Когато чумата върне на хората децата…

Така казват някои по-възрастни хора, когато искат да опишат нещо, дето няма да се случи и отвъд никогато. Но прави ли са?

Имам навика да хвърлям по едно око на статиите около картирането на човешкия геном. Любопитен съм дали няколко хипотези, които си имам, ще се потвърдят. Наскоро прочетох потвърждение за една – и то такова, каквото не бях очаквал.

Хипотезата ми беше, че ще намерят в човешкия геном сума ти парчета и остатъци от най-различни вируси. Наскоро обаче са намерили не просто парче, а цял един вирус в него – и то в генома вероятно на всеки човек наоколо!

Въпросният вирус е от групата на поли-ДНК вирусите. Логично е да се предполага, че просто случайно се е закрепил към генома, и се влачи с него, като безвредна добавка. (Еволюцията не елиминира безвредните добавки в генома, или по-точно го прави много, много по-бавно.) Но не е така – човешкият организъм активно използва гени от набора му за свои цели. И то за най-своята цел на човешкия род – размножаването!

Едно от качествата на този вирус е, че той подтиска имунитета на гостоприемника, за да не бъде унищожен твърде лесно в организма. Подтискането се обуславя от един ген в него, който отключва при активиране сложна процедура по подтискане на имунитета към вече налични в организма чужди обекти, но почти без да засяга реакцията към новопостъпили. (Тук най-подло си спестявам няколко страници обяснения и схеми.) Та, този ген се активира в организма на бременните жени – и именно той спомага тялото им да не отхвърли зародиша, който се развива в него. Възможността да износваме децата си дължим на това, че сме изпиратствали генома на въпросния вирус.

И кво стана? “Когато чумата върне на хората децата”… Оказва се, че един вид чума (принципно болестотворен вирус) е отговорен за това изобщо да можем да имаме деца! Аллах акбар…

(Воистине акбар, сигурно би казал Калоян.)

И още едно генетично откритие, което ме изненада. За него пък си мислех, че би било удобно да съществува като фактор в генетичната еволюция – ама и представа си нямах, че природата ме е изпреварила с идеята!

Случват се, значи, от време на време мутации. Еволюцията ги използва като база за пригаждане на вида към околната среда – чисти неподходящите, запазва подходящите. Знаем го още от учебниците в началното училище. Чудесно нещо, благодарение на него не сме още коацервати.

Да, ама не толкова чудесно. Мутациите се случват с що-годе равномерна скорост, при нормални условия. А пък биологичният вид има много неравномерна нужда от тях. Промените в околната среда обикновено се случват рядко, а пък стават сравнителн о рязко – стотици хиляди, дори милиони години без промяна, и след това промяна в рамките на не повече от няколко хиляди години, или дори само за ден-два. Е, няма ли как някак при живота без промяна да няма много мутации, пък като дойде промяната, да се изпонаслучат всичките? Тогава е, когато има нужда от тях. Ако пък има и как да се случат само не най-страшните, от които направо се умира, ще е супер. Ненаучна фантастика.

Е, оказва се че имало начин. Приложен вече вътре в нас.

Пак в училище сме учили, че генетичният код на човека е двоен – тоест, има някаква повторяемост. Подсигуряване в случай на грешки – ако едната верига пострада, другата е читава, и повредената се оправя според нея. Ако сме учили биология или медицина във ВУЗ, ще знаем, и че има едни ензими, наречени ДНК-репарази, които оправят ДНК-то – и че принципно те могат да бъдат и много по-ефективни и безпогрешни, отколкото са. (А са по-малко ефективни, защото иначе нямаше да се събират достатъчно мутации, за да работи еволюцията.) Така че има и още едно ниво на ремонт и съхраняване на генетичната информация.

И други има. Много гени са дублирани в по повече от едно копие. Много са пръснати “холографски” из ДНК – парченце тук, парченце там; от различните парченца след много рязане и кроене се сглобява една обща иРНК, която кодира вече нужния белтък. Ако някое парченце е повредено, може да се вземе друго негово копие, читаво – нещо като ECC технология. Ето ви още един слой на сигурността.

