Acasă→Pentru plante→ Evgeny Kunin logica hazardului. Evgeny Kunin. logica cazului. Introducere. Spre o nouă sinteză a biologiei evolutive

Evgeny Kunin logica hazardului. Evgeny Kunin. logica cazului. Introducere. Spre o nouă sinteză a biologiei evolutive

Logica hazardului. Natura și originea evoluției biologice»
Copyright © 2012 de către Pearson Education, Inc.
© Traducere, ediție în limba rusă, CJSC „Editura Tsentrpoligraf”, 2014
© Art design, CJSC „Editura Tsentrpoligraf”, 2014

Toate drepturile rezervate. Nicio parte a versiunii electronice a acestei cărți nu poate fi reprodusă sub nicio formă sau prin orice mijloc, inclusiv postarea pe Internet și rețelele corporative, pentru uz privat și public, fără permisiunea scrisă a proprietarului drepturilor de autor.

©Versiunea electronică a cărții a fost pregătită pe litri ()

Prefața autorului la traducerea în limba rusă

Vestea că un grup de entuziaști, auto-organizat prin LiveJournal, a început să lucreze la traducerea acestei cărți a fost o surpriză completă pentru autor, desigur, una plăcută. În secolul al XXI-lea, problema necesității de a traduce literatura științifică din engleză în orice alte limbi este, pentru a spune ușor, ambiguă. Textele științifice sunt acum publicate în limba engleză, iar capacitatea de a le citi în această limbă este o cerință elementară a aptitudinii profesionale. Literatura științifică populară este, desigur, o cu totul altă chestiune. Această carte nu este populară, dar nici nu este o monografie tipică de specialitate. În mod ideal, acest text este destinat unei game largi de oameni de știință din diverse specialități, inclusiv studenți absolvenți și de licență. Desigur, ar fi grozav dacă toți acesti cititori ar putea citi liber originalul, dar până acum acest lucru nu este realist. Cel mai important argument în favoarea traducerii a fost pentru autor chiar faptul că o echipă considerabilă de traducători s-a adunat în câteva zile. În această situație, autorul a considerat că este onorabila sa datorie să citească și să editeze întregul text al traducerii, desigur, urmărind în primul rând exactitatea efectivă.
Originalul acestei cărți a fost publicat în toamna anului 2011, cu doi ani înainte de ediția rusă. Cercetarea biologică progresează într-un ritm fără precedent în epoca noastră și, de-a lungul anilor, desigur, s-au acumulat multe rezultate noi importante și au fost publicate multe articole serioase care pun în lumină problemele fundamentale ale biologiei evoluționiste discutate în carte. Desigur, în opera autorului au apărut și noi considerații, publicate doar parțial. Mai mult, mulți cititori, inclusiv traducători, și însuși autorul, la editarea traducerii, au remarcat inexactități și ambiguități în prezentare (din fericire, din câte știe autorul, niciuna dintre ele nu poate fi considerată o greșeală gravă). Era imposibil să ținem cont de toate acestea în traducerea în limba rusă, dar autorul a încercat să reflecte cele mai importante clarificări și unele dintre cele mai interesante. stiri stiintificeîn notele la ediţia rusă. Ca urmare, au existat mult mai multe astfel de note noi decât se aștepta la începutul lucrărilor de editare a traducerii (și ar fi putut fi și mai multe - autorul a vorbit doar atunci când nu a putut să tacă deloc). Autorul este foarte mulțumit de acest lucru, deoarece ilustrează clar viteza progresului în biologia evolutivă modernă. Câteva note se referă mai degrabă la traducere, explicând acele locuri din text în care jocul de cuvinte englezesc nu a putut fi transmis cu acuratețe în rusă. Desigur, aceste note nu pot pretinde că fac din carte o „ediție a doua”, este o traducere, dar totuși autorul speră ca aceste mici completări să-i sporească valoarea.
Din punctul de vedere al autorului, ideile principale ale cărții de până acum rezistă timpului (deși scurte din punct de vedere astronomic, dar deloc neglijabile, având în vedere rata uluitoare de acumulare de date noi); în orice caz, încă nu a apărut necesitatea unei revizuiri radicale. Mai mult, autorului i se pare că timpul trecut nu a făcut decât să crească nevoia unei generalizări conceptuale a informațiilor despre diversitatea organismelor și a genomului acestora și despre procesele evolutive. O nouă sinteză evolutivă bazată pe date din genomică și biologia sistemelor pare importantă și relevantă ca niciodată. Fără o astfel de generalizare, devine pur și simplu imposibil să înțelegi în vreun fel marea de observații.
Desigur, este important de subliniat că această carte nu poate pretinde în niciun caz că este o sinteză atât de nouă. Aceasta este doar o schiță, o încercare de a ghici contururile viitoarei clădiri. Chiar și lăsând deoparte deschiderea fundamentală a științei și presupunând că unele etape de finalizare și rezumandu-l într-adevăr există, potrivit autorului, finalizarea unei noi sinteze a biologiei evoluționiste este o chestiune pentru cel puțin două generații științifice. Prea multe rămân neclare și trebuie făcut prea multe pentru a încadra seturile de date gigantice produse de genomică și biologia sistemelor în teorii și concepte coerente și valide. Poate că sarcina principală a acestei cărți a fost să identifice acele domenii ale biologiei evoluționiste în care ideile tradiționale nu funcționează, să schițeze posibile căi către soluții și doar în unele cazuri să ofere soluțiile în sine, desigur, preliminare. În ce măsură s-au realizat toate acestea, trebuie să judece cititorii.
La sfârșitul cărții sunt oferite mulțumiri profesorilor, personalului și numeroșilor colegi cu care am avut ocazia să discut problemele discutate în carte. Aici este datoria plăcută a autorului de a exprima recunoştinţă sinceră Georgy Yuryevich Lyubarsky pentru ideea unei traduceri colective și organizarea acesteia, tuturor traducătorilor și editorilor editurii pentru că au lucrat la versiunea rusă, și personal unuia dintre traducători, Valery Anisimov, pentru comentarii valoroase, în mare parte luate în considerare cont în notele autorului la traducere.

