения человека» (Там же, с.106).

Ранее мы уже рассмотрели вклад Дарвина в решение этой проблемы. Если его предшественники, например, Ламарк, высказывали лишь догадки в этой сфере на основании чисто внешнего сходства человека и обезьян, а Карл Линней на основе такого же сходства отнёс человека к отряду приматов, то Дарвин дал подробнейший сравнительный анализ морфофизиологических особенностей представителей отряда приматов, которые со всей несомненностью доказывали происхождение человека от обезьяноподобных предков.

Дарвин действительно испытывал затруднения с объяснением происхождения человеческого разума. Он совершенно верно интерпретировал разум как специфическое средство борьбы за существование, создающее преимущество при действии естественного отбора. Но чересчур узкое понимание биологической работы, заимствованное у Ламарка, не позволило Дарвину осознать роль в происхождении разума орудийной деятельности, переросшей в социально организованный труд, в свою очередь, способствовавший развитию речи и формированию общественных отношений.

Но это не даёт никаких разумных оснований для презумпции, отрицающей приоритет Дарвина в открытии и доказательстве происхождения человека. Если положение о ведущей роли полового отбора в происхождении человеческого сознания можно признать наивным, то несравненно более наивной является принятая многими современными исследователями гипотеза о происхождении сознания посредством мутаций мозга предков человека, живших в Африке поблизости от залежей урана.

Именно Дарвин заложил основы современной антропологии и совместно с Геккелем задал импульс к систематическим палеонтолого-археологическим поискам останков предков человека.

Самый тяжелый удар по уверенности Дарвина в правоте своего учения об эволюции нанесли не возражения Майварта и Бронна, а статья инженера Флеминга Дженкина «Происхождение видов», опубликованная в 1867 г. и превратившая жизнь Дарвина в кошмар. В историю науки этот кошмар и вошёл под названием «кошмар Дженкина».

Вот как передаёт Ю.Чайковский доводы Дженкина, претендовавшие на опровержение учения Дарвина:

«Может ли естественный отбор выбирать новые качества и скрещивать разновидности так же, как это делает селекционер? Да и сами возможности человека увеличивать различия между породами – разве безграничны? По Дарвину, естественный отбор отличается от искусственного тем, что действует медленнее; но почему надо считать, что он может сделать то, чего селекционеру никогда не удалось достичь? Если, скажем, за шестьдесят лет можно вывести новую породу голубя, то из этого следует, что за какое-нибудь время можно… вывести птицу из пресмыкающегося? Только дикарь, продолжал Дженкин, глядя, как ядро вылетает из пушки, может решить, что в конце концов оно долетит до звезд. И скорость ядра, и размах наследственных изменений стремительно убывают по мере удаления от исходной точки. Поэтому нет никаких оснований ожидать, что подходящие изменения будут накапливаться» (Там же, с.108).

Сам Дженкин не предложил ничего нового, не выдвинул никакой альтернативы презумпциям учения Дарвина. От такой критики позиции Дарвина не могли разрушиться и потерять своё доминирующее положение в науке своего времени. Но удар большой силы был нанесён по методологии дарвиновского исследования, подвергнув одновременному разгрому и дарвиновскую аналогию, и дарвиновскую экстраполяцию.

Дарвин был снова в тяжёлом стрессе. Чайковский передаёт признание Дарвина, сделанное в частное переписке: «Доводы Дженкина меня убедили» (Там же, с.110). Дарвин был на грани признания краха дела всей своей жизни, банкротства великого учения, продвинувшего естествознание и науку колоссальным рывком вперёд, выведшего научное мировоззрение из средневекового состояния на совершенно новые горизонты развития.

Контраргументы Дженкина, конечно, не опровергли учения Дарвина как системы, но показали её принципиальную неполноту. Они подвергли сомнению её универсальность, то есть открыли поле для дальнейших исследований в направлении дальнейшего развития дарвинизма.

Они со всей необходимой наглядностью продемонстрировали, что отбор случайных ненаправленных изменений не является достаточно мощным двигателем, чтобы обеспечить универсальное действие механизма эволюции. Направленность отбора должна поддерживаться фактором, обеспечивающим саморазвитие организмов, а отбор – усиливать действие этого фактора и способствовать его передаче в череде поколений. В противном случае отбор случайных вариаций действует в стабилизирующей форме и превращается в фактор, препятствующий преобразованию видов.

