Система репликации ДНК

При делении клетки необходимо, чтобы ДНК в клетке также разделилась и воспроизвела себе подобную молекулу. Система репликации ДНК у людей и других организмов – еще одна система, возникновение которой проблематично описать с точки зрения теории эволюции. ДНК – это нуклеиновая кислота, состоящая из нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из двух частей: углеводородного кольца (дезоксирибозы) и основы, связанной с углеводородным кольцом. Существует 4 основы: аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т). К каждому углеводородному кольцу присоединяется одна основа. Углеводородные кольца объединяются в цепи. На одном конце цепи находится группа 5‘ OH (5‘ гидроксил). На другом конце цепочки ДНК находится группа 3‘ OH (3‘ гидроксил). Последовательность пар основ в цепочке ДНК начинается с 5‘-конца и кончается 3‘-концом. Внутри клетки две цепочки ДНК сплетаются в спираль. Нуклеотидные основы в каждой из цепей соединяются между собой. А всегда соединяется с Т, а G – с С. Таким образом, эти две цепочки дополняют друг друга. По одной из них можно определить другую. Зная последовательность основ в одной из цепочек ДНК, нетрудно вычислить последовательность во второй цепочке спирали. Например, если часть последовательности основ в одной цепочке выражается как TTGAC, значит, соответствующая часть во второй цепочке содержит последовательность основ AACTG. Таким образом, каждая из цепочек может служить шаблоном для воспроизведения другой. В результате получается новая двойная спираль ДНК, соответствующая исходной спирали. Поэтому, когда клетка делится на две части, в каждой из них остается по двойной спирали ДНК (Behe. 1998. P. 184).

Для репликации ДНК необходимо, чтобы две цепочки этой молекулы были разъединены. Однако в исходной молекуле они соединены между собой химическими связями. Воспроизведение происходит в тех местах молекулы ДНК, которые именуются «точками начала репликации». Белок присоединяется к ДНК в одном из таких мест и отделяет цепочки друг от друга. Затем другой белок, геликаза, действуя как клин, разъединяет цепочки. Разъединенные цепочки ДНК стремятся объединиться и, кроме того, существует вероятность, что каждая из них образует замкнутую цепь в результате действия водородных соединений между разными ее частями. Избежать этого позволяет одноцепочный связывающий белок, который покрывает одиночную цепочку, не давая ей замкнуться или соединиться с другими цепочками ДНК. На этом этапе возникает другая проблема. По мере того, как геликоза продвигается вперед, разделяя свернутые в спираль цепочки ДНК, концы цепочек перед геликозой сворачиваются в узлы. Чтобы убирать эти узлы, существует энзим гираза, который разрезает, распутывает и вновь соединяет цепочки ДНК (Behe. 1998. P. 190).

Как таковое, воспроизведение цепочки ДНК осуществляется, главным образом, энзимом полимеразой, который присоединяется к цепочке ДНК. Это присоединение осуществляется при помощи кольца из так называемых «хватательных белков». Существует сложная система белков, которая нанизывает кольцо на цепочку ДНК. Особый вид молекулы РНК начинает процесс репликации, объединяя несколько нуклеотидных основ и формируя короткую цепочку ДНК. Затем полимераза продолжает добавлять дополнительные нуклеотидные основы к 3‘-концу новой цепочки. Например, если в исходной цепочке ДНК есть основа G, то полимераза добавляет основу С к новой цепочке. Добавление нуклеотидных основ происходит в месте, именуемом нуклеотидной вилкой, где происходит разделение двух исходных цепочек ДНК (Behe. 1998. P. 188).

