ЮВІЛЕЙ Ламарк - ДАРВИНА І РЕВОЛЮЦІЯ В ІМУНОЛОГІЇ

Наука і життя // Ілюстрації

Мал. 1. У скануючий мікроскоп видно, що клітини покриті безліччю виступів і ворсинок, які, зокрема, служать мітками для їх впізнавання.

Мал. 2. Галл в формі шишки на гілці сосни.

Мал. 3. Зіставлення елементів адаптивного імунітету у малярійного комара (а) і у людини (b).

Мал. 4. Приклад квазігіперболіческого розподілу (розподіл двигунів якогось заводу по потужності W - чим вище потужність, тим менше таких двигунів). Вище ординати у = 1 (вона для наочності піднята) точки можна приблизно замінити гіперболою

Сергій Вікторович Мейен (1935-1987), палеоботанік і філософ, більш всіх зробив для нового розуміння номогенеза.

<

>

ЧАСТИНА 3. ІМУНІТЕТ як впорядкування

Еволюція, дарвінізм, походження видів - слова, знайомі зі шкільної лави. Здається, що все усталене, природний відбір діє, фактори еволюції - у наявності, суперники Дарвіна повалені і все в порядку в домі загальної біології. Але, слава богу, наука не може стояти на місці. Іноді надійно переможені ідеї раптом дають свіжі паростки, а в судженнях визнаних авторитетів несподівано знаходяться слабкі місця і відверті діри. Книга Чарльза Дарвіна про походження видів змусила біологів по-новому поглянути на процеси розвитку життя, дала новий привід для роздумів філософам і фізикам, хімікам і економістам. Але нагадаємо, поняття еволюції введено було задовго до Дарвіна і Ламарка. Їх ідеї, борючись і доповнюючи один одного, до нинішнього часу не втратили свіжості та гостроти. Як, втім, і будь-які геніальні ідеї в науці.

Отже, в попередніх розділах (див. «Наука і життя» №№ 2 , 3 , 2009 г.) ми розглянули вражаюче властивість живого організму - імунітет - як фактор боротьби за існування і як активність організму. Ну що ж, продовжимо ...

17. Всюдисущий імунітет і несумісність тканин

Імунітет в якійсь формі є у всіх організмів, навіть у бактерій. Наприклад, пристосування бактерій до антибіотиків теж адже імунний акт. Це означає, що один з одним борються різні імунітети і потрібно говорити про іммуноекологіі. У багатьох галузях біології та медицини імунна сторона справи стала видна аж ніяк не відразу. Так вийшло, зокрема, при поясненні невдалих спроб пересадки тканин і органів від одного організму до іншого. Ще років 60 тому все вважали, що ці невдачі (відторгнення чужих тканин і органів) носять чисто хірургічний характер - мовляв, треба акуратніше оперувати, і все вийде.

Англійська імунолог Пітер Медавар, про який ми вже багато говорили, увійшов в історію науки витратило не стільки своїм приватним успіхом, швидко дав йому Нобелівську премію (в 1960 році, спільно з Бернетом), скільки своїм давнішим досягненням. А саме, ставлячи досліди з пересадки органів тваринам, а також досліджуючи приживлення тканин, пересаджених обпаленим військовим льотчикам, він в 1944 році довів фундаментальний факт - відторгнення організмом чужої тканини є наслідком роботи імунної системи, і до пересадки придатні тільки тканини власного організму або близькоспорідненого. Років через 10 американський імуногенетика Джордж Снелл, досліджуючи генетику відторгнення, ввів поняття комплексу тканинної сумісності (КТС), або, по-англійськи, Major Histocompatibility Complex (МНС). Даний комплекс як раз і робить, на мій погляд, імунологію такою ж основою біології, як, наприклад, генетика або екологія.

КТС - це комплекс білків, що кодуються групою генів, спільно розташованих на одній хромосомі. У людини нині в даній групі відомо 224 гена. Причому гени ці дивно різноманітні: деякі мають по 200 алелей - нічого подібного в інших генів немає [1, с. 69]. Відомо, що дані білки відповідальні не тільки за імунне розпізнавання, але і за різноманітність малюнків клітинних поверхонь (рис. 1). Останнє необхідно для з'єднання клітин в тканину при онтогенезі.

