Основополагающий принцип биологической эволюции заключается в том, что окружающая среда оказывает влияние на геном живых организмов и вызывает мутации генов, - это сегодня общепринятое мнение. Но как именно эта самая среда формирует молекулы нуклеиновых кислот - носителей наследственной информации, - и с какой скоростью идет процесс адаптации биологического вида к изменяющимся внешним условиям, до сих пор практически не изучено.

Стремительный бег на месте

Хотя в любой экосистеме обитают бок о бок, взаимодействуя и влияя друг на друга, множество различных видов, представление о царящем в такой системе равновесии весьма далеко от истины. Во всяком случае, если подразумевать при этом некое статичное равновесное состояние. На самом деле в любой экосистеме постоянно лишь одно: изменчивость населяющих ее видов. Будь то растения, животные или микроорганизмы, - все они, реагируя на факторы внешней среды, непрерывно изменяются. Происходит своего рода вечная эволюционная гонка, та самая, которую в среде исследователей, занимающихся изучением законов биологической эволюции, принято именовать "принципом Черной Королевы", "гипотезой Черной Королевы" или "эффектом Черной Королевы".

Этот термин восходит к диалогу из знаменитой книги Льюиса Кэрролла "Алиса в Зазеркалье": когда запыхавшаяся Алиса жалуется, что там, откуда она родом, если долго бежать со всех ног, непременно попадешь в другое место, Черная Королева ей отвечает: "Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте!"

Процессы эволюции в динамике

Применительно к биологии эта реплика означает, что живые организмы должны непрерывно эволюционировать, иначе вид не сможет удержать занимаемую им экологическую нишу. Профессор Михаэль Лессиг (Michael Lässig), руководитель научной группы "Статистическая физика и численная биология" в Институте теоретической физики при Кельнском университете, поясняет: "Вопрос стоит так: может вид устоять против конкурентов в данной экосистеме или не может. Часто бывает так, что требуется очень быстрая эволюция, иначе вид обречен".

Профессор Лессиг - один из организаторов прошедшего в Кельне симпозиума "Молекулярная экология и эволюция", где был представлен целый ряд работ на эту тему. Ведущиеся сегодня генетические исследования дают все больше информации, анализ которой позволяет наблюдать процессы эволюции в их динамике. По сути дела, это гонки, но только не на уровне организмов, а на уровне генов и белков.

Мухе за вирусом не угнаться

Михаэль Лессиг исследует закономерности этого бега на перегонки на примере вируса обычного сезонного гриппа - прежде всего, потому, что он мутирует особенно быстро. "Некоторые участки генома этого вируса за весьма короткое время претерпели столь значительные изменения, что они по масштабу вполне сравнимы с мутациями, скажем, генома плодовой мухи за несколько миллионов лет, - поясняет физик. - То есть мы видим здесь эволюцию, сжатую во времени. Это дает нам возможность отслеживать весь процесс изменений генома в динамике".

Всемирная организация здравоохранения ООН уже более сорока лет ведет подробный учет всех генетических вариаций вируса гриппа. Сравнивая данные за разные годы, кельнские физики пытаются выявить законы претерпеваемой вирусом эволюции. Эволюции, движущая сила которой - противостояние вируса и иммунной системы человека.

Прогнозы делать рано

"Вирус вынужден изменять свои белки для того, чтобы сохранить способность проникать в клетки организма хозяина и в них размножаться, - поясняет профессор Лессиг. - А иммунная система хозяина, естественно, пытается этому противиться и вырабатывает механизмы защиты. Эта чрезвычайно острая конкурентная борьба происходит на молекулярном уровне".

Если бы в новом сезоне вирус гриппа оказался в точности таким же, каким он был год назад, у него не было бы никаких шансов в борьбе с иммунной системой, успевшей выработать соответствующие антитела еще в прошлом сезоне. Но так не бывает: вирус непрерывно мутирует. Конечно, было бы замечательно, если бы исследования кельнских ученых помогли выявить некоторые закономерности эволюции вируса, на основе которых удалось бы предсказывать дальнейшие мутации возбудителя гриппа. Но говорить о сколько-нибудь долгосрочном прогнозировании не приходится "Пока речь может идти лишь о том, чтобы оценить эволюцию на ближайшие месяцы и примерно понять, с какой вариацией вируса гриппа мы столкнемся в следующем сезоне, - говорит профессор Лессиг. - По крайней мере, эта скромная цель представляется достижимой".

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман