Но наверное, самой главной отличительной особенностью бактерий является потрясающая численность их «популяций», которую для подавляющего числа эукариотических организмов даже представить себе невозможно. В одной колонии бактерий может насчитываться миллиарды, десятки или даже сотни миллиардов отдельных особей.
Разве можно сравнивать подобную численность с группами каких-нибудь горных горилл (Gorilla beringei beringei), которые настолько редки, что занесены в Международную Красную книгу? Корректно ли переносить механизмы эволюции, которые теоретически возможны в отношении миллиардных колоний бактерий – на эволюцию горилл?
Но и это еще не всё. Бактерии еще и размножаются очень быстро. В благоприятных условиях у бактерий смена поколений может происходить в течение всего одного часа. Так можно ли сравнивать возможные механизмы эволюции у бактерий, с возможными механизмами эволюции, например, слонов? Если знать, что смена поколений у слонов происходит примерно раз в 17 лет.
Итак, с одной стороны (у бактерий) колоссальная численность особей и фантастическая скорость размножения… а с другой стороны (у эукариот), популяции меньшего размера (сразу на несколько порядков), с гораздо меньшей скоростью смены поколений. Имеем ли мы право ставить знак равенства между этими двумя формами жизни в отношении их возможных механизмов изменений?
Рассмотрим теоретический пример. Допустим, в окружающей среде бактерий возникло такое изменение, которое убьет всех этих бактерий, если у какой-нибудь бактерии срочно не произойдет одной конкретной точечной мутации, которая защищает от этого катастрофического изменения среды. Частота точечных мутаций у бактерий, допустим, одна на миллиард. Тогда весьма возможно, что в многомиллиардной колонии бактерий сразу же и найдется какой-нибудь один (или даже несколько) необходимых мутантов, которые окажутся способными выжить в новых условиях.
А теперь давайте представим себе, что такое же изменение возникло в среде каких-нибудь слонов. Если численность отдельных популяций слонов составляет, допустим, 1000 особей, а всего популяций слонов в этом регионе, допустим, тоже тысяча, тогда общая численность всех слонов, попавших под воздействие новой катастрофической «стихии», составит 1 млн. особей. В этом случае, слонам потребуется примерно 1000 поколений (!), чтобы среди них, наконец, нашлась отдельная особь с нужной мутацией. Поскольку поколения у слонов сменяются раз в 15–20 лет, то получается, что слоны будут находиться под воздействием предположенной нами стихии 10000-20000 лет, пока, наконец, не будет найдена необходимая мутация. Понятно, что за такое время эти слоны просто вымрут, а никуда не эволюционируют. Так можно ли вообще сравнивать механизмы эволюции (адаптации?) бактерий и механизмы эволюции (адаптации?) слонов?
Этот абстрактный пример вполне можно заменить примером, гораздо более близким к реальности. Допустим, появилась какая-то новая линия патогенных вирусов, от которой спасает только та самая, конкретная точечная мутация. Получается, что бактерии вполне могут выжить, понадеявшись на самый тупой вариант адаптации – прямой отбор нескольких особей с нужной мутацией из ста миллиардов других бактерий. А вот слонам такой механизм спасения от новой инфекции уже не подойдет. Если они будут тупо ждать нужную мутацию, они просто вымрут. Поэтому у слонов на этот случай (как и у всех позвоночных животных) имеется специальный адаптационный механизм. При проникновении в организм какой-либо инфекции, в иммунной системе позвоночных начинается специфический ответ. В том числе, происходит гипер-мутагенез (в лимфоцитах), в ходе которого специально подбирается конкретное антитело, наиболее подходящее для уничтожения именно этой инфекции.
Еще один пример. Известно, что среда обитания живых организмов может подвергаться как беспорядочным колебаниям, так и таким изменениям, которые являются более предсказуемыми. Например, одно изменение может предсказуемо следовать за предыдущим. В таком случае живое существо имеет возможность заранее подготовиться к изменению среды, опираясь на уже имеющуюся информацию.
Например, если Вы голодны, а Вам в этот момент протягивают шампур с жареным шашлыком (Вы видите жареное мясо и чувствуете его запах), то в это время было бы полезно, если бы у Вас уже «потекли слюнки». То есть, чтобы Ваш организм немедленно начал готовиться к успешному поглощению пищи. В этом случае Вы работаете как бы на опережение событий – выделяете слюну уже при виде жареного мяса.