Однак зв'язок цих механізмів приносить нам багато шкоди. Ну, наприклад: чим корисний той факт, що власники різних алелей КТС по-різному сприйнятливі до хвороб - причому не тільки до заразним, а й до раку, алергії, епілепсії, діабету? Якщо дарвініст скаже, що ми спостерігаємо тут незавершений процес еволюції (тобто що невигідні аллели приречені на зникнення), то не матиме рації: навпаки, алельних генів КТС розширюється - 150 років тому рак ( «хвороба сажотрусів») і алергія ( «сінна лихоманка» ) були досить рідкісні і одноманітні, а тепер вони - бич охорони здоров'я і проявляються в усі нових і нових формах. На жаль, це теж еволюція, і її треба якнайшвидше зрозуміти, а не посилатися на несповідимі шляхів відбору.

Або: чим і кому вигідно, щоб наші індивідуальні переваги (в тому числі в статевої любові) залежали від аллельного складу генів КТС?

А навіщо взагалі потрібно відторгнення? Адже в природі ніяких пересадок тканин не буває. Очевидно, що відторгнення - побічна дія якогось механізму, для чогось організму потрібного. Його і треба шукати.

Медавар і Снелл працювали з теплокровними, тому встановилася традиція бачити в КТС еволюційне досягнення вищих тварин. Однак відторгнення чужої тканини має місце у всіх організмів, що володіють тканинами, хоча і в різних формах, і в різному ступені. Навіть губки, найпростіші організми, у яких можна бачити якусь подобу тканин, вміють відрізняти свою «тканину» від чужої: якщо подрібнити кілька губок одного виду і перемішати фрагменти, то вони знову зберуться в повноцінних губок, тоді як суміш фрагментів губок різних видів до цього нездатна. У більш складних тварин (наприклад, медуз) виявляються несумісними вже тканини різних рас одного виду, а у вищих організмів, що мають розвиненої адаптивний імунітет, повністю сумісні тільки тканини однояйцевих близнюків і особин лабораторних тварин чистих генетичних ліній.

У рослин начебто з сумісністю все навпаки: тканини близьких видів цілком сумісні навіть у найвищих форм (у квіткових) - на цьому побудована щеплення, основа плодового садівництва. Однак все не так просто - рослини теж дещо розпізнають: яблуню і грушу можна прищепити один до одного або до горобини (одне сімейство), але не до липи. А головне, рослини теж здатні до індивідуального розпізнавання - все ті види квіткових, які володіють обов'язковим перехресним запиленням, володіють і самонесумісність - пилок даної особини не проростає на рильцях тієї ж особини. Тобто розпізнавання «свій - чужий» йде у них так само неухильно, як і у нас з вами, тільки з протилежного метою. Самонесумісність - це як би толерантність навиворіт. Словом, явище несумісності виявилося одним з найбільш загальних властивостей життя.

18. самонесумісність трохи докладніше

Справа, отже, не в тому, що імунітет рослин занадто простий і чогось не може, а в тому, що рослині немає потреби в апараті відторгнення чужої тканини. Справді, відторгнення ми спостерігаємо лише в лабораторії, в досвіді, тоді як в природі чужі тканини зустрічаються один з одним хіба лише в процесі травлення, а його у переважної більшості рослин немає. (Воно є у хижих рослин, і слід припустити, що їх імунітет якісно складніше, ніж у інших рослин.) В ході травлення чужі речовини розкладаються на вельми дрібні частини, втрачаючи свою видоспецифичность, однак цей процес дає збої, так що окремі не надто дрібні фрагменти - близько десяти блоків (це або амінокислотні залишки, або нуклеотиди, або вуглеводи, або жирні кислоти) - можуть потрапляти із зони травлення в інші порожнини тіла. Потрапляють туди також і цілі мікроби, і віруси, а це ж теж антигени. Може бути, КТС потрібен проти них?

Ні, проти чужих антигенів успішно бореться той механізм вродженого імунітету, заснований на образрас- пізнають рецепторах (PRR- pattern recognition receptors), який вміє діяти поза системою тканинної сумісності. Зате 224 гена та ще по 200 алелей у багатьох з них наводять на інші думки. Тут можна очікувати (з урахуванням гетерозиготності) близько 2 млрд комбінацій, а це значить, що малюнки поверхонь клітин можуть бути практично неповторні від людини до людини. Хоча у кожної людини цей малюнок досить простий (задається не більше ніж 12 варіантами молекул КТС [2, с. 38]), проте відмінність поверхонь клітин між різними особинами, що створюється наявністю КТС, величезне і сильно ускладнює атаку організму мікробами - до кожної особини мікроби потрібен свій особливий підхід. Якби поверхні клітин у всіх особин багатоклітинних були однакові, атакувати їх мікробам було б набагато легше. Тобто КТС діє як захист, як панцир, як колючки або отруйність.