По мере того как репликационная вилка продвигается вдоль цепочки от 5‘-конца к 3‘-концу, энзим полимеразы непрерывно воспроизводит эту цепочку, именуемую ведущей. ДНК может воспроизводиться только по направлению к 3‘-концу. Однако две цепочки ДНК, которые образуют спираль, направлены в противоположную сторону. Как же воспроизводится вторая цепочка? В то время как энзим полимеразы репродуцирует ведущую цепочку описанным выше способом, двигаясь по направлению к 3‘-концу, одновременно с этим он репродуцирует вторую, ведомую, цепочку, добавляя группы нуклеотидов к соответствующим основам в обратном порядке. Этот процесс начинается с короткого отрезка РНК, который служит отправной точкой. К этому отрезку РНК добавляется несколько нуклеотидов по направлению к 3‘-концу ведомой цепочки. Добавив эти несколько нуклеотидов в обратном направлении, полимеразный механизм репликации отсоединяется и двигается вперед, останавливаясь в новом положении репликационной вилки, которая постоянно движется по направлению к 3‘-концу ведущей цепочки, отдаляясь от 3‘-конца ведомой цепочки. Полимераза продолжает репродуцировать ведущую цепочку, добавляя основы к новой цепочке, идущей в том же направлении, и одновременно с этим продолжает воссоздавать ведомую цепочку, добавляя основы в обратном направлении. К новой воссоздаваемой ведомой цепочке, полимераза присоединяет другой отрезок первичного фрагмента РНК и еще несколько нуклеотидов, делая это в обратном направлении, пока они не соприкоснутся с предыдущей связкой исходного отрезка РНК и нуклеотида. Каждый комплект нуклеотидов, воссозданных на парной ведомой цепочке, называется фрагментом Оказаки. Для соединения нового фрагмента Оказаки с предыдущим необходим особый энзим, который убирает первичный фрагмент РНК, находящийся между двумя фрагментами. Затем два фрагмента Оказаки соединяются энзимом лигазой ДНК. Далее полимеразный механизм репликации должен отсоединиться, переместиться к репликационной вилке и снова закрепиться на цепочке. Этот процесс продолжается до тех пор, пока ведущая и ведомая цепочки не будут полностью воспроизведены (Behe. 1998. P. 191). Существует также сложная система контроля, которая устраняет любые ошибки, возникшие в процессе репликации.

Бехе отмечает: «В специальной научной литературе не существует ни единого подробного описания того, как механизм репликации ДНК, целиком или по частям, мог возникнуть в результате постепенной эволюции» (Behe. 1998. P. 192). То же самое верно и в случае других сложных биохимических структур и процессов, имеющих отношение к человеку и другим живым существам.

Нервные соединения мозга

Д. Тревис пишет: «Человеческий мозг может развиваться только в том случае… если миллионы нервных клеток в нем связаны между собой и взаимодействуют должным образом» (Travis. 2000c). Поскольку, по утверждению ученых, сознание во всем многообразии его функций является продуктом деятельности мозга, эти взаимосвязи имеют огромное значение. Помимо расплывчатых предположений о существовании неких «наводящих молекул» и всеобъемлющей веры в то, что связи между нервными клетками образовались в результате эволюции, ученые не дали подробного объяснения возникновению этих связей. На основе опытов, проведенных на мушках-дрозофилах, ученые утверждают, что обнаружили ген, который, предположительно, отвечает за код 38000 различных «наводящих молекул». Даже если это так, то их находка ставит перед эволюционистами еще одну неразрешимую проблему: как один ген может определять код такого огромного числа молекул? И как эти 38000 разных «наводящих молекул» распределяются нужным образом, чтобы образовать необходимые соединения между нейронами мозга дрозофилы? Даже если предположить, что выяснить это удастся, разве можно представить, что из мозга мушки в результате мутаций ДНК и естественного отбора возник гораздо более сложный мозг человека?

Плацента

Другая проблема, с которой сталкиваются эволюционисты, – это происхождение плаценты у млекопитающих. ДНК зародыша представляет собой комбинацию ДНК матери и отца. Поскольку ДНК зародыша отличается от материнского ДНК, организм матери должен отторгать его как чужеродную ткань. Но этого не происходит, поскольку плацента изолирует зародыш от прямого контакта с иммунной системой матери. Плацента также снабжает зародыш питательными веществами и выводит отходы из его организма. Харви Д. Климан, биолог-репродуктивист из Йельского университета, утверждает: «Во многих отношениях плацента выполняет роль акваланга для зародыша, а также центра управления беременностью матери». По мнению сторонников теории эволюции, до появления плацентарных млекопитающих все наземные животные откладывали яйца. В своей статье в «Science News»Джон Трэвис пишет: «Как и в случае большинства других эволюционных натяжек, происхождение плаценты покрыто мраком неизвестности. Но это не мешает биологам строить предположения на данный счет» (Travis. 2000d. P. 318). Однако умозрительные предположения не имеют ничего общего с научным объяснением, которого в этих случаях просто не существует.