Благодаря нашему знаменитому соотечественнику Ивану Петровичу Павлову, все мы уже со школьной скамьи узнаём, благодаря чему наш организм может эффективно предугадывать события. Это происходит благодаря выработке условных рефлексов в нашей нервной системе.
А вот бактерии – не имеют нервной системы. И соответственно, не имеют и условных рефлексов. Однако «работать» на опережение событий они умеют. Без всякой нервной системы. Потому что они имеют громадную численность колоний. Просто благодаря этой численности, бактерии могут находить такие генетические комбинации, которые позволяют им «работать на опережение».
Дадим слово уже многократно помянутому нами Александру Маркову (Марков, 2009б):
…Израильские ученые обнаружили у микроорганизмов (кишечной палочки Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisae) способность к опережающему реагированию, напоминающую классические павловские условные рефлексы. Если в естественной среде обитания микробов один стимул часто предшествует другому, то микробы могут научиться реагировать на первый стимул как на сигнал, предупреждающий о скором появлении второго стимула. В отличие от собак Павлова, микробы приобретают свои «рефлексы» не путем обучения, а за счет мутаций и отбора в длинной череде поколений.
…У организмов, лишенных нервной системы, в том числе у одноклеточных, способности к прижизненному обучению резко ограничены. Но это не значит, что они принципиально не способны к опережающему реагированию. Теоретически, они могут научиться предвосхищать события не хуже павловских собак, но только не за счет прижизненного обучения, а за счет эволюции. Иными словами, вместо «обычной» памяти, которая записывается в структуре межнейронных связей, можно использовать память генетическую, записанную в ДНК. Благодаря гигантской численности популяций микробов, высокой скорости мутирования и очень быстрой смене поколений такое «эволюционное обучение» у микробов теоретически может быть вполне сопоставимо по своей скорости с «обычным» обучением у высших животных…
Как видим, даже самые верующие дарвинисты (в лице Александра Маркова) понимают, что благодаря огромной численности бактериальных колоний, прямой перебор случайных мутаций у бактерий может работать не только в качестве «заменителя» сложной иммунной системы высших животных, но даже в качестве «заменителя» нервной системы, с её механизмами ассоциативного запоминания.[180] И наоборот, высшие организмы, с их крайне малыми численностями популяций (в сравнении с бактериями) не могут позволить себе такую роскошь, как реагирование на быстрые и часто непредсказуемые изменения среды обитания с помощью лишь естественного отбора случайных мутаций. Такое решение было бы гарантированным путем к вымиранию. Поэтому для оперативного реагирования на вызовы среды у высших организмов имеются специальные биологические механизмы.
В связи с этим возникает вопрос. А что мы, собственно, наблюдаем у бактерий, когда они демонстрируют нам очередное приспособление к «сиюминутным» изменениям среды с помощью мелких генетических изменений и естественного отбора? Мы наблюдаем эволюцию этих бактерий? Или же мы наблюдаем просто адаптацию этих бактерий? То есть, может быть, обсуждаемые генетические изменения бактерий и не ведут никуда дальше таких вот мелких приспособлений к локальным особенностям окружающей среды? Возможно, конкретно у бактерий – это просто способ выживания такой – всё время подвергаясь мелким генетическим изменениям… тем не менее, оставаться всё теми же бактериями с незапамятных времен и до сегодняшнего дня. То есть, этакий «бег на месте». Можно ли назвать это эволюцией?
Действительно, получается противоречие – «эволюция» бактерий путем случайных мутаций и естественного отбора идет так быстро, что позволяет бактериальным колониям отвечать на постоянно изменяющиеся вызовы среды чуть ли не в режиме реального времени, почти заменяя в этом отношении формирование рефлексов у высших животных… Но когда мы смотрим на конечные результаты подобной «эволюции», то тут выясняется, что бактерии так и не удосужились измениться хотя бы как-нибудь за 2 миллиарда лет! Этих 2-миллиардолетних бактерий можно определять по современным определителям. Причем некоторые группы бактерий никак не изменялись целыми сообществами (см. выше).