Є і ще одна (а можливо, і не одне) наслідок многоаллельності КТС у людей: ідентичними малюнками поверхонь клітин практично володіють тільки сібси (рідні брати і сестри). Чи не цим пояснюються дані (на жаль, поки розрізнені) про знижений статевий потяг між братами і сестрами? Теж свого роду самонесумісність. Спробуємо зрозуміти загальні причини ускладнення імунітету з ростом складності організмів.

19. Імунний механізм онтогенезу

В кінці частини 2 вже була висловлена ​​думка, що у організму є той тип імунітету, який потрібен для його онтогенезу. В обгрунтування було приведено (як мною, так і іншими) кілька яскравих, але все ж непрямих свідчень. Перш за все, це дані про подібність обох механізмів: різноманітність молекул клітинної адгезії (МКА), що забезпечує з'єднання потрібних клітин один з одним в єдину тканину, влаштовано так само, як різноманітність імуноглобулінів. Далі, давно відомо, що простий імунітет дійсно здатний контролювати порівняно просту цілісність. Прекрасний приклад наведено ще в книзі Л. С. Берга «Номогенез» (1922): паразитуючі на рослинах комахи відкладають яйця в тканини рослин, а ті захищаються, оточуючи чужорідне тіло оболонкою - галлом, причому форма галла цілком специфічна для рослини. На хвойному це - недорозвинена шишка (рис. 2). У такій реакції рослини ми бачимо відразу акт і імунного захисту, і онтогенезу. Але потрібні і приклади більш загального характеру.

Як не складний візерунок скляній губки або квітки орхідеї, ця складність не йде ні в яке порівняння зі складністю з'єднань клітин в головному мозку, де кожен аксон кожного нейрона зростає туди, куди треба, щоб мозок працював. Різноманітність зв'язків нервових клітин вимагає відповідного різноманітності МКА. Ще в 1970 році генетик Сусуму Воно звернув увагу на схожість мозку з імунною системою: «Який був механізм, що забезпечив геном Homo системою, в якій не було безпосередньої необхідності, але яка виникла як би в передбаченні майбутніх потреб? .. У хребетних відома така система . Мова йде про імунну систему, що дає специфічні відповіді на величезну кількість антигенів, включаючи і штучні, створені в пробірці ». Імунолог Ерне (про нього ми говорили в частині 1) в своїй Нобелівської лекції 1984 року провів паралель далі: для нього імунітет - аналог розумової діяльності. В обох системах (мозок і імунітет) в кожному поколінні на основі невеликого числа генів розгортається неозоре різноманітність властивостей. Це означає, що гени задають якесь формує початок, а не конкретну схему пристрою.

Потроху стає ясно, що розглянута вище система КТС придатна для контролю майже всього онтогенезу, але як раз крім формування нервової системи. Молекули КТС присутні на поверхні майже всіх клітин організму, але це різні молекули, і несуть вони різні функції. У хребетних, починаючи з костистих риб, вони бувають трьох класів. Молекули класу I є на всіх клітинах, крім нейронів і еритроцитів, і служать для контролю складу власних макромолекул організму. Молекули класу II представлені лише на поверхнях деяких імунних клітин (наприклад, В-клітин, про які йшла мова в п. 10 частини 2) і служать для виявлення чужорідних антигенів, призначених до знищення [2]. (Молекули класу III потрібні для запуску окремих реакцій імунітету, і ми їх торкатися не будемо.) Як бачимо, клас I здійснює той самий імунний самоконтроль, на який вказав колись Бернет, і цей клас чомусь не стосується нервової системи. А клас II веде ту саму боротьбу з інфекцією, якої обмежувалося розуміння імунітету до появи (півстоліття тому) ідеї Бернета.

Обидві частини КТС зайняті тим, що безперервно прокачують через себе фрагменти макромолекул з поверхонь клітин, але якщо мета роботи класу II цілком зрозуміла - боротьба з інфекцією, то призначення класу I досить загадково - навіщо організму щогодини переконуватися в тому, що він складається сам з себе ?