На понимании необходимости этого дополнительного фактора и основано недовольство Ю.Чайковского дарвинизмом, доходящее до его полного отрицания. Чайковский называет его буксиром. Он проявляет неуверенность в характеристике природы этого фактора, связывая его то с направленным мутагенезом, то с «внутренними закономерностями», взятыми из теории номогенеза Л.Берга, то с ламарковским механизмом наследования приобретённых признаков.

Он лишь догадывается о существовании этого фактора, строя предположения о его природе. Что касается Дарвина, то он, заимствуя некоторые элементы ламарковского механизма эволюции, именно под давлением сокрушительных доводов Дженкина, приходил к совершенно правильному пониманию природы этого фактора. Он видел его в биологической работе организмов, осуществляемой в процессах борьбы за существование и поддерживаемой отбором, хотя и понимал эту работу в духе своего времени слишком узко, сводя её, подобно Ламарку, к употреблению и тренировке органов.

Ю.Чайковский упрекает Дарвина в отсутствии в его теории фактора активности организмов, который и выступает в качестве своеобразного «буксира», якобы отсутствующего в дарвинизме. Но этот упрёк, вполне справедливый по отношению к СТЭ, к Дарвину не имеет никакого отношения. Чайковский понимает эту активность абстрактно, как свойство Вселенной, Дарвин же понимал её конкретно, как активную выработку необходимых для выживания свойств в борьбе за существование.

Чайковский понимает этот фактор как буксир, то есть как нечто внешнее, тянущее за собой эволюцию. Дарвин же, развивая свою теорию в ответ на разрушительную критику оппонентов, стал понимать его как двигатель, мощь которого слагается из единства борьбы за существование, работы органов и отбора.

В 1868 г., на следующий год после выхода в свет статьи Дженкина, Дарвин опубликовал двухтомное исследование «Изменение животных и растений при одомашнивании». Вот как оценивает эту книгу со своих позиций Ю. Чайковский.

«Книга имела большое значение для селекционеров, но собственно к эволюции добавила мало. Как позже писал сын Дарвина, Фрэнсис, она не избегла враждебной критики… Критики были правы лишь отчасти: анализ изменчивости дал начало многим идеям, в том числе, в наши дни, идее давления нормы. В частности, именно в «Изменении» Дарвин обнародовал свою «временную» гипотезу пангенеза»… Современники дружно ее отвергли… Однако как раз эта гипотеза может пережить все. Физиолог-ламаркист И.А. Аршавский любил говорить, что одного пангенеза достаточно, чтобы увековечить имя Дарвина. Мало того, что в споре с идеей пангенеза родилась генетика, но для высших животных опыты ее через сто лет отчасти подтвердили (были открыты половые клетки), чего о естественном отборе не скажешь» (Там же, с. 103).

«Изменение животных и растений при одомашнивании» – действительно самая «ламаркистская» книга Дарвина. При этом ее значение для развития дарвинизма в силу исторических обстоятельств не было оценено ни современниками, ни потомками. Она добавила к дарвиновской теории эволюции отнюдь не так мало, как это казалось современникам и представляется Ю. Чайковскому как критику дарвинизма. Дарвин пошел гораздо дальше Ламарка в исследовании процесса наследования результатов биологической работы организмов, сведенной пока еще к употреблению и тренировке органов.

Он предложил конкретный механизм наследственного усвоения, который обладал, конечно, целым рядом недостатков, исторически обусловленных, но не препятствующих перспективам дальнейшего развития представлений о нем в будущем. Главным недостатком дарвиновского представления об этом механизме было прямое, прямолинейное наследование, соответствовавшее механистическому характеру господствовавшей в то время научной картины мира.

Не случайно именно убежденным дарвинист Август Вейсман показал невозможность прямого, прямолинейного наследования, обосновав идею эволюционно значимого барьера между половыми и соматическими клетками организма, открыв тем самым эпоху развития неодарвинизма XX века.

Другим фундаментальным недостатком было представление о вещественном, а не информационном влиянии работы органов на наследственные структуры организмов. Это тоже было данью господствовавшему механицизму и вполне соответствовало механистическому варианту общей теории эволюции, который развивал соратник Дарвина Герберт Спенсер. Сегодня, когда многие исследователи, опираясь на новейшие открытия генетики и эмбриологии, заговорили о необходимости создания теории «нового пангенеза», мы можем с благодарностью воспользоваться этой «устарелой» идеей Дарвина для развития дарвинистских представлений об эволюции с учетом указанных недостатков.