Бехе пишет: «За последние десять лет «Journal of Molecular Evolution» опубликовал более тысячи статей… Но ни в одной из них не дается детального описания промежуточных стадий развития сложных биохимических структур. И это не особенность данного издания. Никаких подробных описаний моделей промежуточных ступеней развития сложных биомеханических структур мы не встретим и в таких изданиях, как «Proceedings of the National Academy of Science», «Nature», «Science», «Journal of Molecular Biology» и, по моим сведениям, ни в одном другом научном издании» (Behe. 1998. P. 183).

Сходство приматов и человека

Физические антропологи и другие ученые предприняли попытки использовать генетику для объяснения предполагаемой эволюционной связи между людьми, шимпанзе и гориллами. Кто ближе к нам – шимпанзе или гориллы? И ближе ли эти человекообразные друг к другу, чем к человеку? Исследования дают совершенно разные результаты. Согласно исследователю Марксу, некоторые ученые утверждают, что по структуре хромосом человек ближе всего к гориллам, тогда как другие роднят человека с шимпанзе, а третьи находят наибольшее сходство в строении хромосом у шимпанзе и горилл. Исследования ДНК в митохондриях клеток показывают, что человек, шимпанзе и гориллы одинаково близки друг к другу. ДНК в ядрах клеток у человека, шимпанзе и горилл имеют различия, причем по строению X-хромосомы наиболее близки шимпанзе и гориллы, а по строению Y-хромосомы – шимпанзе и люди. Что же касается скелета, то по черепному строению людям наиболее близки шимпанзе, а по строению остальной части скелета наибольшее сходство наблюдается у шимпанзе и горилл (Marks. 1994. Pp. 65–66).

Пытаясь найти закономерность в этих противоречиях, многие ученые исходят из веры в превосходство генетических данных над всеми другими. Однако Маркс ставит под сомнение такую позицию: «Молекулярные исследования проблем антропологической систематизации, судя по всему, нередко страдают от [слабого] контроля над их качеством, поспешных обобщений, противоречивых заключений и ничем не обоснованной убежденности в том, что если два исследования приводят к разным результатам, то следует доверять данным, полученным с помощью генетического анализа» (Marks. 1994. P. 65).

Сибли и Алкист утверждают, что с помощью молекулярных методов (гибридизации ДНК) им удалось реконструировать филогенетику шимпанзе, горилл и человека (Sibley, Ahlquist. 1984. P. 11). По их словам, генетические данные показали, что первые шимпанзе произошли от горилл, а из них возникли люди. Однако Маркс отмечает: «К такому заключению они пришли через: 1) расстановку коррелирующих точек по линии регрессии и пересчета их значений, 2) замещение контрольных значений по ходу эксперимента, 3) введение точных изменений на основе произвольно взятой переменной» (Marks. 1994. P. 65). В связи с этим Маркс пишет: «Отсутствие упоминаний о данных манипуляциях в протоколах экспериментов усугубляется тем, что о них ничего не говорится в отчетах этих ученых и что они были обнаружены совершенно случайно… Данные факты свидетельствуют о недобросовестности указанных ученых и недальновидности их защитников» (Marks, 1994, P. 66).

Исследования Сибли и Алкиста грешат не только этими техническими недостатками, но и сомнительными исходными предпосылками. Согласно Марксу, эти предпосылки сводятся к следующему: 1) люди произошли от шимпанзе или от горилл в два этапа (т. е. от горилл произошли шимпанзе, а от шимпанзе – люди; либо от шимпанзе произошли гориллы, а от горилл – люди); 2) этот процесс «прослеживается с помощью генетических исследований и теории в их нынешнем состоянии» (Marks. 1994. P. 69). Маркс поясняет: «Эти предпосылки пагубны, ибо… они искажают научные факты. Прежде всего, необходимо учитывать, что мы точно не знаем, являются ли шимпанзе, люди и гориллы звеньями одной цепи или разветвлениями одной ветви» (Marks. 1994. P. 69). Значит, вполне возможно, что люди, шимпанзе и гориллы происходят от общего неизвестного предка. С такой же уверенностью можно предположить, что все эти виды были одновременно сотворены Богом в их нынешней форме.

