В чем был прав ламарк
В чем был прав ламарк
Долгие годы ламаркизм оставался предметом насмешек учителей и примером научной несостоятельности. Это время прошло!
Когда один из первых эволюционистов Нового времени Жан Батист Ламарк опубликовал свои воззрения на механизмы эволюции, общество восприняло их в штыки. Не получив и сотой доли признания, выпавшего на долю Чарльза Дарвина, Ламарк умер в нищете и был похоронен в общей могиле, вместе с другими бедняками. Возможно, близится время реабилитировать Жана Батиста если не как светило биологии, то как минимум в качестве ученого, намного опередившего свое время.
По мнению Ламарка, эволюционные преобразования организмов происходили за счет двух основополагающих моментов: изменения органов в результате их упражнения (усиленного функционирования) и передачи этого изменения непосредственным потомкам упражнявшейся особи. Классическим примером ламаркистской эволюции был жираф: чтобы добраться до сочной листвы на верхушках деревьев, жирафы вытягивали шею все выше, поколение за поколением накапливая удлинение, и в конце концов отрастили себе самую длинную шею среди современных существ.
Гипотезу Ламарка раскритиковали сразу с двух сторон – одни не видели в его построениях научной основы, а другие апеллировали к религиозной картине мира. И вот, спустя 200 лет после работ знаменитого французского эволюциониста, современная наука пришла примерно к тем же мыслям, что были высказаны им еще в начале 19 века. Новая научная область, вдохнувшая в ламаркизм второе дыхание, называется эпигенетикой.
Сегодня о геноме и его роли в наследственности слышал каждый (во всяком случае, мы на это надеемся). Значительно меньше людей знают об эпигенетических механизмах наследственности, таких, как метилирование ДНК или модификации гистонов. Эти процессы контролируют не структуру генов, а их активирование или ингибирование. Отдельные участки генов в определенный момент могут быть включены или выключены с помощью химических механизмов, запускаемых факторами среды или регуляторными системами самого организма. Эпигенетические механизмы могут заметно менять экспрессию ДНК при жизни одной особи в ответ, например, на экологические процессы, происходившие во время деления клеток, и именно в текущем виде передаются по наследству. Таким образом, Ламарк все же был прав: изменения. Происходящие в течение жизни организма, могут быть переданы его потомству.
Перспективы изучения эпигенетических процессов огромны. Возьмем, например, пару однояйцевых близнецов. Их геном полностью тождественен, но внешний вид, поведение, предрасположенность к заболеваниям могут заметно меняться. Все это результат эпигеномных взаимодействий. Иными словами, окружающая среда влияет на нас не только прямыми мутациями генов, но и их химическим маркированием на эпигенетическом уровне.
В процессе старения организма эпигенетические изменения накапливаются, увеличивая изменения в штатной экспрессии генов и делая нас более предрасположенными к различным заболеваниям. Понимая эпигенетические механизмы, мы сможем отключать самые вредоносные из них, восстанавливая нормальное функционирование организма. Пока современная наука только нащупывает основные механизмы и закономерности этих тонких регуляторных процессов, но уже то, что удалось выяснить, буквально завораживает. Например, исследование алкоголизма показало, что спирт вызывает изменения в миндалевидном теле мозга – амигдале, эпигенетически влияя на экспрессию генов и увеличивая зависимость от употребления алкоголя.
Ламаркизм
Содержание
Принцип стремления к совершенству
Всех животных Ламарк распределил по шести ступеням, уровням (или, как он говорил, «градациям») по сложности их организации. Дальше всего от человека стоят инфузории, ближе всего к нему — млекопитающие. При этом всему живому присуще стремление развиваться от простого к сложному, продвигаться по «ступеням» вверх.
В живом мире постоянно происходит плавная эволюция. Исходя из этого, Ламарк пришёл к выводу, что видов в природе на самом деле не существует, есть только отдельные особи. Ламарк последовательно применил в своей теории знаменитый принцип Лейбница: «Природа не делает скачков». Отрицая существование видов, Ламарк ссылался на свой огромный опыт систематика:
«Только тот, кто долго и усиленно занимался определением видов и обращался к богатым коллекциям, может знать, до какой степени виды сливаются одни с другими. Я спрашиваю, какой опытный зоолог или ботаник не убеждён в основательности только что сказанного мною? Поднимитесь до рыб, рептилий, птиц, даже до млекопитающих, и вы увидите повсюду постепенные переходы между соседними видами и даже родами.»
