Вспышки мутаций в природе и пульсации талантливости в обществе
Колебательные периодические процессы разных уровней обнаружены в неживой природе и у живых организмов. Они взаимосвязаны. А.Л. Чижевский обнаружил корреляцию периодических вспышек солнечной активности и массовых катаклизмов на земле: стихийные бедствия, изменения интенсивности роста бактерий, эпидемии.
Проблема биологических часов на разных уровнях организации живых организмов привела к открытию определенных генов и молекулярных процессов, управляющих суточными (циркадными) ритмами активности. С.Э. Шноль с коллегами в серии публикаций развил идею о космическом факторе в колебаниях характера биохимических процессов.
В данной статье будут кратко рассмотрены факты и данные исследований о периодах вспышек частоты возникновения наследственных изменений (мутации) в природных популяциях, а также о феномене пульсации талантов в обществе
Вспышки частот возникновения мутаций и нестабильности генов
Дарвин разделял тезис, что природа не делает скачков. Принимался постулат о непрерывности и неограниченной изменчивости организмов и что различия между видами обязаны постепенному возникновению мелких непрерывных изменений. Хотя Дарвин знал, что иногда наблюдаются резкие отклонения от видовой нормы в облике организмов, он считал, что возникающие «уродцы» очень редки и в силу слабой жизнеспособности не имеют эволюционной судьбы.
Этот вывод Дарвина и последователей его теории был поставлен под сомнение в исследованиях голландского ботаника и генетика Гуго де Фриза (1848–1935). Он считается основателем мутационной теории, ее основные положения остаются верны и сегодня. Кроме того, де Фриза – один из первооткрывателей законов Менделя. С именем де Фриза связаны два важных концептуальных представления: 1) о нестабильном состоянии генов и 2) о существовании критических периодов в возникновении мутаций.
Г. де Фриз высказал идеи о неравномерности темпа мутирования, о взрывном (сальтационном) видообразования и о независимости первичного акта видообразования от естественного отбора. Эти важные положения и сейчас в фокусе острых дискуссий:
В аспекте истории и методологии науки интересно, что нередко исследователь специально отбирает такой материал для исследования, который соответствует его интуитивной гипотезе. Мендель специально выбрал горох как жесткий самоопылитель, что резко уменьшает возможности заражения пыльцой других растений. А также специально отобрал для исследования варианты растений, которых отличают четкие единичные признаки, поведение которых можно с легкостью изучать в ряду поколений. Мендель отмечал, что «выбор растительной группы, которая будет служить опытам подобного рода, должен быть сделан с наивозможной осторожностью, если мы не хотим подвергнуть риску самый успех опыта».
У де Фриза была другая программа. Он подыскивал для работ вид растений, который в силу каких-то внутренних причин отличался бы сильной наследственной изменчивостью. Он специально просмотрел около 100 видов растений и выбрал вид энотеру. Его выбор оказался фантастически удачен для задуманных целей. Энотера – растения, которое было ввезено из Америки в Европу и там одичало.
На одном заброшенном картофельном поле вблизи деревни Гильверзум он в 1886 г. обратил внимание на популяцию растений, где росли разные варианты. В следующем 1887 г. он нашел на этом же поле двух мутантов и заложил многолетний опыт по анализу частоты возникновения мутантов. Энотера оказалась уникальной в смысле своей генетической конституции. Изучение закономерностей ее наследственной изменчивости и видообразования таит в себе еще много загадок.
Работая с энотерой, де Фриз получил от первых высеянных в 1886 г. девяти растений около 53 тыс. потомков в период 1886–1899 гг. И нашел среди них около 800, или 1,5% форм, имеющих резкие отклонения от исходного типа. Эти отклонения были
названы мутациями. Мутации возникали внезапно, непредсказуемо, в разных направлениях. В ряде случаев, отдельные мутации захватывали сразу множество признаков и полностью изменяли облик всего растения, причем эта совокупность признаков передавалась как дискретная единица. Такие резко отличающиеся друг от друга формы, возникающие внезапно, де Фриз назвал «элементарными видами». К их появлению дарвиновский отбор никакого отношения не имел.