На протяжении многих лет эволюционисты утверждают, что ДНК людей и шимпанзе на 97 % идентичны. По мнению ученых, это доказывает эволюционную связь между двумя данными видами. Однако данное утверждение имеет несколько неточностей. Прежде всего, сходство на 97 % было установлено путем грубой гибридизации ДНК (Sibley, Alhquist. 1987). Исследователи разбили человеческую ДНК в пробирке на несколько частиц и затем пронаблюдали, сколько из них воссоединились с частицами ДНК шимпанзе. 97 % частиц воссоединились, а остальные 3 % – нет. Однако никто точно не знает степени действительного сходства шимпанзе и человека на молекулярном уровне. Человеческий геном расшифровали лишь недавно. Была получена последовательность из примерно трех миллиардов нуклеотидных основ. Это похоже на последовательность букв в книге на иностранном языке. Чтобы прочитать эту книгу, вам понадобится разбить эту последовательность на слова и предложения и понять их значение. Этого до сих пор не было проделано в отношении ДНК. Согласно современным представлениям о строении ДНК, 97 % нуклеотидных основ не образуют генов. Их называют мусором. На отбор последовательностей, которые составляют гены, а не мусор, может уйти не одно десятилетие. Геном шимпанзе еще не был даже расшифрован и в ближайшие годы его расшифровка не предвидится. Поэтому в настоящее время нет никаких оснований для строго научного сопоставления геномов человека и шимпанзе. На данный момент мы не можем представить полный список генов шимпанзе и человека и проанализировать, насколько они сходны или различны во всем своем объеме.

Нам следует иметь в виду, что гены лишь определяют, какие аминокислоты должны соединяться для образования молекул белка (или других полипептидов). Иными словами, гены просто генерируют молекулярное сырье, необходимое для формирования организма и его функций. Нет ничего удивительного в том, что организмы человека и шимпанзе состоят почти из тех же самых молекулярных составляющих. Мы существуем в сходных средах обитания и питаемся сходной пищей. Поэтому схожесть генов и молекул наших организмов не исключает возможности творения. Конструкторы разных моделей автомобилей используют очень похожие компоненты. На самом деле, настоящая проблема не в компонентах, а в организации их в сложные структуры, которые выполняют функции тех или иных механизмов. Недостаточно, чтобы сырье, то есть сталь, стекло, резина, пластмасса и другие материалы, просто поступили на автозавод; нужно еще, чтобы рабочие этого завода придали им нужную форму и расположили их в нужном порядке – только тогда получится автомобиль. Подобно этому гены только обуславливают формирование молекулярного сырья, но не существует никаких данных о том, чтобы гены составляли из этого сырья тела шимпанзе или человека. До тех пор пока этот процесс не будет подробно описан, можно с равной уверенностью относить схожесть ДНК человека и шимпанзе, а также сложность их организмов на счет разумного творения.

Последние на момент написания этой книги исследования показывают, что геномы человека и шимпанзе отличаются всего на 1,5 % (Travis. 2000a. P. 236). «Что означает эта цифра? В настоящее время этого никто сказать не может», – пишет Джон Трэвис в своей статье в «Science News» (Travis. 2000а. P. 237). Таким образом, схожесть ДНК человека и шимпанзе представляется большинству эволюционистов сложной проблемой, которая требует объяснения. Франс де Ваал, приматолог из Университета Эмори, утверждает: «Большинству из нас трудно поверить, что мы отличаемся от обезьяны всего лишь на 1,5%. Крайне необходимо знать, какие функции выполняют эти 1,5 %» (Travis. 2000а. P. 237). Судя по всему, сложный механизм формирования различных видов жизни основан на чем-то еще, помимо ДНК. Остается предположить, что это «что-то» и есть результат разумного творения.

Некоторые ученые усматривают в человеческой хромосоме 2 комбинацию хромосом 12 и 13, которые имеются у шимпанзе. В этом они видят доказательство существования эволюции. Но тот факт, что хромосомы могут соединяться, не объясняет того, как это произошло. Это может быть делом рук разумного Творца, который оперировал одними и теми же хромосомами в разных комбинациях для создания различных видов жизни. Другие ученые видят подтверждение теории эволюции в существовании так называемых «псевдогенов». Псевдогены – это отрезки ДНК, которые выглядят как гены, но не выполняют никаких функций. Например, в ДНК человека есть отрезок, который подобен гену, отвечающему за выработку витамина С у некоторых животных. Но у человека этот ген неактивен. Между тем, тот факт, что ген деактивирован, не говорит о том, как именно произошла его деактивация. Это вполне может быть результатом разумного творения.