На вопрос о том, почему человек не замечает постоянного превращения одних видов в другие, Ламарк отвечал так: «Допустим, что человеческая жизнь длится не более одной секунды в сравнении с жизнью вселенной, в этом случае ни один человек, занявшийся созерцанием часовой стрелки, не увидит, как она выходит из своего положения». Даже через десятки поколений её движение не будет заметным.
Законы эволюции по Ламарку
Совершенствуясь, организмы вынуждены приспосабливаться к условиям внешней среды. Для объяснения этого учёный сформулировал несколько «законов». Прежде всего, это «закон упражнения и не упражнения органов». Наибольшую известность из примеров, приведённых Ламарком, приобрёл пример с жирафами. Жирафам приходится постоянно вытягивать шею, чтобы дотянуться до листьев, растущих у них над головой. Поэтому их шеи становятся длиннее, вытягиваются. Муравьеду, чтобы ловить муравьёв в глубине муравейника, приходится постоянно вытягивать язык, и тот становится длинным и тонким. С другой стороны, кроту под землёй глаза только мешают, и они постепенно исчезают.
Если орган часто упражняется, он развивается. Если орган не упражняется, он постепенно отмирает.
Другой «закон» Ламарка — «закон наследования приобретённых признаков». Полезные признаки, приобретённые животным, по мнению Ламарка, передаются потомству. Жирафы передали потомкам вытянутую шею, муравьеды унаследовали длинный язык, и так далее.
Реакция современников
Как же восприняли современники теорию Ламарка? Одни учёные оставили «Философию зоологии» без всякого внимания, другие принялись разносить её в пух и прах. Ламарк преподнёс свою книгу в подарок французскому императору Наполеону Бонапарту, но тот так отругал её, что пожилой учёный не смог удержаться от слёз.
Даже Чарльз Дарвин первоначально весьма резко отзывался о книге Ламарка: «Да сохранит меня небо от глупого ламарковского „стремления к прогрессу“, „приспособления вследствие хотения животных“»; «Ламарк повредил вопросу своим нелепым, хотя и умным трудом». Однако впоследствии вынужден был принять некоторые принципы учения Ламарка. В частности, им была выдвинута гипотеза пангенеза, которая была развитием идеи Ламарка о наследовании приобретённых признаков.
Но, тем не менее, возрождение ламаркизма началось именно с появлением эволюционной теории Дарвина в 1859 году. Весьма символично, что Дарвин родился в тот самый год, когда во Франции была напечатана книга Ламарка.
Опыты Вейсмана
Август Вейсман проверил несостоятельность теории Ламарка. Он разводил мышей, из поколения в поколение, отрубая им хвосты. По теории Ламарка, в результате они должны были атрофироваться, так как не использовались при жизни. Однако, никаких изменений не произошло. Это можно объяснить тем, что на генетическом уровне не происходило каких-либо изменений, способствующих отмиранию хвоста в будущих поколениях мышей.
Ламаркизм и современность
Применение принципов ламаркизма
Основные положения теории Ламарка. Эволюционная гипотеза
Жану-Батисту Ламарку часто приписывают большой прорыв в современной эволюционной теории, потому что он был первым, кто оказался способен предложить механизм, по которому протекал процесс смены видов. Кроме того, он расширил определение эволюционных изменений, сказав, что жизнь начиналась просто и становилась все более сложной. В 1809 году он опубликовал работу «Философия зоологии». В ней он описал часть механизма, с помощью которого в вид постепенно вносились изменения и передавались из поколения в поколение. Его теория также иногда называется теорией трансформации или просто ламаркизмом. Хотя сегодня основные положения теории Ламарка считаются большим шагом вперед в теории эволюции, в течение своей жизни он не получил особого признания.