Нещата не спират дотук. Смисълът на тези ДНК и РНК е да се произведе белтък – той е, който определя нещата в организма. В някои случаи подмяната на дори само една аминокиселина по веригата на този белтък го прави дефектен. В други обаче – не: функцията се запазва, често в пълна степен – била е подменена несъществена аминокиселина. Така че ето и още едно ниво на подсигуряване… И на всяко работят механизми с възхитителна сложност и баланс.

Добре де, ама дотук говорим само за подсигуряване. Време е да спомена и за механизма “тука има мутации, тука нема”.

На всички тези нива на подсигуряване белтъкът да се получи какъвто трябва работят сложни механизми. Те успяват да отстранят влиянието на много и много вече налични в ДНК мутации. Да, някои мутации са наистина страховити и еволюцията ги обработва веднага – но по-леките биват заобиколени от механизмите на корекция, и остават скрити от еволюцията. И се трупат с времето.

При нормални условия. Защото, когато организмът е при ненормални условия (прегряване, състояние на стрес и т.н.), ефективността на механизмите, които заобикалят ефекта на натрупаните мутации, спада. И мутациите внезапно започват да проявяват ефектите си, да се показват и стават налични точно когато организмите са под натиск – тоест, средата се е променила, и биологичният вид има нужда от мутации… И тъй като истински смъртоносните мутации повечето са отсети от еволюцията още през “мирно време”, остават само по-доброкачествените.

За кой ли път се възхищавам на мъдростта на природата.

18 Responses to 'Когато чумата върне на хората децата…'

  1. itilien Says:

    Ами мъдра е, да, като е имала толкова годинки за учене… 🙂 Мерси, интересно ми беше!

  2. basstoon Says:

    Много интересна тема. Чудно ми е дали това парче ДНК е станало свободен елемент при разрушаването на някаква готова ДНК (организъм) или се е случило обратното. (Защото от примера, който даваш може да си помислим, че преди чумата хората не са можели да имат деца.) И дали това изобщо има значение, т.е дали процеса е обратим? В този ред на мисли, дали при смъртта на човек (венеца на еволюцията) цялата му ДНК не „отлита”, като най-ценните и части се превръщат във вируси и помагат на птиците, например, да еволюират? Или всъщност дали венец на природата е този организъм, който може да се „разболее” от парченцата ДНК (или РНК?) от цялата босфера и може да включи най-ценните от тях в себе си? Вие докторите може би пречите ли на еволюцията повече от колкото предполагате. Забавно 🙂

    Най-удивителното според мен, е че живота изобщо се е случил. Понякога ми се струва абсолютно невъзможно да се обхване сложността на кода записан в гените ни. Има две неща, които ме учудват най-много в еволюцията (или поне това което знам за нея). Едното е фактът, че ембриона повтаря еволюцията (как беше „онтогенезата повтаря филогенезата”?). Това винаги ми се е струвало много важно откритие. Значи за да повтори един организъм, изключително ефективната природа го кара да повтори еволюцията? Доста странно. Все едно ако строим нов завод за автомобили, в него да се мине през откриването на колелото, до производството на електричество за току що направените машини, които ще произвеждат коли…
    Може би природата е решила, че някак информацията за изминатият път трябва да се провери на практика, за да има „смисъл” организмът да живее. Значи трябва да съществува „смисъл”!?!