Африканская Ева

По утверждению некоторых ученых, генетические свидетельства указывают на то, что все ныне живущие люди происходят от единой прародительницы, жившей в Африке примерно 200 000 лет назад. Ее потомки распространились по всему миру, вытеснив гоминидов, существовавших в разных частях мира, при этом не скрещиваясь с ними. Этими гоминидами были неандертальцы или подобные им потомки Homo erectus, которые покинули Африку предположительно в предыдущую волну переселения 1–2 миллиона лет назад.

Данные исследований ДНК митохондрий

Вышеизложенный сценарий называется гипотезой африканской Евы или гипотезой африканского происхождения. Впервые о ней заговорили в 80-х годах двадцатого века такие исследователи, как Канн, Стоункинг и Виджилэнт. Их выводы были основаны на исследованиях ДНК митохондрий. Большинство молекул ДНК в человеческих клетках находятся в ядре клетки. Это ядерное ДНК представляет собой комбинацию ДНК матери и отца. Мужские и женские половые клетки содержат половину ДНК каждого из родителей. Поэтому после соединения сперматозоида отца с яйцеклеткой матери оплодотворенная яйцеклетка в своем ядре содержит полную ДНК, отличную от ДНК как отца, так и матери. Однако материнская яйцеклетка содержит также небольшие круглые тельца, находящиеся за пределами ядра, которые называются митохондриями и участвуют в процессе вырабатывания энергии.

Присутствие митохондрий в эукариотных клетках представляет собой загадку. В эукариотных клетках ДНК содержится в хромосомах, изолированных в клетке ядра. В прокариотных клетках нет ядра, и ДНК просто плавают в клеточной цитоплазме. Почти все живые организмы в наше время представляют собой либо одну эукариотную клетку, либо множество таких клеток. Только бактерии и сине-зеленые водоросли состоят из прокариотных клеток. Эволюционисты выдвигают теорию, согласно которой, митохондрии в современных клетках представляют собой остатки прокариотных клеток, которые «вторглись» в примитивные эукариотные клетки. Если дело действительно обстояло так, то это могло произойти, вероятнее всего, на самых ранних этапах эволюционного процесса, когда существовали только одноклеточные организмы. В этом случае следовало бы ожидать, что митохондрии всех живых существ будут сходны между собой. Однако ДНК в митохондриях млекопитающих «нельзя отнести ни к эукариотному, ни к прокариотному типам». Кроме того: «Митохондриальный генетический код млекопитающих отличен от так называемого универсального генетического кода… митохондрии у млекопитающих очень отличаются от митохондрий других организмов. Например, митохондрии дрожжевых бактерий отличаются не только своим генетическим кодом, но также и порядком расположения генов и расстоянием между ними, а также тем, что в некоторых случаях они содержат промежуточные последовательности. Эти радикальные отличия не позволяют с легкостью делать выводы об эволюции митохондрий» (Anderson et al. 1981. P. 464). Иными словами, присутствие разных по виду митохондрий в различных живых существах не позволяет говорить об их возникновении в процессе эволюции.

Но давайте вернемся к основному вопросу. У млекопитающих митохондрии в яйцеклетке имеют собственную ДНК. Однако эта ДНК не соединяется с ДНК отца. Поэтому у всех нас в митохондриях содержится ДНК матери. Митохондриальное ДНК досталось нашей матери от ее собственной матери и так далее. Сторонники гипотезы африканской Евы полагают, что митохондриальная ДНК претерпевает только случайные мутационные изменения. Эти ученые считают, что, исследуя скорость мутаций, они смогут использовать митохондриальную ДНК как своего рода часы, соотнеся скорость мутации с числом лет. Исследуя митохондриальную ДНК у разных групп населения Земли, ученые надеются отыскать среди них группу-прародительницу, от которой произошли все другие группы.