Перша думка, яка приходить в голову, - таким шляхом ведеться контроль за переродженням здорових клітин в ракові. Так, імунний нагляд ефективний проти одного типу пухлин, іменованих високоіммуннимі, але основна маса пухлин уникає імунного контролю. Причин цього багато, і основна - збої в роботі КТС [1, с. 256-258]. Створюється навіть враження, що, якби не було система КТС вищих організмів настільки складна, не було б і основних типів раку. А значить, у цієї системи повинна бути ще якась інша функція. Тут саме час згадати, що нас цікавить онтогенез.

На питання, чи управляє імунітетом і онтогенезом один і той же механізм, відповіді і нині дати не можна, гіпотеза залишається гіпотезою. Але в останні роки з'явилися приклади, що показують, що це справді так. Вони, між іншим, пояснюють, чому КТС уникає торкатися нейронів (а з тим і побудови мозку), - нейронами займається інша білкова система впізнавання.

А саме, знайдено кілька білків, кожен з яких відповідальний як за якийсь етап онтогенезу, так і за якусь імунну реакцію. Як недавній приклад найкраще вказати на білок DSCAM, який відповідальний не тільки за зростання аксонів, а й за імунітет, причому виявлено і у людини, і у комах загону двокрилих (дрозофіла і малярійний комар). Сама назва білка 1 вказує, що він контролює нервову систему, а недавно з'ясовано до того ж, що при пошкодженні його гена комар втрачає частину свого імунітету - піддається навалі мікробів, в тому числі того самого плазмодія, що викликає у людей малярію. З'ясовано, що в обох випадках ефект дії DSCAM досягається за рахунок надзвичайної мінливості даного білка. Її породжує альтернативний сплайсинг - процес, про який йшла мова в п. 10 частини 2. У комах DSCAM забезпечує ще й деяку адаптивність імунітету, схожу на нашу (рис. 3).

Особливо цікава стаття «Різноманітність DSCAM істотно для нервової мережі і для самораспознаванія» [4]. Виявляється, що мутантні мухи, у яких альтернативний сплайсинг вимкнений і тому синтезується лише одна форма DSCAM (випробувано три мутанта, тобто три форми білка), нездатні сформувати працюючу нервову систему - кінці аксонів кріпляться як попало. Єдине, що при цьому аксони робили правильно, - вони уникали відростків власної клітини - проявляли самонесумісність. Знову ми бачимо, що вона потрібна всюди.

Дозвольте, може заперечити уважний читач, якщо імунна система керує онтогенезом, то чому іноді народжуються цілком сформовані діти, позбавлені імунного захисту і здатні жити лише в стерильних умовах? Відповідь відома лікарям-імунологів і, на жаль, простий: у таких дітей імунітет сформований майже нормально, він містить лише один невеликий дефект: через відсутність одного ферменту вроджена система не посилає адаптивної системи того сигналу, який повинен запустити процедуру розмноження лімфоцитів. Онтогенезом ж керують аж ніяк не лімфоцити, а, по всій видимості, рецептори МКА тканинних клітин.

20. Імунітет - це еволюційний обмежувач

І Ламарка і Дарвіна цікавило питання: чому в ході еволюції все нижчі форми життя не перетворилися у вищі? Нинішня наука заперечує обидва їх пояснення - і можливість самовільного зародження життя в наш час, і те, що «нижчі» просто влаштовані і тому в простоті живуть. Навпаки, одноклітинні мають часом найскладніший апарат клітинного ділення, а у нижчих черв'яків бувають найскладніші тканини і життєві цикли, які взагалі відомі. Тобто організми, нижчі в одному сенсі, можуть бути вищими в іншому. Нині прийнято пояснювати факт наявності нижчих форм (як би не розуміти цей термін) тим, що кожна форма життя вписана в свою екосистему [3]. Так, бактерії є основою будь-якої екосистеми і виконують функції, які найпростіше здійснюються саме бактеріями, а не організмами з більш складною формою тіла.