Конечно, эволюционное значение работы Дарвина «Изменение животных и растений при одомашнивании» не ограничивается выдвижением идеи пангенеза. Представление о снятии давления нормы при одомашнивании, на которое совершенно правильно указывает Ю. Чайковский, сочеталось у Дарвина с представлением о резком снижении интенсивности эволюционного действия биологической работы органов и систем организмов одомашниваемых растений и животных.

Сам Дарвин не знал терминов «биологическая работы», «мобилизационные структуры», «эволюционная прибыль», но он вполне уверенно оперировал соответствующими механизмами, рассматривая изменения, происходящие с организмами растений и животных при одомашнивании.

В этой работе Дарвин не ограничивается указанием на роль искусственного отбора в эволюции сортов растений и пород животных, одомашненных человеком. Он показывает, что материал для искусственного отбора, позволяющий резко повысить его скорость и интенсивность по сравнению с отбором естественным, образуется вследствие резкого повышения уровня полиморфизма в процессах одомашнивания.

Снижение интенсивности работы органов и систем организмов при одомашнивании, приводящее к снижению давления нормы и повышению уровня полиморфизма, используемого при селекции для отбора полезных для человека форм, связано с тем, что наиболее значительную часть работы, необходимой для выживания и развития одомашненных организмов берет на себя и выполняет человек.

В дикой природе растения и животные сами выполняют работу, необходимую для эффективной борьбы за существование, и тем самым стимулируют естественный отбор к потенциально неограниченному повышению их адаптивных способностей и конкурентных преимуществ в изменяющихся условиях среды.

Несостоятельность возражений Дженкина против дарвиновской теории отбора как раз и состоит в непонимании связи отбора с активностью работающих в борьбе за существование организмов. Действие отбора имеет свои границы, и в этом Дженкин было совершенно прав. Но эти границы раздвигаются с изменением условий борьбы за существование, побуждающих организмы к соответствующему изменению всего комплекса производимой ими работы.

Организмы сами активно подбирают оптимальные для данных условий формы работы и тем раздвигают границы собственных норм реакции и возможностей отбора по закреплению эволюционных изменений. Не случайные вариации, а направленные изменения, образуемые сменой комплексов биологической работы больших групп организмов в изменяющейся экологической среде, сдвигая нормы реакции генетических структур, побуждают отбор закреплять эволюционные инновации и способствовать видообразованию.

Думается, что именно в этом определении отразился современный дарвинизм, соответствующий современному уровню наших знаний. Случайные же вариации, и в этом Чайковский и другие критики неодарвинизма совершенно правы, являются лишь формами поддержания стабильности вида, они побуждают отбор отсекать дестабилизирующие отклонения и к видообразованию не ведут. Дарвин думал иначе, открыв тем самым прямой путь к неодарвинистским сценариям, основанным на геноцентризме и мутационизме, т. е. на генетическом обосновании эволюционной роли случайных вариаций.

Это означает, что в наше время требуется реформа дарвинизма на его собственной основе, а не «научная революция», ниспровергающая дарвинизм, а вместе с ним и его главные достижения. Именно в понимании преобразующей эволюционной роли биологической работы больших групп организмов, поддерживаемой и усиливаемой отбором, состоит более глубокое опровержение доводов Дженкина, направленных против дарвинизма, чем было достигнуто менделевской моделью наследования и популяционной генетикой. «Кошмар Дженкина» по-настоящему прекращается только в XXI веке.

«Главный пункт у Дженкина, – объясняет Ю. Чайковский, – поглощающее влияние скрещивания. Предположим, что появляется вариант, более удачный, чем существующие, нормальные организмы данного вида. Спрашивается: с кем ему скрещиваться? Если вокруг имеются лишь нормальные особи, то шансов передать полезное новшество нет: уже через несколько поколений оно будет «засосано болотом» обычных организмов… Отбор мог бы быть эффективным лишь при условии, если какое-то уклонение, притом значительное, возникнет сразу у многих особей, но на самом деле такие отклонения редки и, значит, неизбежно будут поглощены «болотом» нормальных особей» (Там же, с. 109).

