Книга: Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Эволюционное поле битвы

Эволюционное поле битвы

Авторы работ, проведенных в рамках проекта ENCODE, и авторы сопутствующих комментариев использовали полученные данные и для новых теорий эволюции человеческого генома. Итак, если 80% человеческого генома обладает какими-то функциями, можно ожидать значительного сходства между геномом человека и, по крайней мере, геномами других млекопитающих. Проблема в том, что лишь около 5% человеческого генома — общие для всего класса млекопитающих, причем в основном эти области кодируют белки¹². Чтобы преодолеть эту явную нестыковку, ученые предположили, что регуляторные области возникли, по эволюционным меркам, очень недавно, причем главным образом лишь у приматов. Используя данные широкомасштабного исследования вариаций ДНК-последовательности у различных человеческих популяций, исследователи пришли к выводу, что у людей регуляторные области отличаются сравнительно небольшим разнообразием, тогда как у областей, где вообще нет никакой активности, разнообразие гораздо выше. В одном из комментариев дается по этому поводу такое рассуждение. Последовательности, кодирующие белки, в ходе эволюции сохранялись почти неизменными, поскольку тот или иной белок часто используется более чем в одном типе тканей или клеток. Если изменить последовательность, кодирующую белок, изменится и сам белок. Возможно, такой измененный белок будет лучше функционировать в определенной ткани. Однако та же самая трансформация может оказать разрушительное действие на другую ткань, которая также связана с работой данного белка. Поэтому эволюция не трогает последовательность, кодирующую белки.

Но регуляторные РНК не кодируют белки, и их специфичность по отношению к конкретным тканям обычно выше. А значит, они находятся под меньшим эволюционным давлением, поскольку, как правило, лишь один тип ткани основан на работе той или иной регуляторной РНК, к тому же, вероятно, лишь в течение определенных периодов жизни или в ответ на определенные изменения в окружающей среде. Это устранило эволюционные тормоза для регуляторных РНК и позволило нам (в том, что касается этих областей генома) отделиться на эволюционном древе от наших родичей-млекопитающих. Но в человеческих популяциях эволюционное давление заставляет поддерживать оптимальную нуклеотидную последовательность этих регуляторных РНК¹³.

Биологи, когда дело доходит до научных разногласий, как правило, ведут себя довольно сдержанно. Иногда на какой-нибудь конференции случается агрессивный обмен вопросами и ответами после какого-нибудь доклада, но обычно публичные заявления формулируются аккуратно. Особенно это относится к тому, что публикуется (а не только произносится в ходе выступлений или научных прений). Конечно, все мы владеем искусством читать между строк (см. рис. 14.6), но тексты, предназначенные для печати, обычно характеризуются взвешенным тоном. Вот почему споры вокруг результатов, полученных командой ENCODE, оказались необычайно занимательными для научного сообщества.

Рис. 14.6. В публичных выступлениях ученые часто вежливы (высказывания слева), но иногда их слова — лишь плохо замаскированное неприятие (мысли справа)...

Наиболее откровенные и решительные отклики последовали главным образом от специалистов по эволюционной биологии. И неудивительно. Эволюционные исследования — та часть биологии, где эмоции обычно бурлят сильнее всего. Чаще всего огонь ведется по креационистам, но некоторые пулеметы могут поворачиваться и в сторону других ученых. Эпигенетики, изучающие передачу приобретенных характеристик от родителей потомству, наверняка испытали облегчение, когда ENCODE на некоторое время вывел их из-под обстрела главными силами противника¹⁴.

Самый сердитый критический отзыв об ENCODE включал в себя такие милые выражения, как «логическая несостоятельность», «абсурдное умозаключение», «слишком поспешная игра, окончившаяся закономерным проигрышем» и «неправильное использование неправильного определения». На случай, если у читателя все-таки остаются сомнения насчет того, к чему клонят авторы, они завершают статью следующим сокрушительным ударом: «Один из участников проекта предсказал, что результаты, полученные ENCODE, заставят переписать учебники. Что ж, мы согласны. Многие учебники по маркетингу, рекламе в СМИ и пиару, возможно, и в самом деле придется переработать»¹⁵.