Părinților mei

Introducere. Spre o nouă sinteză a biologiei evolutive

Titlul acestei lucrări este asociat cu patru cărți remarcabile: romanul lui Paul Auster The Music of Chance (Auster, 1991), faimosul tratat al lui Jacques Monod despre biologie moleculară, evoluție și filozofie Chance and Necessity (Monod, 1972), cartea lui François Jacob The Logic. of Life (Jacob, 1993) și, bineînțeles, Despre originea speciilor a lui Charles Darwin (Darwin, 1859). Fiecare dintre aceste cărți, în felul său, atinge aceeași temă atotcuprinzătoare: relația dintre arbitrar și ordine, șansa și necesitatea în viață și evoluție.
Abia după ce această lucrare a fost finalizată și deja în fazele finale de editare, am aflat despre cartea lui John Venn, eminentul logician și filosof din Cambridge, care în 1866 a publicat The Logic of Chance: An Essay on the Foundations and Structure of teoria probabilității (Venn, 1866). În această lucrare, Venn introduce interpretarea în frecvență a probabilității, care rămâne baza teoriei și statisticii probabilităților până în prezent. Cel mai mult, John Venn este cunoscut, desigur, pentru diagramele omniprezente pe care le-a inventat. Mi-e rușine că nu știam despre munca lui Venn când am început această carte. Pe de altă parte, îmi este greu să-mi imaginez un predecesor mai demn.
Principalul impuls pentru scrierea acestei cărți a fost convingerea mea că acum, la 150 de ani după Darwin și la 40 de ani după Monod, am adunat suficiente date și idei pentru a dezvolta o interpretare mai profundă și probabil mai satisfăcătoare a relației cruciale dintre caz și necesitate. Teza mea principală este că aleatorietatea, limitată de diverși factori, stă la baza întregii istorii a vieții.
Multe evenimente l-au determinat pe autor să scrie această carte. Cel mai imediat impuls pentru a descrie noua viziune emergentă asupra evoluției a fost revoluția în cercetarea genomului care a început în ultimul deceniu al secolului al XX-lea și continuă până în zilele noastre. Capacitatea de a compara secvențele de nucleotide din genomul a mii de organisme dintr-o mare varietate de specii a schimbat calitativ peisajul biologiei evoluționiste. Concluziile noastre despre formele de viață dispărute, ancestrale, nu mai sunt presupunerile vagi care erau înainte (cel puțin pentru organismele ale căror fosile nu au fost găsite). Compararea genomurilor dezvăluie diversele gene conservate în grupuri majore de ființe vii (în unele cazuri, chiar toate sau majoritatea), și astfel ne aduce o bogăție de neimaginat până acum de informații fiabile despre formele ancestrale. De exemplu, nu este o exagerare să spunem că avem o înțelegere destul de completă a structurii genetice de bază a ultimului strămoș comun al tuturor bacteriilor, care probabil a trăit în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani. Strămoșii mai străvechi sunt văzuți mai puțin clar, dar anumite trăsături sunt descifrate chiar și pentru ei. Revoluția genomică nu numai că a permis reconstrucția încrezătoare a seturilor de gene ale formelor de viață antice. Mai important, a inversat literal metafora centrală a biologiei evoluționiste (și poate a întregii biologie), arborele vieții (TL), arătând că traiectoriile evolutive ale genelor individuale sunt incompatibil diferite. Întrebarea dacă JJ ar trebui reînviat și, dacă da, sub ce formă, rămâne subiectul unei dezbateri aprinse, care este unul dintre subiectele importante ale acestei cărți.
Văd căderea lui JJ ca pe o „meta-revoluție”, o schimbare majoră în întreaga structură conceptuală a biologiei. În mod clar, cu riscul de a provoca furia multora pentru că sunt asociați cu o tendință culturală dăunătoare, mă refer totuși la această schimbare majoră ca la o tranziție către o viziune biologică postmodernă a vieții. În esență, această tranziție dezvăluie multiplicitatea tiparelor și proceselor evoluției, rolul central al evenimentelor imprevizibile în evoluția formelor vii [evolution as tinkering] și, în special, prăbușirea pan-adaptației ca paradigmă a biologiei evoluționiste. În ciuda admirației noastre neclintite pentru Darwin, trebuie să relegem viziunea victoriană asupra lumii (inclusiv versiunile ei actualizate care înfloresc în secolul al XX-lea) în venerabilele săli ale muzeelor unde îi aparține și să examinăm consecințele unei schimbări de paradigmă.
Această revoluție în biologia evoluționistă are un alt plan. Genomica comparativă și biologia sistemelor evolutive (de exemplu, studiul comparativ al expresiei genelor, al concentrației proteinelor și al altor caracteristici moleculare ale fenotipului) au dezvăluit câteva modele comune care apar în toate formele de viață celulară, de la bacterii la mamifere. Existența unor astfel de modele universale sugerează că modelele moleculare relativ simple, similare cu cele utilizate în fizica statistică, pot explica aspecte importante ale evoluției biologice; unele modele similare cu putere predictivă semnificativă există deja. Notoria „invidie a fizicienilor” care pare să deranjeze pe mulți biologi (inclusiv pe mine) poate fi stinsă de evoluțiile teoretice recente și viitoare. Relația complementară dintre tendințele generale și imprevizibilitatea unor rezultate evolutive particulare este esențială pentru evoluția biologică și pentru revoluția actuală în biologia evoluționistă - o altă temă cheie a acestei cărți.