    Второто нещо, което винаги ме е учудвало, е предположението, че случайни мутации създават видовото разнообразие и въобще определят еволюцията. Цялата сложност на живота, за която съм споменал по-горе ме кара да мисля, че това е просто невъзможно. Все едно да се надяваме някой, например едно детенце, да си рисува с асфалт на медно фолио залепено на гетинаксов лист за удоволствие, след което да пробие с пирон дупчици за очи на съществата които е нарисувало. Да потопи в киселина плочката и т.н., след което да остави така получената печатна платка между струг и стъкларска пещ, които работят достатъчно дълго. Да се надяваме от стружките, които летят и пръските стъкло да се образуват електронни лампи, които да паднат в съответните дупки, след което някой да включи кинескоп и захранване за да види какво ще се получи и да приеме предаване от получена по подобен съвсем случаен начин камера и предавател, при това достатъчно близо за да го приеме прародителя на телевизионния приемник. Всъщност примера, който дадох може би не е достатъчно сложен за да опише еволюцията. Някак не ми се вярва (не че не искам – не вярвам) това да стане случайно. Може би най-простото доказателство на глупостта, която написах е „Такова случайно нещо вече се е случило, и това е еволюция на човека и фактът, че телевизори съществуват.”

    За да не бъда обвинен в религиозна пропаганда ще допълня, че не търся доказателство за съществуването на Бог. Може би има някакъв принцип, който изисква животът да се появи. Както, ако човек хвърли камък близо до земната повърхност (т.е. не особено силно), камъкът най-вероятно няма да отлети в случайна посока, а почти сигурно ще започне да се подчинява основно на гравитацията…

  3. Божо Says:

    >”Възможността да износваме децата си дължим на това, че сме изпиратствали генома на въпросния вирус.”

    Или просто програмистът е ползвал copy-paste, за да не пише повторно код със същите функции 😉
    😀

  4. ~!@#$%^&*()_+ Says:

    баси, а аз наричам кода на проектите по които работя “боза” точно поради същите причини.

  5. Григор Says:

    @basstoon: Като знам механизма на действие на поли-ДНК вирусите, най-вероятно при заразяване геномът на вируса по погрешка се е вградил в генома на гостоприемника. И да, той може да се откъсне и да стане отново на вирус (евентуално отнасяйки със себе си случайни парченца от генома на човека, и после пък да ги лепне на друг човек или дори животно). При смъртта му – не, но преди нея – да. 🙂 Това е едно мое друго предположение за вирусите – като механизъм за пренос на гени по ненаследствен път, може би дори междувидово, с еволюционни последствия. Ще видим ще се окаже ли вярно.

    А че животът се е случил, не е никак случайно. Онтогенезата не повтаря в точност филогенезата, но я наподобява: еволюцията работи най-често чрез надграждане на ново ниво над налични функции, което е много естествен механизъм и за онтогенезата. Възможно е между двете да има конвергенция, както между различни видове в еднакви екологични ниши. 🙂

    За второто – случайните мутации са напълно достатъчно обяснение за цялото разнообразие на видовете. Силно препоръчвам Тери Пратчет – “Науката на света на диска”. В третата част ще намериш великолепен анализ на начините на мислене, които обсъждат вероятен ли е и задължителен ли е животът (написан от двама много сериозни учени, съавтори на Пратчет). Все още не съм успял да проверя дали нещата са достоверни от математическа гледна точка, при моделиране на процеса – имам да си изясня няколко важни момента около най-ранните етапи на живота (коацервати и пр.). Но засега нещата изглеждат в рамките на достоверното.

    Иначе, принципът, който изисква животът да се появи, се нарича комбинация от принципа на неопределеността на Хайзенберг и наличието на ентропията като факт. (Която е възможно в крайна сметка да се дължи пак на този принцип.) Всяка една система, която съдържа тези два елемента, задължително съдържа условия за еволюция. 🙂

    А какво е живот, е отделна приказка. 🙂 И по това имам някои идеи, но за да ги проверя, трябва да намеря физик с великолепни познания във вълновата теория и безкрайно търпение към комбинацията от любознателност с непросветеност и глупост. Тоест, да ми обясни дали няколко мои предположения са верни (аз не съм физик, и си нямам много вяра на изчисленията.)