Основная критика в этом яростном отзыве сосредоточилась на определении того, что такое функция, на том, как участники ENCODE анализировали свои данные, и на выводах насчет эволюционного давления. Первая группа замечаний касается проблем, которые мы уже описывали, используя аналогии с творениями Джексона Поллока. В каком-то смысле эти проблемы во многом вытекают из трудностей, связанных с отделением математики от биологии. Данные ENCODE по большей части интерпретировали сами же участники проекта, используя статистические и чисто математические методы. Скептики утверждают, что это заводит нас в тупик, поскольку при такой интерпретации не учитываются биологические взаимосвязи, а ведь они играют здесь определяющую роль. Приводится очень удачная аналогия. Почему сердце имеет такое важное значение? Потому что это насос, качающий кровь и тем самым разносящий ее по телу. Вот вам биологически важная взаимосвязь. Но если мы проанализируем действия сердца, исходя лишь из полученной математическими методами карты его взаимосвязей с другими компонентами организма, мы придем к смехотворным выводам. В частности, можно решить, что сердце требуется для добавления телу дополнительной массы и для издавания глухого «тук-тук». Нет никаких сомнений, что сердце проделывает и то и другое, но это, честно говоря, не его функция. Это лишь сопутствующие факторы, дополнения к его основной роли.

Критики порицали методы анализа данных, поскольку чувствовали: разные научные группы, входившие в ENCODE, применяли свои алгоритмы по-разному. Одним из следствий этого расхождения стало то, что эффекты, наблюдаемые в каком-то обширном регионе генома, могли иногда восприниматься как неоправданно (и непропорционально) масштабные. К примеру, если блок из 600 пар нуклеотидных оснований классифицировали как функциональный, тогда как на самом деле всю работу выполняли только 10 из этих оснований, это могло сильно исказить определяемую учеными величину процентной доли генома, имеющей какую-то функцию.

Эволюционные возражения сводились к тому, что участники ENCODE игнорировали стандартную модель, согласно которой области с большим количеством вариаций являют собой отражение недостаточного эволюционного отбора, а это, в свою очередь, означает, что они имеют сравнительно небольшое значение. Если вам хочется перевернуть давно укоренившийся в науке принцип, вы должны иметь для этого очень веские основания. Но скептики заявляли: хотя публикации ENCODE содержали невероятное количество данных, в этих работах выводы об эволюции нуклеотидных последовательностей у человека и других приматов делались на основе анализа недопустимо малого числа областей генома.

С обеих сторон приводились интересные научные доводы. Но только лицемеры могли бы заявить, что весь накал страстей вокруг ENCODE возник исключительно по научным причинам. Нельзя игнорировать и другие факторы, самые что ни на есть человеческие. ENCODE стал одним из проявлений Большой науки. А в ней обычно фигурируют огромные международные проекты стоимостью во многие миллионы долларов. Общий научный бюджет не безграничен. Когда средства тратятся на такие инициативы Большой науки, остается меньше финансирования для менее масштабных исследований, в большей степени основанных на гипотезах и предположениях.

Организации, осуществляющие финансирование науки, изо всех сил стараются найти оптимальный баланс между этими двумя типами исследований. Во многих случаях вложения в Большую науку осуществляются при условии, что она генерирует некий ресурс, служащий хорошим стимулом для других ученых. Отличный пример — первое секвенирование человеческого генома (хотя следует признать, что и здесь не обошлось без критики). Но проект ENCODE вызвал противоречивую реакцию не вокруг полученных им «сырых» (исходных) данных, а вокруг их интерпретации. По мнению скептиков, она-то и порождает принципиальное отличие ENCODE от чисто инфраструктурного инвестиционного проекта.

Когда подсчитали, во что обошлись все этапы и аспекты ENCODE, общая сумма оказалась равной примерно четверти миллиарда долларов. Такого количества денег хватило бы по меньшей мере на 600 грантов средних размеров, нацеленных на исследования по проверке отдельных гипотез. Выбирая, как распределять финансирование, нужно стараться поддерживать равновесие, но при таких размерах денежных вливаний вас наверняка ждет раскол в научном сообществе (или хотя бы «глубокая озабоченность», которую высказывают обойденные вниманием и финансированием).

В компании Gartner построили график восприятия новых технологий. Называется он «Цикл шумихи». Поначалу все очень возбуждены: это «пик раздутых ожиданий». Когда же выясняется, что новая технология не способна в одночасье переменить все в вашей жизни, на графике возникает резкий спад (обусловленный крахом иллюзий), и мы скатываемся в «траншею разочарования». В конце концов все успокаиваются, и начинается постепенный и неуклонный рост рационального понимания новой технологии, выводящий на «плато продуктивного отношения».

Для проектов типа ENCODE этот цикл невероятно сжат во времени — из-за резкой поляризации научных групп. Ученые с завышенными ожиданиями действуют одновременно с теми, кто сидит в траншее разочарования. Почти все остальные настроены прагматично и используют результаты ENCODE, когда те могут принести пользу — к примеру, помочь прояснить некий вопрос, волнующий какого-то ученого.