Un alt motiv pentru schițarea unei noi teorii evoluționiste sintetice care este propusă în această carte este specific, într-o oarecare măsură personal. Am primit studii superioare și am terminat studiile postuniversitare la Moscova universitate de stat(pe vremea URSS), în domeniul virologiei moleculare. Lucrarea mea de doctorat a implicat studiul experimental al reproducerii poliovirusului și a virusurilor înrudite, al căror genom minuscul este reprezentat de o moleculă de ARN. Nu am știut niciodată să lucrez corect cu mâinile mele, iar locul și timpul nu erau cele mai potrivite pentru experimente, deoarece chiar și cei mai simpli reactivi erau greu de obținut. Imediat după finalizarea tezei mele de doctorat, eu și colegul meu Alexander Evgenievich Gorbalenya am pornit într-o direcție diferită în cercetare, care la acea vreme părea complet neștiințifică pentru mulți. A fost „cercetarea secvenței” – o încercare de a prezice funcțiile proteinelor codificate în genomurile minuscule ale virușilor (aceștia erau singurii genomuri complete disponibile la acea vreme) din secvența blocurilor lor de construcție a aminoacizilor. Astăzi, oricine poate efectua cu ușurință o astfel de analiză folosind instrumente software convenabile care pot fi descărcate gratuit de pe Internet; Desigur, o interpretare semnificativă a rezultatului va necesita în continuare gândire și pricepere (nimic nu s-a schimbat prea mult aici de atunci). În 1985, însă, practic nu existau computere sau programe. Și totuși, cu ajutorul colegilor noștri programatori, am reușit să dezvoltăm niște programe destul de utile (le-am umplut apoi pe carduri perforate). Cota leului analiza a fost efectuată manual (sau, mai precis, cu ochiul). În ciuda tuturor dificultăților și în ciuda unor oportunități ratate, eforturile noastre în următorii cinci ani au fost destul de reușite. Am reușit să transformăm hărțile funcționale ale acelor genomuri minuscule din teritorii în mare parte neexplorate în hărți genomice foarte bogate ale funcțiilor biologice. Cele mai multe dintre predicții au fost ulterior confirmate experimental, deși unele dintre ele sunt încă în desfășurare: experimentele de laborator durează mult mai mult decât analiza computerizată. Sunt sigur că succesul nostru s-a datorat recunoașterii timpurii a unui principiu de bază foarte simplu, dar surprinzător de puternic al biologiei evoluționiste: dacă un motiv distinct dintr-o secvență de proteine persistă pe parcursul unei evoluții lungi, atunci este important din punct de vedere funcțional și cu atât este mai conservator. , cu atât funcția este mai importantă. Acest principiu, derivat în esență din simplul simț, dar desigur care urmează strict din teoria evoluționistă moleculară, ne-a servit în mod admirabil scopurilor și, sunt sigur că, m-a făcut un biolog evoluționist pentru restul zilelor mele. Înclin să parafrazez celebrul dicton al marelui genetician evoluționist Theodosius Dobzhansky: „Nimic în biologie nu are sens decât în lumina evoluției” (Dobzhansky, 1973) într-un mod și mai direct: biologia este evoluție.
În acele timpuri de început ale genomicii evolutive, Sasha și cu mine am vorbit adesea despre posibilitatea ca virușii noștri ARN preferati să fie descendenți direcți ai celor mai vechi forme de viață. La urma urmei, sunt sisteme genetice mici și simple, care folosesc un singur tip de acid nucleic, iar replicarea lor este direct legată de exprimarea prin traducerea ARN-ului genomic. Desigur, acestea au fost conversații de seară, deloc legate de încercările noastre din timpul zilei de a mapa domeniile funcționale ale proteinelor virale. Astăzi, 25 de ani mai târziu, pe măsură ce au fost studiate sute de virusuri și genomi gazdă diferiți, ideea că virușii (sau elementele genetice asemănătoare virusurilor) ar fi putut fi esențiale pentru evoluția timpurie a vieții a crescut de la presupuneri vagi într-un concept compatibil cu un corp vast de date experimentale... În opinia mea, aceasta este cea mai promițătoare linie de gândire și analiză în studiile despre evoluția timpurie a vieții.
Acestea sunt diversele linii de gândire care, în mod neașteptat pentru mine, au convergit în conștientizarea din ce în ce mai mare că înțelegerea noastră a evoluției, și odată cu ea însăși natura biologiei, s-a îndepărtat pentru totdeauna de opiniile care au predominat în secolul XX, care astăzi. arata mai degraba naiv si mai degraba dogmatic. La un moment dat, dorința de a țese aceste linii într-un fel de imagine coerentă a devenit irezistibilă și de aici a apărut această carte.