Ученые полагают, что группу-прародительницу, которая должна быть старше всех других, можно вычислить с помощью компьютерных программ, составляющих генеалогическое древо разных народов. Наиболее короткое древо, с наименьшим числом ответвлений, именуется «минимальным древом». Ученые уверены, что по нему можно проследить исторические взаимосвязи различных групп. Корнем этого дерева является группа-прародительница. Согласно теории эволюции, митохондриальная ДНК у этой группы должна обладать наибольшим числом вариаций (как следствие мутаций) среди всех групп. По мнению ученых, исследования в этом направлении помогут обнаружить, где и когда существовала эта группа. Однако некоторые ученые возражают, что такие биологические часы не показывают точного времени и что генетической информации, содержащейся в митохондриальной ДНК современных групп, недостаточно, чтобы точно определить географическое местоположение первых людей.

В одном из первых докладов по гипотезе африканской Евы исследователи привели результаты анализа митохондриального ДНК современных групп из разных частей мира. Они проанализировали последовательность нуклеотидных основ, находящихся в определенном участке митохондриального ДНК, у всех участвующих в исследовании. Затем при помощи компьютерной программы они отсортировали эти последовательности (именуемые гаплотипами) и на их основе составили генеалогическое древо. Согласно отчету по данному исследованию, корнем этого древа является африканская группа (Cann et al. 1987). Однако, по утверждению Темплтона, при повторном анализе данных, проведенном Мэдисоном в 1991 году, были составлены 10 000 генеалогических древ, которые были короче (т. е. обладающие большим соответствием), чем «минимальное древо», которое фигурировало в отчете сторонников гипотезы африканской Евы (Templeton. 1993. P. 52). Многие из этих генеалогических древ имели смешанные афро-азиатские корни. Проанализировав другой отчет на тему «африканской Евы» (Vigilant et al. 1991), Темплтон обнаружил 1000 генеалогических древ, которые были на два уровня короче, чем древо, которое исследователи данного вопроса предлагали в качества «минимального». У всей этой 1000 древ, обнаруженной Темплтоном в 1992 году, были неафриканские корни (Templeton. 1993. P. 53). Это согласуется с информацией, содержащейся в древних санскритских текстах из Индии, согласно которым изначально человек населял регион между Гималаями и Каспийским морем.

Почему были получены столь разные результаты? Относительно доклада по гипотезе африканской Евы, Темплтон пишет: «Компьютерные программы… не могут гарантировать правильность вычисления „минимального древа“ на основе такого большого объема информации, поскольку пространство состояний слишком велико для исчерпывающего поиска. Например, на основе 147 гаплотипов, о которых пишут Стоункинг, Бхатия и Уилсон (Stoneking et al. 1986), можно составить 1,68 ) 10294 генеалогических древ. Найти «минимальное древо» среди такого множества вариантов представляется делом огромной сложности». Компьютерные программы отбирают дерево, которое обладает минимальным количеством ответвлений только по отношению к подмножеству всего количества возможных древ. Выбор подмножества зависит от порядка, в котором данные вводятся в компьютер. Чтобы избежать этой проблемы, необходимо вводить данные многократно и в случайном порядке. Проделав это достаточное количество раз и уравняв вероятности, чтобы получить «минимальные древа» для различных локальных подмножеств, можно будет сравнить эти генеалогические древа и прийти к определенным выводам. Этого не было проделано в случае с исследованиями в рамках гипотезы африканской Евы (компьютерная программа проанализировала данные только один раз), и потому полученные на основе указанных исследований выводы не заслуживают доверия. Но даже уравнивание вероятностей не позволяет решить эту проблему полностью (Templeton. 1993. P. 53). Это означает, что на основе доступных сегодня генетических данных невозможно точно определить, из какой части мира произошли люди.

Помимо неточных выводов относительно «минимального древа» с африканскими корнями, сторонники гипотезы африканской Евы (Cann et al. 1987; Vigilant et al. 1991) также сделали вводящие в заблуждение утверждения касательно степени разнообразия митохондриальной ДНК у представителей разных рас и народов. Эти исследователи исходили из того, что мутации происходят с постоянной скоростью и потому группа с наибольшим внутренним разнообразием митохондриальной ДНК должна быть самой старой по сравнению с другими.