  6. basstoon Says:

    Не съм сигурен, какво имаш предвид с „наличието на ентропията като факт”. Може би имаш предвид втория принцип на термодинамиката за нарастване на етропията, но на пръв поглед тъкмо животът опровергава този принцип, защото се стреми да организира химични съединения в по-сложни структури, а не обратното. (Всъщност изобретяването на атомната бомба е доста силен аргумент за това, че живота се стреми да изчезне…). Всъщност цялата ни опитност ни води до извода, че оставена сама на себе си всяка структура се разпада, чупи се или спира да работи с течение на времето и затова ми е странно, че живота съществува изобщо. Примера който дадох с самопоявилия се телевизор, е породен от изискването да се получи случайно сложна система, която обработва информация. Има твърде много примери, за усъвършенстване на един вид, което не може да е резултат от случайни фактори. Например не ми се вярва птиците да са случайно аеродинамични. Мутагенните фактори да са направили кубични, цилиндрични и конични патки, които са отстъпили мястото си на идеално аеродинамичната патка. Някак мога да си представя една патка, която открива, че като отслабне в гърдите и наедрее в задника лети по-лесно, но не разбирам как това знание преминава в гените, така че малките патета не са кубични. Най-забавното е, че това и предимство ще е недостатък при размножаването, защото квадратните патоци няма да могат да я настигнат 🙂 Или друг пример. Има една змия (вид кобра, май) която плюе отрова на повече от два метра, и при това уцелва с изключителна точност очите на жертвата. При това не става дума за лов, а защитен механизъм! Това пък как става случайно? Или как случайно пеперудите имат шарки на крилата, които приличат на враговете им. Да не би да е имало пеперуди със шарки статии от вестник „Труп”, които съвсем естествено са изчезнали? Признавам че прекалявам с профанизирането, но животинския свят е пълен с примери за същества, които са приспособени невероятно добре към дадена ниша. Някак ми се струва логично тук пръст да има „волята” на живото същество, а не случайни грешки на ДНК-репаразите.

    Познанията ми по биология са твърде бедни, за да се доближа до разбирането на теорията за възникване на живота и еволюцията. Използвам прости механични примери за да си представям тези принципи, което – напълно ми е ясно – води до абсурдни изводи. Това породи и грешката с предположението за „след смътта…”. Естествено че сеем навсякаде около нас биологичен материал точно докато сме живи, а не след това. Просто си представих ДНК-то като твърда структура, която се чупи на хиляди парчета 🙂 Трябва да ти кажа, че ми се струва много по-вероятно еволюцията да съществува благодарение на фактор като вирусите, отколкото на случайни космически частици, които избиват по някой електрон. Освен ако не си представяме космическото лъчение като информационен поток, в който е записано точно каква промяна „се иска”, но така пак стигаме до идеята за Бог.

    Колкото до подходящ физик, мисля че познаваш поне двама. Уича, който в момента лети във висините на теоретичната физика и Пунчев, който е бивш физик и настоящ философ. И двамата са подходящи за изслушването на интересна теория.

    И за последно да ти спомена любимата си теория за живота.
    Може би животът е контрмонт в нашата вселена. (Помниш ли У-Янус?) Иначе защо обръща принципа за нарастване на ентропията?

  7. Божо Says:

    Аз мисля, че принципът за ентропията не е пълен. Теорията не е разработена до край. Със сигурност има и някакъв организиращ механизъм. Иначе не биха се появили частици, атоми и все по-сложни структури.

  8. Lazy Says:

    Е, ясно е защо се е зародил животът например. Ние живеем в ентропийна аномалия – получаваме енергия от Слънцето. И всичко, което се е появило във Вселената след Големия взрив, е резултат от първоначалните условия, които е възникнала Вселената – максимална подреденост, минимална ентропия. А че ентропията нараства с течение на времето, няма никакво съмнение.
    Но отклонения от втория принцип на термодинамиката има. През юли 2002 г. австралийски изследователи показаха, че за малки системи ентропията може да намалява в течение на много малки периоди от време. Това е първата експериментална демонстрация на отклонение от втория закон на термодинамиката.