O parte din impulsul pentru scrierea acestei cărți nu a venit deloc din biologie, ci din realizările uluitoare ale cosmologiei moderne. Aceste descoperiri nu numai că au ridicat cosmologia la nivelul fizicii reale, ci au schimbat complet ideile noastre despre lume, și mai ales despre natura hazardului și a necesității. Când vine vorba de frontierele biologiei, cum ar fi problema originii vieții, acest nou mod de a privi lumea este imposibil de ignorat. Fizicienii și cosmologii își pun tot mai mult întrebarea de ce există ceva în lume și nu nimic, nu doar ca o problemă filozofică, ci și ca o problemă fizică, și explorează posibile răspunsuri sub forma anumitor modele fizice. Este greu să nu pui aceeași întrebare despre lumea biologică și la mai mult de un nivel: de ce există viața, și nu doar soluții de ioni și molecule mici? Și dacă viața există, de ce există palmieri și fluturi, pisici și lilieci, și nu doar bacterii? Sunt sigur că aceste întrebări pot fi puse într-un mod științific direct și mi se pare că asupra lor apar deja răspunsuri plauzibile, deși preliminare.
Progresele recente în fizica și cosmologia energiilor înalte au inspirat această carte în mai mult decât sensul științific. Mulți fizicieni teoreticieni și cosmologi de seamă s-au dovedit a fi scriitori talentați de cărți de știință populare și populare (ceea ce face să ne întrebăm despre legătura dintre gândirea abstractă asupra cel mai înalt nivelși talent literar) care transmit entuziasmul celor mai recente descoperiri despre structura universului cu o claritate, grație și fervoare încântătoare. Valul modern al unei astfel de literaturi, care coincide cu revoluția în cosmologie, a început cu clasicul " Scurt istoric timp” de Stephen Hawking (Hawking, 1988). De atunci, au apărut zeci de cărți excelente diferite. Unul dintre ele care mi-a schimbat propria viziune asupra lumii mai mult decât alții a fost excelenta carte scurtă a lui Alexander Vilenkin, The World of Many Worlds (Vilenkin, 2007), dar lucrările lui Steven Weinberg (Weinberg, 1994), Alan Guth (Guth, 1998a) , Leonard Suskind (Susskind, 2006b), Sean Carroll (Carroll, 2010) și Lee Smolin (într-o carte controversată despre „spațiu selecție naturală»; Smolin, 2010). Aceste cărți sunt mult mai mult decât mari popularizări: fiecare dintre ele încearcă să prezinte o viziune generală coerentă atât asupra naturii fundamentale a lumii, cât și asupra stării științei care o investighează. Fiecare dintre aceste imagini ale lumii este unică, dar în multe feluri ele merg una lângă alta și se completează reciproc. Fiecare dintre ele se bazează pe știință riguroasă, dar conține elemente de extrapolare și presupunere, generalizări ample și, desigur, contradicții. Cu cât citeam mai mult aceste cărți și mă gândeam la implicațiile noii viziuni asupra lumii, cu atât îmi doream mai mult să fac ceva asemănător în propriul meu domeniu, biologia moleculară. La un moment dat, în timp ce citeam cartea lui Vilenkin, mi-am dat seama că poate există o relație directă și fundamental importantă între noile puncte de vedere asupra probabilității și întâmplării, dictate de cosmologia modernă, și originea vieții – sau mai bine zis, originea evoluției biologice. Marele rol al hazardului în originea vieții pe Pământ, care este prezent în această linie de gândire, este cu siguranță extraordinar și va deruta cu siguranță pe mulți, dar am simțit că nu poate fi ignorat dacă ar fi să luăm în serios problema originea vieții.
Această carte este propria mea abordare pentru a descrie starea actuală a biologiei evoluționiste în ceea ce privește genomica comparată și biologia sistemelor; prin urmare, include inevitabil nu numai fapte stabilite și modele teoretice confirmate, ci și presupuneri și presupuneri. În această carte, încerc să trag cât mai clar limita dintre fapt și presupunere. Am vrut să scriu o carte în stilul cărților excelente de popularizare despre fizică menționate mai sus, dar prezentarea a devenit încăpățânată și a refuzat să fie scrisă așa. Textul rezultat este mult mai științific decât s-a prevăzut inițial, deși în mare parte nu este foarte specializat și descrie foarte puține metode și într-un mod foarte simplist. Un avertisment important: deși cartea este dedicată diferitelor aspecte ale evoluției, ea rămâne o colecție de capitole pe subiecte selectate și în niciun caz nu pretinde a fi o lucrare cuprinzătoare. Multe subiecte importante și populare, precum originea organismelor multicelulare sau evoluția dezvoltării animalelor, sunt destul de conștient lăsate neatinse. Pe cât posibil, am încercat să rămân la tema cărții: interacțiunea dintre întâmplare și procesele ordonate. Un alt moment delicat este legat de referințele la literatură: dacă aș încerca să includ, dacă nu toate, dar măcar sursele principale, bibliografia s-ar ridica la multe mii de referințe. Am renunțat de la început să încerc să fac acest lucru și, astfel, lista de referințe de la sfârșitul cărții este doar o mică selecție de lucrări relevante, iar selecția lor este parțial subiectivă. Îmi cer scuze sincere colegilor a căror activitate importantă a fost lăsată nemenționată.
În ciuda tuturor acestor avertismente, sper că generalizările și ideile prezentate aici vor fi de interes pentru mulți dintre colegii mei de știință și studenți - nu numai biologi, ci și fizicieni, chimiști, geologi și oricine este interesat de evoluție și originea vieții.