Варто зауважіті, что питання Ламарка - Дарвіна має свою імунну сторону: если імунітет корисний, то чому все організмі не обзавелися в ході еволюції Цілком розвинення імунітетом? Нехай риби вініклі 500 млн років тому, нехай смороду залиша рібамі в силу екосистемного обставинні, но что Завада Їм за цею годину (набагато более, чем пішло на еволюцію теплокровних) создать такий же розвинення імунітет, як у птахів и звірів? Адже обзавелися ж все багатоклітинні одним і тим же (тонкощі опускаємо) типом клітинного ділення, хоча ті одноклітинні, від яких вони, як прийнято вважати, відбулися, ділилися досить по-різному.

Відповідь можна дати, які не повернувшись до бактерій. Важливо згадати, що між бактеріями легко відбувається горизонтальний перенос генів, про який ми говорили в п. 8 частини 1. Завдяки йому царство бактерій виступає як генетичне ціле. У горизонтального переносу є одна важлива для еволюції наслідок: «перенесення функціональної інформації від вищих форм життя до примітивних практично не відбувається (хоча і тут є винятки) через неможливість« розуміння »генетичної інформації вищих організмів геномом нижчих. Так природа як би законсервувала світ примітивних форм, створивши своєрідну генетичну базу для експериментів Еволюції », - писала О. А. Аронова [5].

Вона ж нагадала про те, що нині згадувати неприйняття - про роль ламаркизма у визнанні еволюційного значення горизонтального переносу. Спершу вона привела слова Г. Буркхардт, американського біографа Ламарка: «Ідея про спадкування придбаних ознак стала відомою як ламарковскую механізм завдяки чому щось подібне до історичної жарти». За Буркхардту, головний у Ламарка творчий фактор еволюції - «внутрішня активність організму» - просто не зрозуміли вченими, він «не був спростований експериментально, він був відкинутий як марна гіпотеза».

Далі Аронова нагадала: «Сама схема природного відбору малих варіацій ніколи не була обгрунтована експериментально (всі її немногочіленние підтвердження стосувалися одноразових стрибків, як, наприклад, у випадку з березової п'ядуна 2 ) »- і зазначила, що доктрина дарвінізму« пред'являла до ламаркізму набагато більш високі вимоги, ніж до себе самої ». Горизонтальний перенос, як і мутація, відбувається випадково (мобільний ген потрапляє в інший організм дуже рідко), проте вбудовується активно - це свого роду зараження. Немає ніякої, навіть фантастичною, гіпотези, яка б пояснювала пасивне вбудовування чужого гена в геном.

У всіх організмів є механізми обмеження перенесення, оберігають генетичну єдність кожного виду. Одним з таких обмежень і виступає імунітет - адже він перешкоджає, крім усього іншого, проникненню чужих генів. Природно напрошується таке пояснення: якби імунітет у всіх організмів був настільки ж складною, як у теплокровних, то еволюція була б сильно загальмована - за рахунок зайвого обмеження потоків інформації між організмами. Хіба таке пояснення погане?

Погане. Теза «якби» хороший для пояснення того, що вже відомо, але як обгрунтування причин він нікуди не придатний, тут він найчастіше - самообман. Ось ще приклад. На відміну від Ламарка і Дарвіна ми знаємо, що царство бактерій - основа життя для вищих організмів і якби воно зникло, життя на Землі припинилася б. Але одні бактерії породили, як прийнято вважати, вищих, а решта залишилися бактеріями - інакше нас просто не було б. Теж - чому не пояснення? Цілком у дусі дарвінізму.

Насправді треба зрозуміти, як і чому стародавні бактерії, не відаючи про потреби нащадків (в тому числі і про наших з вами), втрималися від того, щоб всім суцільно звернутися до вищих форми життя і з тим загинути. Адже гинуть же, бездумно розмножуючись, зграя сарани, ракова пухлина або популяція чумної бацили. Та й ми з вами робимо те ж саме - так вважають багато.

Про чумної бацили варто сказати окремо. Навіщо їй смертельну отруту, яка губить «господаря» (жертву), а з тим і її саму? Як нещодавно з'ясувалося, він зовсім не потрібен їй самій (її мутанти, позбавлені здатності виробляти отруту, виживають не гірше, а краще нормальних) і навіть не служить відходом її метаболізму. Він ніби спеціально зроблений для вбивства і потім - самогубства. Яким саме чином чумної отрута вбиває імунну систему жертви, ми вже знаємо (див. П. 13 частини 2), але навіщо?