  9. Григор Says:

    @basstoon: Не е логично волята и откритието на живото същество да играе роля, тъй като повечето живи същества са твърде прости, за да имат воля или да могат да откриват съзнателно. Пак съвет: прочети “Науката на Света на Диска”, трета част – там въпросът с появата и зараждането на сложни системи е разгледан великолепно, съвсем не фентъзи, и е написан от двама изключителни учени (Пратчет после само е обработил малко текста им).

    За подходящия физик: Уича не е в състояние да изслуша каквото и да било, което отнема повече от 5 секунди ;-). А Пунчев е велик капацитет в областта на теорията на космократора, но не зная дали е добър във вълновата теория и уравненията на Шенън.

    @Божо: Никога нищо не е пълно. 🙂

    @Lazy: Максималната подреденост не е задължително минимална ентропия. Съвършената подреденост е съвършената еднородност – тоест, 100%-товата ентропия. Иначе разбирам какво имаш предвид.

  10. chernobyl Says:

    bastoon:
    Намесвам се само за да кажа, че на въпросите, които си задаваш, е отговорено по много добър начин в “Слепият часовникар” (The Blind Watchmaker) на Ричард Докинс. За съжаление не знам дали книгата има българско издание, но я препоръчвам на всеки, който се интересува от тези неща.

  11. basstoon Says:

    Под „воля” не разбирам осъзнато желание за постигане на идеални цели. Всяко придвижване срещу съпротивителните сили на природата е породено от воля. След като нещо се постига с усилие, изразходване на енергия от живо същество в определена посока, за мен това е воля. Дори едноклетъчните извършват такава дейност, следователно това е волята, която имам предвид. По скромното ми мнение има механизъм, с който видовете могат да се променят след дълго упражнявано усилие. Т.е. това, че днес изглеждаме така и ръцете ни са се скъсили в сравнение с маймуните е резултат от желанието и волята да сме изправени, а не от случайното мутиране на нашите деди в посока на по-къси ръце поколение след поколение. Естествено въпросът е спорен, но някак не ми се вярва маймуните с дълги ръце да са имали идеал за красота изправена маймуна с къси ръце и малко по малко да случайните мутации с къси ръце да са станали мнозинство.
    Нека не звучи така, сякаш ви тълкувам популярна книжка биология за деца. Възможностите случайно да се получи функционалност, която да е успешна ми се струва статистически невъзможна. Нека вземем за пример хамелеонът. Съвършеното му преобразяване е доста сложен процес, който почти сигурно е преминал през дълъг процес на усъвършенстване, който не може да е случаен. След като ни е (донякъде) лесно да приемем, че придобити особености могат да се предават по генетичен път, тогава защо ни е трудно да си представим желанието за определена особеност, комбинирана със волята за живот да създадат тази промяна в поколенията? Въобще случайните мутации от слабо йонизиращо лъчение ми се струва прекалено оптимистична хипотеза за огромния брой от съвършени организми, които ни заобикалят.

    @Lazy Ти направо ме уби! 🙂 До сега си мислех, че въпросите свързани с появата на живота са теории, а ти си запознат с точния отговор!?! Наистина, може би проблемът се крие в това, че се опитваме да разглеждаме незатворени системи, като затворени, за каквито всъщност става дума във втория принцип на термодинамиката. Аз не намирам за странно това, че се използва външна енергия за запазване на една структура. Странното е, че една клетка, някак си, използвайки енергия и градивен материал се превръща в изключително сложна структура. Фактически от една клетка се получава цял завършен човек.

    Надявам се ще ми простите, че изразявам не особено обмислени идеи. Позволявам си да изразя усещането ми по тези въпроси. Ако погледнем философски на въпросът, наличието на живот, издига понятието хаос на доста по-високо ниво 🙂

  12. Григор Says:

    @basstoon: За пореден път препоръчвам “Науката в Света на Диска” 3 – там тези въпроси са разгледани много добре, и им е даден много точен отговор.