Capitolul 1 Fundamentele evoluției: Darwin și teoria sintetică a evoluției

În acest capitol și în următorul capitol, scurta descriere starea actuală a biologiei evoluționiste, așa cum era înainte de 1995, când a apărut o nouă direcție a științei - genomica comparată. Pentru a spune ușor, este o sarcină descurajantă să comprimați un secol și jumătate de cercetare evolutivă în două capitole concise. Cu toate acestea, cred că putem începe cu o întrebare directă: „Care este rezultatul tuturor acestor decenii de muncă științifică?” Putem formula pe scurt și în mod semnificativ concluziile teoriei sintetice înainte de apariția genomicii, deși omițând majoritatea detaliilor.
În aceste două capitole, am încercat să combin istoria și logica, dar în mod firesc nu am reușit să evit unele arbitrari. În acest capitol, urmăresc dezvoltarea bazelor biologiei evoluționiste de la Originea speciilor a lui Charles Darwin până la Teoria sintetică a evoluției (STE) formulată în anii 1950. Capitolul 2 se va concentra asupra ideilor și descoperirilor care au influențat înțelegerea evoluției după finalizarea teoriei sintetice a evoluției și înainte de revoluția în genomică din anii 1990.

Darwin și prima teorie sintetică: măreția designului, limitări și probleme

Este destul de ciudat să credem că tocmai am sărbătorit 150 de ani de la prima publicație a cărții Despre originea speciilor... (Darwin, 1859) și 200 de ani de la Darwin însuși. Având în vedere cât de adânc și de neșters amprenta „Originea...” lăsată în știință, filozofie și gândirea umană în general (cu mult dincolo de doar biologie), se pare că 150 de ani au trecut foarte repede.
Ce este atât de excepțional și de important în schimbarea viziunii asupra lumii pe care a provocat-o opera lui Darwin? Darwin nu a descoperit evoluția (cum se pretinde uneori sau mai des implică, mai ales în conștiința populară și discursul public). Mulți oameni de știință înaintea lui, inclusiv luminarii științei timpului său, erau convinși că organismele se schimbă în timp și aceste schimbări nu sunt întâmplătoare. Cu excepția marilor (și oarecum legendari) filozofi antici greci Empedocle, Parmenide și Heraclit și a contemporanilor lor indieni, care au discutat despre idei profetice uimitoare (deși ciudat combinate cu mitologia pentru noi) despre procesele de schimbare în natură, Darwin a avut multe predecesori în XVIII şi începutul XIX secol. În edițiile ulterioare ale Originii, Darwin, cu deschiderea și generozitatea sa caracteristică, le-a recunoscut contribuțiile. Bunicul său, Erasmus Darwin, și faimosul botanist și zoolog francez Jean-Baptiste Lamarck (Lamarck, 1809) au scris volume groase despre evoluție. Lamarck a oferit chiar și o explicație clară a mecanismului despre care credea că va perpetua schimbarea evolutivă. Mai mult, celebrul profesor și prieten al lui Darwin, marele geolog Charles Lyell, a scris despre o „luptă pentru supraviețuire” în care cei mai prolifici învinge întotdeauna. Și, desigur, este cunoscut faptul că, în același timp, tânărul contemporan al lui Darwin, Alfred Russel Wallace, a propus un concept în linii mari identic al evoluției și al mecanismului acesteia.
Cu toate acestea, în ciuda realizărilor tuturor evoluționiștilor anteriori, Darwin a fost cel care a pus bazele biologiei moderne în Originea... și a schimbat pentru totdeauna înțelegerea științifică a lumii. Ce a determinat unicitatea și semnificația excepțională a operei lui Darwin? Privind la realizarea lui 150 de ani mai târziu, putem face trei generalizări majore:

Darwin și-a prezentat viziunea asupra evoluției exclusiv din punctul de vedere al unui naturalist și raționalist, fără a implica nicio forță teleologică sau fără a încerca să se îmbunătățească (sau să arate direct către un anume creator) în explicație, așa cum făceau de obicei teoreticienii din acea vreme.