Стародавні релігії вважали, що чума - кара богів, але зараз таке пояснення існування чуми навряд чи кого влаштує, в тому числі віруючих. Християнство, наприклад, стверджує, що Бог нічого поганого сам не творить. Може бути, чемний отрута творять чорти? Ні, вони, відповідно до християнської догми, взагалі нічого не творять, вони можуть тільки щось псувати.

Але ж для синтезу отрути особливий оперон не тільки створений (створений?), Але і вписаний в імунітет бацили - отрута її саму негубить. Ким і як це зроблено? Тут навіть креаціоністи нічого всерйоз (крім Божої кари) сказати не можуть.

Відбір, навіть якщо допустити його роль, тут безсилий, бо власники отрути гинуть багато частіше за інших бактерій. З цієї ж причини і ламаркова активність працює тут нітрохи не краще. Може бути, отрута виник випадково? Але немає, епідемії виникають знову і знову, тобто в появі бактеріальних отрут і їх успішному розповсюдженні є багаторазова повторюваність. А де багаторазова повторюваність, там може працювати наука. Але якщо не дарвінізм і не ламаркізм, то, значить, в еволюції має бути ще щось, про що ми поки не говорили. Спершу подумаємо, яка тут може бути роль випадковості.

21. Про випадковості

Противники Дарвіна завжди дорікали його в тому, що він перебільшив роль випадковості в еволюції, замінивши дослідження її реальних законів посиланням на випадковість спадкових змін. Дарвіністи, навпаки, хвалять свого основоположника за те, що той ввів в розгляд «антіслучайний фактор» (відбір) і тим самим вказав випадковості її місце в еволюції. Однак ні ті, ні інші не захотіли досліджувати сам феномен випадковості, так що залишилося таємницею, чи говорять сперечальники про одне й те ж явище чи про різні. Виявилося - про різних. Більш того, часто-густо один і той же еволюціоніст використовує термін «випадковість» в самих різних, часом несумісних, сенсах. Ми вже бачили це у Бернета, в його клонально-селекційної ідеї (див. Частину 1).

Мені довелося свого часу витратити багато часу на виявлення різних типів і форм випадкових явищ, підсумком чого стала книга «Про природу випадковості» [6]. Переказати її зміст тут ніяк не вдасться, і залишається лише сказати кілька найнеобхідніших фраз.

Випадковим називають то явище, яке має різні наслідки, тобто може за даних умов як статися, так і немає. Все неозоре різноманітність випадкових явищ можна розділити на два класи - мають стійку частоту появи кожного результату (її інтерпретують як ймовірність даного результату) і не мають. Майже всі випадкові явища, з якими наука вміє поводитися, відносяться до першого класу (їх вивчають теорія ймовірностей і математична статистика), а майже всі біологічні (в тому числі еволюційні і імунні) - до другого.

Зокрема, вираз «мутація відбувається з ймовірністю Р» майже ніколи сенсу не має, оскільки у мутацій, як ми вже говорили (п. 8, частина 1), не спостерігається стійких частот. І тим менше сенсу у базовій ідеї дарвінізму: «саме малоймовірне подія коли-небудь обов'язково відбудеться». Причин тому багато, і вкажу одну: воно має сенс тільки тоді, коли слово «малоймовірне» означає подія, що відбувається з заданою вірогідністю, більшою нуля (точніше: більшою деякого числа, більшого, ніж нуль); а біологи і гуманітарії застосовують дане прикметник в сенсі «навряд чи доступне спостереженню», не замислюючись про можливості.

Однак математика для явищ другого класу існує, і для нашої мети вона дуже корисна. Це - статистика «толстохвостие» розподілів. (Якщо акуратніше - статистика розподілів, в яких дисперсія, тобто міра розкиду випадкової величини, необмежено зростає з ростом числа випробувань.) Називають їх так тому, що у кривих типу у (х), їх описують, у дуже повільно і нерегулярно прагне до нулю з ростом х.

Такими розподілами наука і техніка буквально начинені, але звертати увагу на них в математиці не прийнято. Однак і серед них один клас абияк описаний - це квазігіперболіческіе розподілу (рис. 4). Називають їх так тому, що найчастіше значення випадкової величини розташовується тут на графіку з лівого краю, а решта частоти зменшуються направо, приблизно як гіпербола. Однак ця приблизна регулярність зберігається тільки до середини графіка, тоді як права його частина являє собою бовтанку окремих точок, слабо пов'язану з гіперболою. Очевидно, що дві половини цього графіка треба вивчати по-різному.