Сходные идеи («Гетерогенезис и эволюция. К теории происхождения видов») развил талантливый ботаник, директор ботанического сада при Петербургском университете, академик С. И. Коржинский (1861–1900), проживший всего 39 лет. Гетерогенезисом был назван процесс внезапного появления форм, отличающихся комплексом новых признаков.
«Эти признаки обладают большим постоянством и неизменно передаются по наследству из поколения в поколение. Таким образом, сразу возникает новая раса столь же прочная и постоянная, как и те, которые существуют с незапамятных времен».
Классик генетики Рихард Гольдшмидт в лекциях по генетике, опубликованных в Мюнхене в 1911 г. (в русском переводе два года спустя), отметил что «среди ботаников заслуга накопления наибольшего числа фактических данных, имеющих отношение к внезапному возникновению растительных форм, принадлежит русскому ботанику академику С. И. Коржинскому».
Инициированные де Фризом исследования по генетике, цитологии и систематике в роде Oenothera, привели к открытию необычных механизмов в организации генетической системы размножения и видообразования. В сводке по цитогенетике ситуация с энотерой образно названа «бунтом против эволюции». Здесь оказалось «можно то, что нельзя», а именно: сочетание таких элементов генетической системы, каждый из которых сам по себе вреден, а в комбинации дает вполне удовлетворительный результат.
Г. де Фриз обнаружил (в современной трактовке) три типа мутаций: генные, хромосомные и геномные. Среди генных были растения с коротким столбиком цветка и n карликовые растения. Найдены формы, которые в терминах классической генетики соответствуют геномным мутациям. Это форма gigas с удвоением числа хромосом (полиплоид), возникла на 4-й год его опытов среди около 14 000 исследованных растений.
Позднее было показано, что геном исходного вида Ое. lamarckiana, с которым работал де Фриз, имел 12 пар хромосом, которые сцеплены между собой в траслокационное кольцо, и имели только одну свободную пару хромосом. В потомстве отдельных растений происходили множественные рекомбинационные обмены, причем в особых участках.
Такие события можно представить себе лишь в рамках современной генетики, когда стало известно, что множественные обмены участками хромосом могут часто происходить в местах локализации мобильных элементов. Кроме того, быть следствием так называемых «транспозиционных взрывов» и упорядоченных перемещений мобильных элементов.
В эволюционной генетике, помимо энотеры, доводы в пользу множественных одномоментных хромосомных перестроек получены при исследовании хромосомного полиморфизма у роющих грызунов в исследованиях известного зоолога-эволюциониста Н.Н. Воронцова и его коллег.
Важное значение работ де Фриза для генетики видообразования и эволюционной теории состоит в открытии неравномерности темпа возникновении мутаций и, как следствие, – темпов процесса эволюции. В период вспышек возникают мутации, резко меняющие облик организмов и способные вызвать изменения в системе их воспроизведения. Формы видового ранга могут возникать скачком, а не быть следствием постепенного отбора (метафорически – феномен «слоненка Киплинга»). Эти идеи десятилетия были в тени.
Генезис открытия мобильных генетических элементов (МГЭ), изменивших лик современной генетики, необычайно поучителен с точки зрения судьбы научных идей и истории науки. Здесь как нельзя лучше видна справедливость глубокого замечания А. А. Любищева, что прошлое науки это не кладбище гипотез, а собрание недостроенных архитектурных ансамблей, прерванных по дерзости замысла или недостатку средств.
История этого открытия показывает, что многие идеи и факты существуют десятилетиями, будучи на периферии доминирующей доктрины (парадигмы) и рассматриваются в ней как курьез или исключение. А потом они становятся центральными, и становится малопонятным, почему же на них не обращали внимания. «Камень, который отвергли строители, сделался главою угла».
Основные факты и интеллектуальный контур (то что называется в работах по истории науки framework), которые привели к открытию мобильных элементов, были получены в разных областях генетики. Но лишь в конце 70-х годов они соединились анастомозами и привели к единой концепции (Голубовский, 2000).