Без изменения всего комплекса биологической работы большой группы организмов данного вида в новых экологических условиях не может идти и речи об изменении направленности отбора, способной поддерживать мобилизационную инновацию, а не утопить ее в «болоте» скрещиваний с другими случайными вариациями единичных особей.

Популяционная генетика, опираясь на модель Менделя, вообще пошла в преодолении «кошмара» Дженкина не по магистральному, а по обходному пути. Она занялась расчетами, как скоро мутационные изменения, накопленные в неактивном гетерозиготном состоянии и действительно способные наследоваться в неограниченном числе поколений, проявившись у отдельных особей, распространятся при скрещиваниях по всей популяции.

Но никто никогда не доказал, что накоплением сколь угодно большого числа малых мутаций, а тем более проявлением крупной мутации можно получить какое-либо эволюционно значимое новшество. Будучи ошибками, сбоями, нарушениями биологической работы генетического аппарата, мутации способны или порождать генетические заболевания и разнообразные уродства, устраняемые вместе с их носителями нормализующим отбором, или во взаимодействии с комбинационными изменениями генетических структур половых клеток при оплодотворении порождать неисчислимое множество случайных вариаций.

Являясь основой внутривидового полиморфизма, такие вариации выступают не как источник видообразования, а совсем наоборот – как важнейшее средство самосохранения вида, позволяющее ему выживать при разнообразных запросах окружающей среды и элиминирующих воздействиях естественного отбора.

Ю. Чайковский подчеркивает, что «различие между особями к эволюции не ведет» (Там же, с.324). Это верно для обычных, рамочных различий. Однако здесь необходимо оговорить, какое различие и к какой эволюции. Внутривидовая эволюция, не выходящая за рамки поддержания стабильности вида, как раз и обусловливается действием отбора на различно устроенных и по-разному работающих особей.

Видообразовательные же процессы могут начаться только при снятии или достаточном снижении давления нормы (по Ю. Чайковскому) и при изменении форм биологической работы большой группы организмов, обусловливающей инновационный, трансформерный полиморфизм. В этих условиях отбор поощряет дивергенцию видов или их тотальное преобразование в качественно иные виды. Как бы там ни было, эволюция без отбора немыслима.

«Исходное допущение дарвинизма, – подводит итог Ю. Чайковский, – что различие между организмами одного вида есть фактор эволюции (эволюционная изменчивость) – оказалось принципиальной ошибкой» (Там же, с. 324). По отношению к обычной изменчивости – ошибкой. А по отношению к крупной, действительно преобразованной эволюционной изменчивости – гениальным предвидением.

Не случайно разброс признаков, который Ю. Чайковский вслед за С. Мейеном называет транзитивным полиморфизмом, или транполом, а действительно транзитивный, трансформерный полиморфизм лежит в основе отбора, способствующего видообразованию. Этот полиморфизм порождается различиями форм биологической работы организмов при приспособлении к необычным условиям.

Здесь необходимо сказать и о придуманном Ю. Чайковским в пику дарвинизму расплоде. Этим странным понятием выражена важная и интересная идея. Как и многие современные ламаркисты, Чайковский совершенно правомерно ратует за использование в эволюционной теории модели, сложившейся в теории иммунитета. Начало этому подходу положил австралийский ученый Э. Стил.

Действие одного из механизмов иммунитета заключается в избирательном размножении иммунных клеток, оказавшихся эффективными при действии на определенный антиген. «В стрессовой ситуации, какую создает вторжение антигена, – пишет Ю. Чайковский, – включается механизм перестройки иммуноглобулиновых генов… Параллель с эволюцией налицо, и можно сказать больше: иммуногенез выступает как эволюционный эксперимент, как модель эволюции путем активности генома» (Там же, с. 245, 247).

Ю. Чайковский усматривает в этом противоречие с дарвиновской теорией отбора. «Допущены к размножению, – рассуждает Чайковский, – термин селекционеров, он относится не к естественному, а к искусственному отбору… Иммуногенез сходен не с тем отбором, на котором Дарвин построил свое понимание эволюции, а с другим, искусственным отбором, который был привлечен им лишь для аналогии… Даже вдумчивые биологи подчас склонны считать всякий отбор, идущий в природе, естественным по Дарвину, поскольку-де искусственный отбор не может происходить в природе по определению» (Там же, с. 247–248).