Evgeny Kunin

logica cazului. Despre natura și originea evoluției biologice

Logica hazardului. Natura și originea evoluției biologice»

©Versiunea electronică a cărții a fost pregătită pe litri

Originalul acestei cărți a fost publicat în toamna anului 2011, cu doi ani înainte de ediția rusă. Cercetarea biologică progresează într-un ritm fără precedent în epoca noastră și, de-a lungul anilor, desigur, s-au acumulat multe rezultate noi importante și au fost publicate multe articole serioase care pun în lumină problemele fundamentale ale biologiei evoluționiste discutate în carte. Desigur, în opera autorului au apărut și noi considerații, publicate doar parțial. Mai mult, mulți cititori, inclusiv traducători, și însuși autorul, la editarea traducerii, au remarcat inexactități și ambiguități în prezentare (din fericire, din câte știe autorul, niciuna dintre ele nu poate fi considerată o greșeală gravă). Era imposibil să se țină cont de toate acestea în traducerea în limba rusă, dar autorul a încercat să reflecte cele mai importante clarificări și unele dintre cele mai interesante știri științifice în notele la ediția rusă. Ca urmare, au existat mult mai multe astfel de note noi decât se aștepta la începutul lucrărilor de editare a traducerii (și ar fi putut fi și mai multe - autorul a vorbit doar atunci când nu a putut să tacă deloc). Autorul este foarte mulțumit de acest lucru, deoarece ilustrează clar viteza progresului în biologia evolutivă modernă. Câteva note se referă mai degrabă la traducere, explicând acele locuri din text în care jocul de cuvinte englezesc nu a putut fi transmis cu acuratețe în rusă. Desigur, aceste note nu pot pretinde că fac din carte o „ediție a doua”, este o traducere, dar totuși autorul speră ca aceste mici completări să-i sporească valoarea.

Din punctul de vedere al autorului, ideile principale ale cărții de până acum rezistă timpului (deși scurte din punct de vedere astronomic, dar deloc neglijabile, având în vedere rata uluitoare de acumulare de date noi); în orice caz, încă nu a apărut necesitatea unei revizuiri radicale. Mai mult, autorului i se pare că timpul trecut nu a făcut decât să crească nevoia unei generalizări conceptuale a informațiilor despre diversitatea organismelor și a genomului acestora și despre procesele evolutive. O nouă sinteză evolutivă bazată pe date din genomică și biologia sistemelor pare importantă și relevantă ca niciodată. Fără o astfel de generalizare, devine pur și simplu imposibil să înțelegi în vreun fel marea de observații.

Desigur, este important de subliniat că această carte nu poate pretinde în niciun caz că este o sinteză atât de nouă. Aceasta este doar o schiță, o încercare de a ghici contururile viitoarei clădiri. Chiar și lăsând deoparte deschiderea fundamentală a științei și presupunând că unele etape de finalizare și rezumandu-l într-adevăr există, potrivit autorului, finalizarea unei noi sinteze a biologiei evoluționiste este o chestiune pentru cel puțin două generații științifice. Prea multe rămân neclare și trebuie făcut prea multe pentru a încadra seturile de date gigantice produse de genomică și biologia sistemelor în teorii și concepte coerente și valide. Poate că sarcina principală a acestei cărți a fost să identifice acele domenii ale biologiei evoluționiste în care ideile tradiționale nu funcționează, să schițeze posibile căi către soluții și doar în unele cazuri să ofere soluțiile în sine, desigur, preliminare. În ce măsură s-au realizat toate acestea, trebuie să judece cititorii.

La sfârșitul cărții sunt oferite mulțumiri profesorilor, personalului și numeroșilor colegi cu care am avut ocazia să discut problemele discutate în carte. Aici este, de asemenea, o datorie plăcută a autorului să-și exprime sincera recunoștință lui Georgy Yuryevich Lyubarsky pentru ideea unei traduceri colective și organizarea acesteia, tuturor traducătorilor și editorilor editurii pentru că au lucrat la versiunea rusă și personal unul dintre traducători, Valery Anisimov, pentru comentarii valoroase, în mare măsură luate în considerare în notele autorului.la traducere.

Părinților mei

Introducere. Spre o nouă sinteză a biologiei evolutive

Abia după ce această lucrare a fost finalizată și deja în fazele finale de editare, am aflat despre cartea lui John Venn, eminentul logician și filosof din Cambridge, care în 1866 a publicat The Logic of Chance: An Essay on the Foundations and Structure of teoria probabilității (Venn, 1866). În această lucrare, Venn introduce interpretarea în frecvență a probabilității, care rămâne baza teoriei și statisticii probabilităților până în prezent. Cel mai mult, John Venn este cunoscut, desigur, pentru diagramele omniprezente pe care le-a inventat. Mi-e rușine că nu știam despre munca lui Venn când am început această carte. Pe de altă parte, îmi este greu să-mi imaginez un predecesor mai demn.