Решительный прорыв в этой области состоит в открытии мобильных элементов американским цитогенетиком Барбарой МакКлинток (1902–1992). Она удостоена нобелевской премии в 1983 г. МакКлинток открыла в исследованиях линий кукурузы особый класс генетических элементов, которые способны перемещаться по геному, встраиваться в разные участки хромосом и генов и регулировать их состояние и скорость изменений. Никто в те годы не мог представить, что доля мобильных элементов в общем составе ДНК генома разных видов может составлять от 20% до 80%!
Развитие идей де Фриза о колебаниях темпа возникновения мутаций было продолжено прежде всего в многолетних исследованиях Раисы Львовны Берг (дочь академика зоолога Л.С. Берга по генетика ) в области генетики популяций плодовой мушки дрозофил – с конца 1930-х и до середины 1970-х. Была зафиксирована вспышка мутаций возникновения определенной мутаций («желтое тело») в географически удаленных поселениях дрозофил. Через ряд лет частота возникновения мутаций этого гена пришла в норму. А в 1968 г. Р.Л. Берг и другие генетики зафиксировали аналогичную вспышку мутаций другого гена («опаленные щетинки») в географически удаленных популяциях Украины, Средней Азии и Владивостока.
Возникающие в периоды вспышек варианты генов генов оказались высоко нестабильными. Они мутировали с частотой в сотни и тысячи раз выше обычной. Проведенный мной и коллегами генетический анализ впервые показал, что сверхвысокая изменчивость мутаций, которые возникают в период вспышки, связана с мобильными элементами, которые впервые обнаружила и исследована МакКлинток в линиях кукурузы. Обнаружение подобных событий в природных популяциях дрозофил резко повысило ранг исследования нестабильных мутаций и гипотезу о мобильных элементах. В конце 1970-х эти элементы были обнаружены на молекулярном уровне (Голубовский, 2000).
Одна важная особенность. Вспышки мутаций могут быть двух типов – локальные и те, которые захватывают одновременно множество удаленных популяций вида. Остается загадкой, каким образом в разных популяциях одновременно активируются определенные мобильные элементы, несмотря на пространственные барьеры.
Возможная гипотеза состоит в следующем. Каждый вид живых организмов буквально «нафарширован вирусами» и постоянно находится под их инфекционном давлении. Взаимодействие инфекционных вирусов с клетками вида-хозяина вызывает геномный стресс и активацию мобильных элементов генома. А их перемещения, в свою очередь, вызывают мутации генов хозяина. Инфекционные вирусы, как хорошо показано ранее, (недавний пример, пандемия ковид 2019–2023) способны быстро преодолевать пространственные барьеры. Вирусная эпидемия длится несколько лет и потом затухает, когда постепенно образуется популяционный иммунитета организма-хозяина. Тогда затухает и фиксируемая генетиками вспышка мутаций.
Феномен пульсации талантливости
Мысль и творческая энергия человека – это, в рамках концепции геолога В.И. Вернадского, планетная геологическая сила, которая преобразует лик Земли. Движение человеческой мысли во времени – природный процесс, подлежащий научному исследованию. Вернадский, будучи также историком науки, впервые в 1926 г. обратил внимание на феномен пульсаций талантливости.
«На протяжении одного, двух трех поколений одновременно появляются талантливые люди, поднимают на огромную высоту данную область духовной жизни человечества и затем не имеют себе заменителей. Неясно, почему, как и отчего, происходит нарождение талантливых людей, орудий научной мысли, их скопление в близких поколениях и отсутствие в других».
Вот приводимые Вернадским примеры: расцвет древнегреческой культуры во времена Перикла, художественной литературы во Франции в 16–17 веке, появление там же плеяды математических гениев в конце 18-го – начале 19-го века и, наконец, создание в 19-ом веке русской литературы. Я решил исследовать последний феномен пульсации.
С этой целью в истории русской литературы был выделен период в 125 лет – со времени рождения И.А. Крылова (1769) и до конца 19-го века. Этот период был разбит по семилетиям на 18 интервалов. 30 гениев русской литературы, выбранные по разным экспертным оценкам, были распределены по интервалам согласно годам их рождения.
