Наследование признаков
Как может генетический код, имеющий довольно небольшой объем, приводить к сложнейшему организму, в котором даже одна клетка для описания своих механизмов требует несопоставимо большей информации?
Геном человека может быть записан на носителе в 600 мегабайт. В то же время один только мозг содержит около 80 миллиардов нейронов, каждый из которых может иметь около 10 тысяч связей с другими нейронами (т.е. информация, необходимая для записи только структуры нейронной сети необходима в объеме порядка 10 в 14 степени единиц). Кроме нейронов в мозге человека есть и вспомогательные клетки, например, глия - более 100 миллиардов клеток. А еще - клетки тела, самого разного вида. Генетическая же информация имеет всего около 3*10 в 8 степени единиц (в миллион раз меньше, чем необходимо для кодирования только структуры нейронной сети мозга и в сотни миллиардов раз меньше, необходимого для кодирования всего тела). Как удается малым числом битов записать на порядки больше объемы?
При ответе на этот вопрос, выявится несколько важных мировоззренческих принципов, из-за чего и затеян этот текст. Ответ прост, как разгадка фокуса. Природа не творит головоломки, а действует очень прямолинейно - так что бывает трудно понять суть фокуса.
Особенности воспроизведения на основе генетического кода станут более понятны если учесть самый характерный эффект, который проявляется в эволюции живых существ: эффект скачкообразности изменения форм существ в данных условиях при любом изменении наследственного кода, который оказывает на это влияние (приоритет открытия - Гуго Де Фриз). Формы живых существ, способные существовать в данных условиях не теряя способность к воспроизводству, эволюционируют в соответствии с этим эффектом. Пример: у мухи-дрозофилы есть мутация "tetraptera", при которой мухи приобретают лишнюю пару крыльев. А ведь это признак отряда - количество крыльев! У перепончатокрылых их как раз 4, — вот и начало превращения мухи в осу.
Это значит, что даже единичные изменения в генетическом коде могут повлечь за собой любые по масштабам изменения конечного организма.
Главный принцип: генетический код вырабатывает результат строго в зависимости от условий.
Береза за полярным кругом или высоко в горах имеет вид низкорослого кустарника и мало похожа на равнинную березу средней полосы, несмотря на то, что может иметь тот же самый генетический код (на самом деле он очень незначительно отличается, обеспечивая свойство выживать в тяжелых условиях).
Именно условия способны менять результат реализации генетического кода, влияя на последовательность запуска синтеза белков в различных делящихся клетках организма, если только эти условия не оказываются настолько необычны для вида, что возникающий в результате организм уже несовместим с жизнью.
Именно условия способны менять результат реализации генетического кода, влияя на последовательность запуска синтеза белков в различных делящихся клетках организма, если только эти условия не оказываются настолько необычны для вида, что возникающий в результате организм уже несовместим с жизнью.
Эффект скачкообразности изменения наследуемых признаков при изменении генетического кода не позволяет реализовать передачу по наследству никаких поведенческих свойств, которые бы могли проявляться неизменно и вне зависимости от окружающих условий. Все "инстинкты" являются лишь результатами особенно облегченных, предопределенных условиями путей развития реагирования, обусловленного особенностями строения тела и особенностями строения мозга (и, особенно, ветвления аксонов и дендритов нейронов).
Проще говоря, природе вовсе не нужно получать строго определенную форму и свойства организмов. При данном геноме в данных условиях - что получается, тем мы и обладаем. Стоит изменить в генетическом коде хоть самую малость и соответствующий орган изменится скачкообразно, становясь разительно иным.
Обычно то, что определяет особенности развития психики, называют задатками — это врожденные анатомо-физиологические особенности нервной системы, составляющие индивидуальные психологические предпосылки формирования и развития способностей. Они обусловлены генетическим кодом, "рассчитанным" на реализацию в обычных для данного вида условиях, и во многом передаются по наследству (но далеко не во всем, так как некоторые особенности сочетания генов перетасовываются очень индивидуально).