Principalul impuls pentru scrierea acestei cărți a fost convingerea mea că acum, la 150 de ani după Darwin și la 40 de ani după Monod, am adunat suficiente date și idei pentru a dezvolta o interpretare mai profundă și probabil mai satisfăcătoare a relației cruciale dintre caz și necesitate. Teza mea principală este că aleatorietatea, limitată de diverși factori, stă la baza întregii istorii a vieții.

Multe evenimente l-au determinat pe autor să scrie această carte. Cel mai imediat impuls pentru a descrie noua viziune emergentă asupra evoluției a fost revoluția în cercetarea genomului care a început în ultimul deceniu al secolului al XX-lea și continuă până în zilele noastre. Capacitatea de a compara secvențele de nucleotide din genomul a mii de organisme dintr-o mare varietate de specii a schimbat calitativ peisajul biologiei evoluționiste. Concluziile noastre despre formele de viață dispărute, ancestrale, nu mai sunt presupunerile vagi care erau înainte (cel puțin pentru organismele ale căror fosile nu au fost găsite). Compararea genomurilor dezvăluie diversele gene conservate în grupuri majore de ființe vii (în unele cazuri, chiar toate sau majoritatea), și astfel ne aduce o bogăție de neimaginat până acum de informații fiabile despre formele ancestrale. De exemplu, nu este o exagerare să spunem că avem o înțelegere destul de completă a structurii genetice de bază a ultimului strămoș comun al tuturor bacteriilor, care probabil a trăit în urmă cu aproximativ 3,5 miliarde de ani. Strămoșii mai străvechi sunt văzuți mai puțin clar, dar anumite trăsături sunt descifrate chiar și pentru ei. Revoluția genomică nu numai că a permis reconstrucția încrezătoare a seturilor de gene ale formelor de viață antice. Mai important, a inversat literal metafora centrală a biologiei evoluționiste (și poate a întregii biologie), arborele vieții (TL), arătând că traiectoriile evolutive ale genelor individuale sunt incompatibil diferite. Întrebarea dacă JJ ar trebui reînviat și, dacă da, sub ce formă, rămâne subiectul unei dezbateri aprinse, care este unul dintre subiectele importante ale acestei cărți.

Un alt motiv pentru schițarea unei noi teorii evoluționiste sintetice care este propusă în această carte este specific, într-o oarecare măsură personal. Am primit studii superioare și mi-am finalizat studiile postuniversitare la Universitatea de Stat din Moscova (pe vremea URSS), în domeniul virologiei moleculare. Lucrarea mea de doctorat a implicat studiul experimental al reproducerii poliovirusului și a virusurilor înrudite, al căror genom minuscul este reprezentat de o moleculă de ARN. Nu am știut niciodată să lucrez corect cu mâinile mele, iar locul și timpul nu erau cele mai potrivite pentru experimente, deoarece chiar și cei mai simpli reactivi erau greu de obținut. Imediat după finalizarea tezei mele de doctorat, eu și colegul meu Alexander Evgenievich Gorbalenya am pornit într-o direcție diferită în cercetare, care la acea vreme părea complet neștiințifică pentru mulți. A fost „cercetarea secvenței” – o încercare de a prezice funcțiile proteinelor codificate în genomurile minuscule ale virușilor (aceștia erau singurii genomuri complete disponibile la acea vreme) din secvența blocurilor lor de construcție a aminoacizilor. Astăzi, oricine poate efectua cu ușurință o astfel de analiză folosind instrumente software convenabile care pot fi descărcate gratuit de pe Internet; Desigur, o interpretare semnificativă a rezultatului va necesita în continuare gândire și pricepere (nimic nu s-a schimbat prea mult aici de atunci). În 1985, însă, practic nu existau computere sau programe. Și totuși, cu ajutorul colegilor noștri programatori, am reușit să dezvoltăm niște programe destul de utile (le-am umplut apoi pe carduri perforate). Partea leului din analiză a fost făcută manual (sau, mai exact, cu ochiul). În ciuda tuturor dificultăților și în ciuda unor oportunități ratate, eforturile noastre în următorii cinci ani au fost destul de reușite. Am reușit să transformăm hărțile funcționale ale acelor genomuri minuscule din teritorii în mare parte neexplorate în hărți genomice foarte bogate ale funcțiilor biologice. Cele mai multe dintre predicții au fost ulterior confirmate experimental, deși unele dintre ele sunt încă în desfășurare: experimentele de laborator durează mult mai mult decât analiza computerizată. Sunt sigur că succesul nostru s-a datorat recunoașterii timpurii a unui principiu de bază foarte simplu, dar surprinzător de puternic al biologiei evoluționiste: dacă un motiv distinct dintr-o secvență de proteine persistă pe parcursul unei evoluții lungi, atunci este important din punct de vedere funcțional și cu atât este mai conservator. , cu atât funcția este mai importantă. Acest principiu, derivat în esență din simplul simț, dar desigur care urmează strict din teoria evoluționistă moleculară, ne-a servit în mod admirabil scopurilor și, sunt sigur că, m-a făcut un biolog evoluționist pentru restul zilelor mele. Înclin să parafrazez celebrul dicton al marelui genetician evoluționist Theodosius Dobzhansky: „Nimic în biologie nu are sens decât în lumina evoluției” (Dobzhansky, 1973) într-un mod și mai direct: biologia este evoluție.