Квазігіперболічни розподілу міст за кількістю жителів, людей - за багатством, двигунів - за потужністю, букв - по народження в текстах, вчених - по числу публікацій, пологів організмів - по числу вхідних в них видів і т.д. Останній приклад мені найближче, його я і поясню.

Рід - поняття, що означає групу близьких видів, і вводиться воно для опису загальних властивостей цих видів. Оскільки систематик вводить кожен рід на свій розсуд, то зручно вводити пологи так, щоб в них було не дуже багато видів, але і не один вид. Однак так не виходить. Якими б правилами угруповання ні задатися, завжди виявиться, що якийсь вид нікому не близький і його слід виділити в окремий рід (така єнотовидний собака в сімействі псових загону хижих), а якісь види, навпаки, настільки схожі, що в один рід доводиться поміщати сотні видів: наприклад, рід Crocedura (білозубки, з сімейства землерійкові загону комахоїдних) включає 149 видів (табл. 1). Бувають пологи і по 2 тис. Видів. Систематики не раз намагалися це незручність виправити, об'єднуючи одні пологи і дроблячи інші, але система виявлялася непрактичною і від неї незабаром відмовлялися.

Чудова статистика пологів. Яку б велику групу тварин, грибів або рослин ні взяти, завжди одновидових пологів виявиться в ній найбільше, наступним буде число двухвідових пологів, потім - трьохвидову і т.д., поки ми не дійдемо до середини графіка, де вперше монотонність убування буде порушена . Для комахоїдних (див. Табл. 1) це порушення буде в тому, що пятівідових пологів немає, але шестівідовие є. А далі почнеться найцікавіше: виявивши, що немає пологів по 7, 8 і 9 видів, а потім йдуть пологи по 10, 12 і 13 видів, після чого - знову провал, ми мали б очікувати, що різноманітність групи близько до вичерпання, а виявляється навпаки. Попереду ще 2/3 видів загону, і понад половини цього різноманіття складе один величезний рід - згадані білозубки.

Схоже поводиться загін рукокрилих (в основному складається з летючих мишей), але в ньому вдвічі більше видів, і перший провал, при тому великий, розташований набагато далі - немає пологів по 17-45 видів. Загін вдвічі більші, і можна очікувати гігантського роду в кінці таблиці, а його немає: тут найбільший рід вдвічі менше, ніж в загоні землерійкові.

«Товстий хвіст» виражений в даних розподілах тим, що при у = 1 поодинокі точки можуть йти по осі х невизначено далеко і з невизначеними інтервалами між ними. Саме тому дисперсія тут росте з ростом вибірки і звичайна ( «гауссова») статистика не працює.

Це виражається, перш за все, в тому, що немає сенсу шукати середні величини, бо вони зовсім неінформативні. Середнє зростання людей або середня вага яблук корисно знати, оскільки близько цих величин групується основна частина об'єктів (людей, яблук і т.п.). А ось середнє число видів в роді не говорить нічого: в обох наведених прикладах воно (43 і 75 видів в роді) припадає на провали - пологів з таким або близьким числом видів просто немає. Реальні пологи або багато крупніше, або багато дрібніше середньої величини.

І ніякої біологічної специфіки тут немає: такі майже всі квазігіперболіческіе розподілу. Наприклад, близько 1/3 науковців не залишають після себе жодної публікації, потім слідують залишили одну-дві (це не тільки рано пішли з науки, а й ті, хто рано зрозумів, що його стезя - обслуговування досліджень). Зате основну масу статей пише та третину вчених, у яких більше, ніж за 30 статей на кожного. Авторів із середнім числом публікацій (5-6 за життя) дуже мало. Серед гігантів друкованої продуктивності знаменитий математик Леонард Ейлер (близько 830 публікацій, в основному посмертних), і я думав, що це близько до межі можливостей людини, поки не з'ясував, готуючи статтю для енциклопедії, що Л.С. Берг залишив після себе 1002 публікації 3 .

Повернемося до імунології. Недарма Тонегава обмовився, що там має місце «складна нерівномірна випадковість»: основна частина іммуноглобулінових генів мутує зовсім, частка мутують убуває приблизно квазігіперболіческі, причому один з них мутує втричі частіше основної маси мутують (рис. 2 до частини 2). Тепер видно, як наївний був окрик Медавар, щоб Стіл або показав регулярність частот (на набагато більш складне явище, ніж точкові мутагенез), або припинив дослідження.