Вам будет интересно: Нормы оценок в начальной школе по ФГОС: положение, приемы, контроль и система оценивания
Пример для объяснения теории Ламарка
Классический пример, используемый для объяснения его концепции — удлиненная шея жирафа. Согласно теории Ламарка, если животному в течение его жизни приходилось долгое время напрягать шею для того, чтобы достать до высоких ветвей, в итоге она начинала вытягиваться. Основным минусом его теории было то, что он не мог объяснить, как это может произойти, хотя обсуждал «естественную тенденцию к совершенству».
Другой пример, который использовал Ламарк, — пальцы ног водоплавающих птиц. Он предположил, что годами напрягая пальцы ног, преодолевая сопротивление воды, эти птицы получили удлиненные перепонки, чтобы лучше плавать. Эти два примера показывают, как использование какого-то органа может изменить характерную черту вида. По тому же принципу Ламарк утверждал, что прекращение подобной работы приводит к атрофированию признака. Крылья пингвинов, например, меньше, чем у других птиц, потому что они не используют их для полетов.
Наследование в теории Ламарка
Второе основное положение эволюционной теории Ламарка было посвящено наследованию приобретенных черт. Ученый считал, что измененные или приобретенные черты могут быть переданы потомству. Жирафы, у которых появились длинные шеи, будут иметь потомство с длинными шеями, а не с короткими. Такой тип наследования иногда называют вторым законом ламаркизма. Но он был опровергнут после открытия наследственной генетики.
Основное положение теории Ламарка о наследовании, которое выдержало испытание временем — идея, что эволюционные изменения происходят постепенно и постоянно. Он изучал древние ракушки и заметил, что чем старше они были, чем проще выглядели. Из этого он пришел к выводу, что виды начали с простоты и последовательно усложнялись или совершенствовались.
Недостатки теории Ламарка
То, что сегодня называют теорией эволюции Ламарка, на самом деле не было его идеей. Имя настоящего ее создателя потерялось в истории. Ламарк описал эту теорию в одной из своих книг. И было очевидно, что изначальная идея была не его собственной. Основные положения теории Ж.-Б. Ламарка стали очень популярны, и в результате идеи стали ассоциироваться с его именем. Современная эпигенетика тоже не является результатом труда этого ученого.
Отсутствие механизма наследственных черт
Основные положения теории Жана-Батиста Ламарка — это теория не эволюции, а адаптации, которая является лишь частью эволюции. Она аналогична естественному отбору, а не эволюционной теории в целом. Теория Ламарка перестала быть популярной, так как было установлено, что ее первый постулат, принцип использования и неиспользования определенных органов, можно применить лишь к небольшому количеству органов, систем или приспособлений. А для большинства наследственных черт такой механизм просто не работает.
Доказательства несостоятельности теории
Основные положения эволюционной теории Жана-Батиста Ламарка не прошли практической проверки. У взрослого жирафа не происходит удлинения шеи в течение его жизни независимо от того, насколько трудно ему дотянуться до высоких ветвей. Некоторые системы органов фактически деградируют из-за чрезмерного использования. Постоянное использование суставов не делает их сильнее, а наоборот, ускоряет артритическую деградацию. И некоторые приспособления используются только один раз в жизни любого животного, например, нерестовое поведение лососей. Если родитель использует адаптацию только один раз, а затем умирает, возникает вопрос, как могут произойти какие-либо изменения от повторного использования или отказа от использования, чтобы перейти на всех потомков.
Наследственность и потомство
Наконец, если бы этот принцип был общим для всех животных, можно было бы ожидать, что потомство, родившееся в конце жизни родителя, будет иметь более развитые приобретенные характеристики, чем то потомство, которое родилось в начале его жизни. Поскольку родитель жил дольше и у него было больше времени, чтобы приобрести больше характеристик, переданные черты могли быть совсем другими. Кроме того, были найдены убедительные доказательства несостоятельности основных положений эволюционной теории Ж.-Б. Ламарка, потому что многие приобретенные черты не передаются по наследству. Но все же эти черты по-прежнему развивались и менялись с течением времени. Это говорит о том, что механизм наследования, названный Ламарком, не может быть основной причиной приспособительных изменений в процессе эволюции. Но с другой стороны, это не исключает возможности того, что механизмы, описанные ученым, могут быть ответственны за некоторые эволюционные адаптации как незначительные. Но до сих пор не было ни одного наблюдения какого-либо признака, развивающегося в результате передачи приобретенных характеристик.