În această carte ambițioasă, Evgeny Kunin evidențiază împletirea întâmplării și a regulatului care stă la baza însăși esența vieții. În încercarea de a obține o înțelegere mai profundă a influenței reciproce a hazardului și a necesității care conduce evoluția biologică înainte, Kunin reunește noi date și concepte, în timp ce trasează o cale care duce dincolo de teoria sintetică a evoluției. El interpretează evoluția ca un proces stocastic bazat pe pre-contingențe, limitat de nevoia de a menține organizarea celulară și ghidat de un proces de adaptare. Pentru a-și susține concluziile, el combină multe idei conceptuale: genomica comparativă, care pune în lumină formele ancestrale; o nouă înțelegere a tiparelor, modurilor și impredictibilității procesului evolutiv; progrese în studiul expresiei genelor, a prevalenței proteinelor și a altor caracteristici moleculare fenotipice; aplicarea metodelor de fizică statistică pentru studiul genelor și genomului și un nou...

Citiți complet

În această carte ambițioasă, Evgeny Kunin evidențiază împletirea întâmplării și a regulatului care stă la baza însăși esența vieții. În încercarea de a obține o înțelegere mai profundă a influenței reciproce a hazardului și a necesității care conduce evoluția biologică înainte, Kunin reunește noi date și concepte, în timp ce trasează o cale care duce dincolo de teoria sintetică a evoluției. El interpretează evoluția ca un proces stocastic bazat pe pre-contingențe, limitat de nevoia de a menține organizarea celulară și ghidat de un proces de adaptare. Pentru a-și susține concluziile, el combină multe idei conceptuale: genomica comparativă, care pune în lumină formele ancestrale; o nouă înțelegere a tiparelor, modurilor și impredictibilității procesului evolutiv; progrese în studiul expresiei genelor, a prevalenței proteinelor și a altor caracteristici moleculare fenotipice; aplicarea metodelor fizicii statistice la studiul genelor și genomului și o nouă privire asupra probabilității apariției spontane a vieții generate de cosmologia modernă.
Logica hazardului demonstrează că înțelegerea evoluției care a fost dezvoltată de știința secolului XX este depășită și incompletă și conturează o abordare fundamental nouă - provocatoare, uneori contradictorii, dar întotdeauna bazată pe cunoștințe științifice solide.

Ascunde

E. Kunin: logica părtinirii

Pot să recomand cartea lui Yevgeny Kunin doar biologilor și doar celor care pot gândi independent, fără să privească înapoi la autorități. Faptul este că cartea este în mare măsură o auto-recenzie, așa cum Mikhail Gelfand a numit pe bună dreptate acest stil în recenzia sa asupra acestei cărți. Nu am nimic împotriva unui astfel de gen, poate fi util și interesant, dar, în acest caz, autorul pretinde mai mult, adevăr științific în ultimă instanță, adică reflectând știința de astăzi. Din această cauză, cititorul poate avea o înțelegere unilaterală a situației din știință. Acest lucru este sporit de faptul că autorul promovează activ unele dintre ideile sale, pentru care închide ochii la alte interpretări posibile, care, după părerea mea, uneori mai bine și mai ușor de explicat datele oferite de autor. Aceasta se referă, de exemplu, la originea eucariotelor și la modul în care a apărut nucleul. Unele idei, cum ar fi ubicuitatea PIP, au implicații contradictorii.
În plus, din nou, după părerea mea, în unele locuri există o substituire a conceptelor asociate cu specializarea genetică moleculară a autorului. Concepte precum evoluția, progresul, arborele vieții sunt înlocuite cu evoluția genei, progresul genomilor, arborele vieții genelor. Motivele acestor substituiri de concepte sunt ușor de detectat:
1) Terminologie slab dezvoltată în biologie. Când nu există o definiție exactă și lipsită de ambiguitate a vieții, a unui organism viu, este ușor să schimbați conținutul atunci când discutăm despre arborele vieții și despre alte concepte derivate.
2) Evitarea lucrului cu organisme. Aici are loc și o schimbare a obiectului, care duce la o schimbare a metodelor, există și o înlocuire a conceptelor, deoarece conceptele biologice sunt vagi, pot fi schimbate pentru sine. Mulți oameni de știință care se ocupă exclusiv de genetica moleculară pierd contactul cu domeniile clasice ale științei, precum citologia, histologia, ecologia populației etc. Acest lucru se datorează și faptului că consideră alte discipline de puțină importanță în comparație cu genetica moleculară.
3) Autorul își promovează ideile, inclusiv în detrimentul obiectivității, datele sunt prelucrate numai în beneficiul necesar, deși, după cum sa menționat deja, din acestea se pot deduce și alte consecințe.
Aceasta se referă, de exemplu, la originea eucariotelor și la modul în care a apărut nucleul. Iar temeiurile sintezei postmoderne par nefondate. O versiune extinsă a recenziei poate fi citită aici: http://costya-s-book.livejournal.com/61829.html