Но если искусственный отбор происходит в природе без участия человека, заменяющего своей работой биологическую работу организмов, значит, это все же лишь один из вариантов, или разновидностей естественного отбора. Искусственный отбор при отсутствии селекционера – это нонсенс, бессмыслица. Чайковский очень старается придать подбору и избирательному размножению носителей полезных свойств недарвиновский смысл, но у него это очень плохо получается.

«Рассмотренному типу активности, – считает Ю. Чайковский, – следует дать такое название, которое исключит путаницу. Название не должно содержать слова «отбор», поскольку слишком прочна его связь с дарвинизмом… Не желая вводить неологизм и не найдя лучшего варианта, предлагаю старинный термин «расплод» – в том значении, которое дает ему словать В.И. Даля: там это отглагольное существительное от глагола «расплодить». Тем самым, оно исходно означает процедуру получения массового потомства от избранного варианта…» (Там же, с. 249).

То, что Ю. Чайковский понимает под термином «расплод», есть, в сущности, естественный отбор, направляемый результатами биологической работы организмов и в свою очередь направляющий избирательное размножение организмов, способных к высококачественной биологической работе в определенных условиях. Но Чайковский не знает понятия биологической работы, и потому совершенно непонятным остается, кем или чем осуществляется «расплод».

«Перечислю, – обещает он, – свойства расплода как процедуры:

1) производится активный выбор того свойства, которое подлежит избирательному размножению;

2) особям, обладающим данным свойством, обеспечивается размножение, тогда как остальные особи от него устраняются;

3) если размножение половое, то желательным свойством (свойствами) должны обладать оба родителя (нужен активный подбор пары)». (Там же).

Кем производится выбор свойства? Что обеспечивает размножение особей, им обладающим? Кто осуществляет подбор пары при половом размножении? Нет ответа. Есть только желание противопоставить такой отбор общей теории отбора, созданной Дарвином.

Вместе с тем в главном Ю. Чайковский все-таки прав. Его анализ подводит к обоснованию тезиса, который имеет первостепенное значение для современного развития эволюционной биологии. Этот тезис гласит:

«Отбор ненаправленных вариаций эволюцию вести неспособен. Эволюция явно требует направленных изменений» (Там же, с. 254).

Под этим тезисом мы готовы подписаться. В нем содержится мобилизационный потенциал для значительного усовершенствования теории эволюции, но на дарвинистской, а не на неизвестно какой основе. Ибо без отбора не происходит никакого эволюционного события, ни в рамках вида, ни в процессах видообразования, ни на надвидовом уровне.

Высказанные выше, порой довольно резкие критические замечания по поводу антидарвинизма Ю. Чайковского не следует понимать таким образом, что творческий поиск этого автора бесплоден или сплошь ошибочен. Напротив, мы считает Ю. Чайковского одним из самых крупных современных российских эволюционистов. По большинству вопросов мы является единомышленниками. Нам импонирует его антидогматизм и мобилизационная активность в отстаивании необщепринятых взглядов на эволюцию.

Даже радикальный антидарвинист Ю. Чайковский приносит огромную пользу, так как позволяет путем доказательства от противного показать неиссякающие возможности и перспективы дарвинизма в развитии теории биологической эволюции, становлении универсального эволюционизма как научного мировоззрения XXI века.

Величайшими героями науки, создателями эпохальных научных достижений становятся не те ученые, которые решили какие-то частные научные проблемы, открыли или объяснили какие-то факты, пригодившиеся в дальнейших исследованиях. Ими становятся только те, кто своими научными трудами сумел усовершенствовать научное мировоззрение, раздвинуть рамки научной веры. Среди этих величайших героев, великанов научного поиска имя Дарвина стоит на первом месте. Как правильно отмечает Чайковский, он внес решающий вклад в то, что эволюционная идея стала в науке общепризнанной и преподаваемой, т. е. заняла лидирующее место в образовании молодых поколений.

Теория Дарвина – не просто рядовая научная теория, одна из очень и очень многих. Она есть учение, включающее в себя и научную теорию, и последовательное эволюционное мировоззрение и элементы научной веры, основанной на знании происхождения живой природы и человека, а тем самым противостоящей религиозно-утопическим, мифологическим взглядам на природу человека.

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Теория ошибок наблюдения
  • Теория ошибок доверительный интервал
  • Теория ошибки выжившего
  • Теория накопления ошибок
  • Телец ошибка 28 что это