  13. Lazy Says:

    @basstoon, не може да не се направиш на интересен. 🙂 Естествено, че нямам предвид, че знам как се е зародил животът, просто дадох обяснение защо е възможно да се зароди живот при наличието на втория принцип на термодинамиката.

  14. zonko Says:

    Хм, като ти четох статийката и се сетих за “Радиото на Дарвин” на Грег Беър. Ако случайно ти е непознато, моментално си наваксай.
    Аз затова обичам добрата фантастиката – почти винаги се сбъдва…:)

  15. Крум Says:

    @chernobyl: Сега върнах “The Blind Watchmaker” в библиотеката на Британския съвет, ако някой иска да я заема. 🙂

  16. tom Says:

    Момчета, тук има една много интересна статия по въпроса за ДНК. Не се подлъгвайте по заглавието и. Има някои идиотски паралели и коментари в нея, но идеята кърти!

    http://www.xnetbg.com/www/site/index.php?option=com_content&task=view&id=341&Itemid=1

  17. Григор Says:

    @tom: Уви, къртеше преди към 50 години. После Робърт Хайнлайн, Айзък Азимов и още други учени от същия бранш написаха няколко интересни статии по въпроса, и мисля, че го изясниха напълно. По-новите автори единствено използват компютри, за да постигнат същия резултат.

  18. Валентин Стойков Says:

    @basstoon

    „Може би имаш предвид втория принцип на термодинамиката за нарастване на ентропията, но на пръв поглед тъкмо животът опровергава този принцип, защото се стреми да организира химични съединения в по-сложни структури, а не обратното. (…), че оставена сама на себе си всяка структура се разпада, чупи се или спира да работи с течение на времето и затова ми е странно, че живота съществува изобщо.“

    „След като нещо се постига с усилие, изразходване на енергия от живо същество в определена посока, за мен това е воля.“

    Неслучайно някои народи почитат Слънцето като Бог. Защото според съвременната наука волята, за която пишеш, дължим на Слънцето. То ни дава воля. Или казано по-научно: Слънцето е източник не просто на енергия, а на нискоентропийна енергия. То е източник на ниската ентропия, която имаме. Без него ентропията ни ще нарасне и ще измрем. Ще останат само примитивните организми, които живеят от ниската ентропия, която получават от земното ядро докато и то не се изчерпи… Освен ако не се научим да получаваме нискоентропийна енергия от далечните звезди, но това ми се струва почти невъзможно…

    По въпроса е писал Роджър Пенроуз в книгата си „Новият разум на царя“ ISBN 954-07-0468-5, стр. 387.

    В статията Слънчева енергия от Уикипедия бях написал:

    „Слънцето не е просто източник на енергия – то е източник на нискоентропийна енергия. То излъчва фотони с енергия, която е по-висока от енергията на фотоните, които Земята излъчва в космоса. Животът на планетата е възможен, благодарение на ниската ентропия, която ни осигурява Слънцето.“

    Даже бях нарисувал и картинка (можете да я видите в горепосочената статия).

    А от къде идва ниската ентропия на Слънцето? Според Пенроуз, ниската ентропия на Слънцето се дължи на гравитацията (стр. 387-392) и по-точно „гравитационното свиване на свободен газ в звезди“ (стр. 392) т.е. процесът на образуване на звезди се дължи на гравитацията и на наличието на достатъчно свободен газ. Свободният газ и всичко останало са се образували в резултат на Големия взрив – момента, в който Вселената е имала много малка ентропия. Ако се интересувате от тези въпроси препоръчвам книгата му „Новият разум на царя“.

    Системата от физични закони, които водят до появата и еволюцията на живота можем да наречем с една трибуквена дума – Бог.

    „Първите глътки от науката те правят атеист, но на дъното на чашата те очаква Бог.“ — Вернер Хайзенберг

Leave a Reply