Что такое эпигенетика
Эпигенетика — это механизм, с помощью которого родитель иногда в ответ на стимулы внешней среды различного рода может изменить экспрессии генов или фенотип клетки без изменения ДНК. Это в основном частный пример нормальной фенотипической пластичности, в котором организм может изменить картину экспрессии генов подмножеств собственных клеток в ответ на экологические триггеры. Это может произойти в гаметах, поэтому оказывает влияние на потенциальное потомство. Но это ни в коем случае не «наследование приобретенных характеристик», как говорилось в основных положениях теории Ламарка. Новых характеристик не приобретается. Гены, чьи модели экспрессии изменились, уже были там и не изменяются. Другими словами, потенциал для фенотипической пластичности был там, эволюционировав, предположительно, через дарвиновские механизмы за несколько поколений до этого.
Отличие одноклеточных и многоклеточных организмов
Все что изменилось — это выражение фенотипа. За исключением дополнительных мутаций, что является нео-дарвиновским механизмом, не происходит постоянного изменения в наследуемой информации, передаваемой будущим поколениям в долгосрочной перспективе. Таким образом, все то, что потомство в конечном итоге выражает, не является новой или измененной характеристикой вообще, а выступает чертой, которую родители всегда имели возможность выразить. Но стоит отметить, что все вышесказанное относится в первую очередь к многоклеточным формам жизни, которые были основными типами организмов, с которыми биологи были связаны во время Ламарка и Дарвина. Если говорить об основных положениях теории Ламарка, то стоит упомянуть, что в области одноклеточной жизни различие между новой мутацией и «приобретенной характеристикой» довольно размыто и более или менее сводится к вопросу семантики.
Ламаркизм: от жирафа до трансгенных людей
275 лет со дня рождения Жан-Батиста Ламарка и 210 лет со дня выхода в свет его «Философии зоологии»
Сергей Петухов
«Коммерсантъ Наука» №13, апрель 2019
Фото: Геннадий Гуляев / Коммерсантъ
За два с лишним века теорию эволюции Ламарка опровергали неоднократно, но каждый раз она оживала вновь, причем не в усовершенствованной, более современной ипостаси, а в своем исходном, без малейших поправок и оговорок, виде, в каком Ламарк ее сформулировал в «Философии зоологии» 210 лет назад. Редкий, если не уникальный случай в истории науки.
Благодаря хрестоматийному примеру Ламарка с жирафом, который тянется за листьями деревьев и потому у него длинная шея, суть теории эволюции Ламарка знают, наверное, все. Если изложить ее простыми словами, то жирафы, которые особенно старательно тянут шею, рождают потомство с более длинной шеей, чем у ленивых сородичей.
Или, если дословно: «Обстоятельства приводят к тому, что состояние индивидуумов становится для них обычным и постоянным, и внутренняя организация таких индивидуумов в конце концов изменяется. Потомство, получающееся при скрещивании таких индивидуумов, сохраняет приобретенные изменения, и в результате образуется порода, сильно отличающаяся от той, индивидуумы которой все время находились в условиях, благоприятных для их развития». Первое предложение в данном абзаце — это первый закон Ламарка «Упражнения и неупражнения органов». Второе — второй закон Ламарка «Закон наследования приобретенных признаков».
Ламарк революции в науке не вызвал, более того, его теорию почти не заметили. Ученым не понравилась эволюция как результат «хотения животных» (выражение Дарвина). А простые люди и без Ламарка знали, что «каждому воздастся по делам его».
Первое прощание с ламаркизмом
Ситуация изменилась после выхода в свет в 1859 году «Происхождения видов путем естественного отбора» Чарльза Дарвина. Согласно его теории эволюции, все живые существа рождаются разными. Больше шансов дожить до половой зрелости и оставить потомство имеют те, кто родился более приспособленным к конкретной жизненной ситуации. Проще говоря, в борьбе за существование побеждают те, кому посчастливилось родиться уже готовыми к ней. В этом суть естественного отбора — движущей силы эволюции.