Выяснилось, что период более четверти века, с 1831 г. (дата рождения Лескова) до 1860 г. (год рождения Чехова) представляет собой лакуну, своего рода «черную дыру».
Анализ причин этой черной дыры мной проанализирован с позиции генетики и теории индивидуального развития. Данный подход выделяет триаду компонентов:
– (а) зарождения потенциального гения – явление биологическое и генетическое (редкая и счастливая комбинация генов);
– (б) становление таланта – явление биосоциальное;
– (в) реализация таланта в жизни обществе – явление социобиологическое.
Появление подряд четырех «пустых» периодов оказалось не связанным с изменением темпа мутационного процесса (компонент 1 триады), который бы влиял на рождение творческих талантов. Ибо как раз на середину загадочной черной дыры 1830–1845 гг. приходятся года рождения трех гениев русской музыкальной культуры: Мусоргский, Чайковский и Римский-Корсаков. Следовало искать другие факторы, способные блокировать становление и проявление поэтических (в широком смысле слова) гениев.
Чувствительный период для становления потенциального гения (выбор судьбы) это возраст в 17 – 25 лет. Для личностей, которые родились в 1830–1850 годы, чувствительный период падает на 1857–1870 годы. Это был период бурных преобразований в русском обществе, связанный с такими социальными событиями: отмена крепостного права, выход на арену духовной жизни разночинцев, требования утилитарности искусства вопреки художественным достоинствам («поэтом можешь ты не быть, но гражданином быть обязан»), резкий рост тяги молодежи к занятиям наукой (Базаров в «Отцы и дети»).
Весь этот комплекс социо- культурных факторов оказался своего рода отрицательным импрессингом для развития и становления поэтических гениев. Они либо не смогли развить свой талант в полную силу, либо ушли в другие сферы духовной жизни.
Для созревания таланта необходимы раннее признание, поощрение и творческая свобода. Своего рода «феномен лицея», обстановка, в которой вызревал гений Пушкина и плеяда больших талантов литературы, которые родились в первые два десятилетия 19-го века.
Проведенный мной анализ феномена пульсации талантов в русской литературы (вспышка и затем черная дыра), не исключает иного толкования пульсаций в творческой энергии. Согласно гипотезе Л.Н. Гумилева, вспышки темпа мутационного процесса могут вести за собой «избыток» в нарождении пассионариев и талантов. То, что действительно время от времени происходят синхронные вспышки мутабильности в географически удаленных популяциях, рассмотрено в первой части данной статьи.
Литература
I
Берг Р.Л. Эволюция и генетика. – Новосибирск. Наука. 1983.
Воронцов Н.Н., Голубовский М.Д. Популяционная и эволюционная генетика в СССР в вавиловское время . – Вавиловское наследие в современной биологии. М.Наука. 1988.
Голубовский М.Д. Век генетики: Эволюция идей и понятий. – С.Петербург. 2000.
Голубовский М.Д. Причуды концептуальной истории генетики. Семь искусств. №12. 2015.
Филипченко Ю.А. Эволюционная идея в биологии.. М.:Наука 1977.
Хесин Р.Б. Непостоянство генома. – М.:Наука. 1984.
Шноль С.Э. Космофизические факторы в случайных процессах. Svenska Fysikarkivet. Swedish physics archive.2009 (www.digitalphysics.ru).
II
Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. М.:Наука. 1981.
Голубовский М.Д. Феномен пульсации талантливости – проблема, поставленная Вернадским. В сб.: В.И. Вернадский и современная наука. Л.:Наука. 1988.
Любищев А.А. Наука и религия.- СПб. Алетейя. 2000.
Любищев. А.А. Расцвет и упадок цивилизаций. С.Петербург. Алетейа. 2008.
Овчинников. В.Ф. Феномен таланта в русской литературе. –Калининград. 1999.
Святополк-Мирский Д.П. История русской литературы с древнейших времен до 1925 г. М.:Эксмо. 2008.
Эфроимсон В.П. Генетика гениальности. М.: Тайдекс. 2002.