Но эти врожденные особенности вовсе не являются уже готовыми прототипами психики, иначе их не называли бы задатками, а можно было бы говорить о передаче по наследству психических качеств (инстинктов, навыков, повадок). На самом деле ничего такого по наследству не передается (объема генетического кода не хватит для этого).
Обычно то, что определяет особенности развития психики, называют задатками — это врожденные анатомо-физиологические особенности нервной системы, составляющие индивидуальные психологические предпосылки формирования и развития способностей. Они обусловлены генетическим кодом, "рассчитанным" на реализацию в обычных для данного вида условиях, и во многом передаются по наследству (но далеко не во всем, так как некоторые особенности сочетания генов перетасовываются очень индивидуально).
Но эти врожденные особенности вовсе не являются уже готовыми прототипами психики, иначе их не называли бы задатками, а можно было бы говорить о передаче по наследству психических качеств (инстинктов, навыков, повадок). На самом деле ничего такого по наследству не передается (объема генетического кода не хватит для этого).
Если мы разольем стакан воды на землю, то она растечется множеством ручейков, образуя затейливую сетку. Какие условия поверхности, так и разольется вода. Информация о воде – минимальна, а информация о форме, приобретаемой при разливании – огромна. Если разлить на совершенно ровной горизонтальной поверхности, то вода образует ровный круг, а если будет множество шероховатостей и изгибов – получится совершенно другая форма.
Даже в неживой природе этот эффект зависимости динамики процесса от условий дает удивительные результаты. Снежинки получается разного вида в разных условиях.
Если мы протрем зимой окно снаружи, то оно покроется сложнейшим узором кристаллов льда вдоль следов, оставленных тряпкой.
На Сатурне обнаружены облака в форме идеального шестиугольника, имеющие точную геометрическую структуру и шесть практически равных сторон, в поперечнике превышающие 25 тысяч километров. В нем свободно могли бы уместиться четыре такие планеты, как Земля. И, хотя на остальных известных планетах, где присутствует атмосфера, на полюсах наблюдается извилистый и волнообразный рисунок облаков, над Северным полюсом Сатурна их конфигурация представляет собой практически правильную геометрическую фигуру.
В пещерах образуются знакомые всем спелеологам разные формы сложнейших узоров кальцитовых образований. А формула кальцита – очень проста: CaCO3.
На Сатурне обнаружены облака в форме идеального шестиугольника, имеющие точную геометрическую структуру и шесть практически равных сторон, в поперечнике превышающие 25 тысяч километров. В нем свободно могли бы уместиться четыре такие планеты, как Земля. И, хотя на остальных известных планетах, где присутствует атмосфера, на полюсах наблюдается извилистый и волнообразный рисунок облаков, над Северным полюсом Сатурна их конфигурация представляет собой практически правильную геометрическую фигуру.
В пещерах образуются знакомые всем спелеологам разные формы сложнейших узоров кальцитовых образований. А формула кальцита – очень проста: CaCO3.
Все это происходит только, потому что начальное состояние вещества в данных условиях с неизбежностью приводят к развитию такого результата.
Можно уверенно утверждать, что в генетическом коде не запрограммированы все нейроны и их связи, рефлексы и т.п.. Развитие же приводит к вполне определенным результатам, исходящим из существующего генетического кода. Специфика формы, строения тела, а также внешние факторы, определяют условия неизбежности развития характерных для организма реакций.
Вот как организован наследственный механизм регуляции роста коренных зубов (fornit.ru/2545):
“...ученые не склонны всю регуляторику сваливать на гены...