Дарвин мало кого оставил равнодушным. Буквально на следующий год Герберт Спенсер примерил законы Дарвина на человеческое общество. Выражение Спенсера survival of the fittest («выживание самого приспособленного») моментально стало мемом, трансформировавшись в постулат «выживает сильнейший», который лег в основу социал-дарвинизма. Тот, в свою очередь, породил целый букет расистских, фашистских и прочих теорий о юберменше («сверхчеловеке» по терминологии Ницше) и унтерменше («недочеловеке» по терминологии Розенберга, повешенного по приговору Нюрнбергского трибунала в том числе и за это).
Понятно, что прогрессивную либеральную мысль такой мета-дарвинизм не устраивал, ей милее была бы парадигма, в которой все рождаются равными и самостоятельно реализуют природные задатки, меняя из поколения в поколение себя к лучшему. Как жирафы Ламарка. И ученые впервые всерьез обратили внимание на его теорию.
Август Вейсман в попытке экспериментально подтвердить закон Ламарка об «упражнении и неупражнении органов» с немецкой методичностью отрезал мышам хвосты и потом спаривал их на протяжении 22 поколений. На это у него ушло четыре года, но хвост у мыши не уменьшился ни на миллиметр. Получилось как в детской сказке: мышка хвостиком махнула, яичко ламаркизма упало и разбилось.
Второе отпевание ламаркизма
К счастью для противников, Дарвин формулировал законы, опираясь на косвенные их доказательства, у него не было ответа на главный вопрос: какова природа изменчивости, что, собственно, наследуется потомством победивших в жизненной борьбе? Или, проще говоря, еще не был известен материальный носитель наследственности — ген, кусочек нити ДНК.
Поиск материального носителя наследственности вышел на передний край биологии. Его обнаружение либо подтвердило бы теорию Дарвина, либо ее опровергло. Но и в том, и в другом случае ученые получили бы инструмент, который позволил бы им управлять эволюцией. Не важно, как именно: либо управлять изменчивостью и отбором, либо, если прав Ламарк, помогать организму «упражнять» непосредственно носитель наследственности, а не органы.
К началу XX века ситуация с материальным носителем наследственности прояснилась: стало ясно, где он локализуется, — в хромосомах. Сформировалась новая наука о наследственности — генетика.
Американец Томас Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности. А тот самый Вейсман, который резал мышам хвосты, объединил дарвинизм и генетику в теорию неодарвинизма. Материалом для естественного отбора по Дарвину служили изменения в веществе хромосом — мутации. В каких-либо дополнениях в виде стремления организмов к самосовершенствованию неодарвинизм не нуждался.
Примечательно, что Морган и Вейсман исходно были идейными ламаркистами, тем более убедительным казался окончательный крах ламаркизма.
Мутация генетики
Отныне путь к управлению эволюцией генетикам был ясен. Если материалом для природного отбора были случайные мутации в хромосомах, то надо сделать их неслучайными. Как это сделать, тоже было ясно: подействовать на хромосомы жестким излучением — от рентгеновских до гамма-лучей.
Опыты на мухах дрозофилах подтвердили, что ионизирующие излучения вызывают искусственные мутации, и тем больше, чем выше доза облучения. Но это был ненаправленный мутагенез, он лишь повышал число вариантов вещества наследственности, среди которых могли быть нужные ученым. Но практически все были ненужные и вредные.
Надежду внушал более мягкий по действию на живое вещество химический мутагенез. В этой области лидировала советская генетика. Казалось, еще немного, и с помощью химических мутагенов ученые изменят мир к лучшему. Но как раз в этот момент генетика как наука в Советском Союзе перестала существовать. Ее место занял ламаркизм по-советски — мичуринская биология.
Ламаркизм по-советски
В истории науки часто демонизируют «злого гения» генетики академика Трофима Лысенко. Не было бы его, нашелся бы другой, возможно, еще хуже, биология как наука была обречена в СССР в те годы по более весомой причине.
Страну победившего социализма надо было накормить и вооружить. Если вторая задача была решена — к концу 1930-х годов промышленность СССР по основным показателям вышла на третье место в мире, после США и Германии, то первая решалась со скрипом. А после коллективизации сельского хозяйства в стране опять начались голодоморы.
«Виновных» нашли и покарали, разоблачив нелегальную Трудовую крестьянскую партию и ликвидировав кулачество как класс, но проблемы это не решило. Назначить виновными ученых, препятствующих своей генетикой решению продовольственного вопроса, могли в любой момент. Только в те годы, в атмосфере противоестественного симбиоза энтузиазма первых пятилеток («Мы рождены, чтоб сделать сказку былью») и смертельного страха ученых за себя и своих близких, могла родиться такая химера, как мичуринская биология.
Сам Иван Мичурин, селекционер-самоучка, «упражнял» растения так удачно, что они выживали и плодоносили в непривычных условиях. Он работал методами традиционной селекции, поэтому обходился без знания дарвинизма и ламаркизма и даже законы собрата-селекционера Грегора Менделя считал благоглупостью. Наверное, он удивился бы, если б узнал, что его метод отдаленной гибридизации через посредника легко объясняет наука генетика. Едва ли Мичурин благоговел перед Ламарком, но был уже мертв, когда его «скрестили» с Ламарком под лозунгом «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача».
Гибрид из традиционной селекции и ламаркизма, как и следовало ожидать, оказался бесплодным, но только не для власти, которая еще меньше Мичурина нуждалась в знании о хромосомах и судила о науке даже не по ее результатам, а по презентации результатов, как говорят сейчас. А в искусстве презентаций Лысенко был мастером. Ветвистая пшеница на опытной делянке в Подмосковье, виноград в Воронеже и другие чудеса мичуринской биологии производили нужное впечатление.
Лысенко не стоило большого труда спровоцировать власть на инквизиторскую меру — полный запрет в СССР генетики как науки летом 1948 года. Решением февральского 1947 года пленума ВКП(б) была поставлена задача в течение 1948 года выйти в сельском хозяйстве на довоенные показатели. Сделать это за год было нереально, а запретить лженауку генетику было не только проще простого, но и мудро с аппаратной точки зрения партийных кураторов аграрного сектора. Ученым-мичуринцам расчистили дорогу, как они просили. Если теперь они не справятся, то за все и ответят.
Третьи похороны ламаркизма
Лысенковская разновидность ламаркизма продержалась на плаву вплоть до отставки Никиты Хрущева в 1964 году. Все эти годы советские генетики могли лишь наблюдать со стороны, как окончательно прояснилась природа носителя наследственности — ДНК — и была сформулирована центральная догма биологии.
Согласно догме, информация передается только от ДНК к белку, путь в обратном направлении — от белка к ДНК — закрыт. Или, проще говоря, целенаправленно извне подействовать на ген невозможно в принципе. Этим, казалось, была поставлена жирная точка в истории ламаркизма.
Молекулярные мичуринцы
Но к этому моменту управление эволюцией, будь то на принципах дарвинизма или ламаркизма, стало ученым не интересно. В генетику толпой хлынули физики и химики, которых не тревожили тени великих Ламарка и Дарвина. Они видели перед собой обычную для дачника задачу повышения урожайности своего сада и огорода. Есть стебель подвоя (ДНК, которую надо изменить), есть черенок привоя (нужная ДНК для замены) и есть промежуточное в процедуре прививки растение — посредник («вектор», ДНК, которая поможет сделать нужную замену). Мичуринский метод отдаленной гибридизации в кристально чистом виде!
Мичуринский метод, примененный на молекулярном уровне, дал ГМО. Уходящие за горизонт поля трансгенных рапса, риса, сои, кукурузы, плещущиеся в садках трансгенные лососи, доящиеся человеческим лактоферрином козы. Чем не всемирный триумф «принципиально новой, мичуринской, советской биологической науки»? Собственно, это и обещал Лысенко!
Одноклеточный ламаркизм
Теперь ученых терзают смутные сомнения. Если микробы при изменении окружающей среды (появлении хищника) так легко сами вносят поправки в свои гены, приобретая на генетическом уровне новый, дающий им преимущество в жизненной борьбе признак, который уж точно передается по наследству, то не был ли прав Ламарк насчет жирафа?