развитие второго зуба контролируется двумя противодействующими силами: силой активирующего сигнала от мезенхимы челюсти и силой тормозящего сигнала от растущего первого моляра. От их соотношения и будет зависеть размер второго зуба. На определенной стадии развития второго моляра от него отрастает назад зачаток третьего моляра. Сроки закладки этого зачатка и размер третьего моляра опять-таки зависят от силы мезенхимного активатора и тормозящего сигнала, посылаемого вторым моляром. То есть темпы роста коренных зубов и их размеры зависят от разницы между количеством активатора и ингибитора. (Косвенно об этом свидетельствует и такой факт: мутации, блокирующие фактор-ингибитор, приводят к образованию дополнительных моляров или дополнительных бугорков на коронках.)
Развивающийся зуб определяет судьбу следующего за ним зуба, а тот, в свою очередь контролирует судьбу следующего. И не требуется никаких особых наборов генов на каждый зуб. Теоретически, для регуляции развития всех моляров достаточно двух генов: один отвечает за количество мезенхимного активатора, а другой включает выработку ингибитора в развивающемся зубе. В действительности, при росте зубов работает не один такой ингибитор, а несколько, например эктодин (Ectodin) и фоллистатин (Follistatin)”.
“...ученые не склонны всю регуляторику сваливать на гены...
развитие второго зуба контролируется двумя противодействующими силами: силой активирующего сигнала от мезенхимы челюсти и силой тормозящего сигнала от растущего первого моляра. От их соотношения и будет зависеть размер второго зуба. На определенной стадии развития второго моляра от него отрастает назад зачаток третьего моляра. Сроки закладки этого зачатка и размер третьего моляра опять-таки зависят от силы мезенхимного активатора и тормозящего сигнала, посылаемого вторым моляром. То есть темпы роста коренных зубов и их размеры зависят от разницы между количеством активатора и ингибитора. (Косвенно об этом свидетельствует и такой факт: мутации, блокирующие фактор-ингибитор, приводят к образованию дополнительных моляров или дополнительных бугорков на коронках.)
Развивающийся зуб определяет судьбу следующего за ним зуба, а тот, в свою очередь контролирует судьбу следующего. И не требуется никаких особых наборов генов на каждый зуб. Теоретически, для регуляции развития всех моляров достаточно двух генов: один отвечает за количество мезенхимного активатора, а другой включает выработку ингибитора в развивающемся зубе. В действительности, при росте зубов работает не один такой ингибитор, а несколько, например эктодин (Ectodin) и фоллистатин (Follistatin)”.
Результат той или иной формы эволюционно вовсе не был задан строго заранее ни богом, никаким иным путем. Он таков, какой выходит из общих законов термодинамики, химии, физики - из законов причинно-следственных связей. У человека внешний вид таков, каков он получился при развитии в определенных условиях с учетом того, что оставалось не в противоречии этим условиям, иначе это отсеивалось. Форма тела у нас такая, какая получилась при мутациях и отборе наиболее жизнеспособного. Генетический материал в этом плане эволюционно отобран среди других молекул как нечто, что способно развиться в определенных условиях опять в организм, способный существовать в данных условиях. Но если условия окажутся другими, то и результат, форма станет другой (если только организм еще окажется способным развиваться в таких условиях).
При развитии от первой клетки, особенности каждого последующего деления определяется уже достигнутым новым состоянием, которое активизирует ту часть генома, которая эволюционно возникла для создания этого состояния организма. Т.е. переход от одноклеточных к многоклеточным потребовал дополнение генома тем, что заставляет клетку делиться вообще, далее все новшества в дальнейшем развитии организма так же постепенно формировали и дополнительные фрагменты в геноме, которые активизируются в момент соответствующего этапа развития организма.
Генетический код в принципе похож на кодировку видеофильма, когда в следующем кадре записывается только то, что отличает его от предыдущего. Вместо десятков гигабайт такая кодировка может обеспечить запись всего в десятки мегабайт, используя в тысячу раз меньше информации. Но если запустить фильм не с начала, то на мониторе будет каша вместо картинки (чтобы этого не было приходится, все же, через заданное число кадров отличий записывать полный кадр).
Сформулируем мировоззренческие принципы:
[left]1. Форма развития объекта нашего наблюдения (чего бы то ни было) зависит не