Зараз, через півстоліття, прикрим виглядає той факт, що хоча квазігіперболіческая статистика розроблена саме в Англії (засновниками цієї дисципліни з'явилися ботанік Джон Вілліс і математик Гаролд Юл), де жив і працював Медавар, але вона залишилася поза колом знань інших вчених. Однак нам важливіше зрозуміти, як з такою випадковістю працювати.

22. Матерія не тільки активна, але і впорядкованість

У сказаному вище впорядкує сенс бачиться мені той, що майже всі випадкові явища світу укладаються в одну з двох статистик - або в звичайну «гауссову», або в квазігіперболіческую. У цього факту повинна бути загальна причина, і вона вже відома: першої статистикою підкоряються ті випадкові явища, в яких переважає незалежність подій, а другий - ті, де події в основному залежні, точніше, пов'язані в нежорсткими систему. (Природно, у міру ослаблення залежності явищ їх статистика поступово переходить від другої до першої, що давно математиками показано [6, с. 264]. Ми такими проміжними явищами займатися не будемо.)

Якщо так, то рід не просто набір видів, а елемент системи організмів. Точно так же місто - елемент системи розселення народів. Справді, хоча Великий Лондон, колишній сто років тому найбільшим містом світу (5,6 млн чоловік), поступився через півстоліття першість Нью-Йорку, а тепер займає 20-е місце (маючи 8,7 млн ​​осіб); хоча система народорасселенія змінилася радикально, проте форма квазігіперболи населеності міст залишилася тією ж. Чи не виріс горб, не змінився тип хвоста і т.п.

Отже, якщо в досвіді виявлені квазігіперболи, це наводить на думку про наявність будь-якої нежорсткої системи (якогось єдності), яку слід виявити. Для теорії еволюції істотно, що «товстий хвіст» означає появу в системі все більш і більш складно організованих об'єктів (або, якщо так зрозуміліше, - підсистем: адже види за родами розподілені приблизно так само, як пологи за домами і сімейства по загонах). Так само розподілені мутації по частотах і багато іншого. Цього не могли передбачити ні Ламарк, ні Дарвін, ні Берг.

Зауважу, що в генетиці єдність (системність), що дає квазігіперболи, прекрасно вивчено - це сукупність систем реплікації, репарації, рекомбінації ДНК і редагування РНК. Результуюче зміна нуклеотидного тексту, за традицією називається мутацією, свідомо мав би підпорядковуватися системної статистикою. (Їй же підпорядковується різноманітність слів в літературних текстах.) Ось чому у мутацій, не знайдено стійких частот. Термін мутація знайшов стільки смислів, що лише заплутує справу, заважаючи будувати теорію еволюції.

У 1970-х роках на зв'язок квазігіпербол з системністю звернув увагу палеоботанік С. В. Мейен. Головне його досягнення як теоретика - введення поняття рефрену. Рефрен - це, спрощено кажучи, ряд спрямованих рядів. Приклад спрямованого ряду наведено в верхньому рядку табл. 2: в класі кісткових риб плавники можуть бути відсутніми, бути представлені однією слабо розвиненою парою, однією сильною парою, двома парами променевих лопатей, двома-трьома парами «кистей» (кістеперие риби), які планують крилом і, нарешті, активним крилом (деякі літаючі риби ). Цей ряд спрямований - в тому сенсі, що вздовж нього спостерігається ускладнення будови органу. Але аналогічні спрямовані ряди видно і в інших рядках табл. 2, тобто в інших класах хребетних. Ряд, складений з цих рядів, і є рефрен. Через рефрени Меєн прийшов до нового варіанту номогенеза.

Кожна квазігіпербола теж спрямований ряд, а всепроникаючий феномен квазігіпербол - це рефрен, один з найзагальніших в науці. Мейен був упевнений, що теорія рефренів з'явиться єдиним методом упорядкування різноманітності явищ (як природи і суспільства, так і мислення), але, на жаль, помер на початку цієї роботи. Нам, які залишилися, доводиться продовжувати його працю.

(Закінчення буде.)

література

1. Рабсон А. і ін. Основи клінічної імунології. - М .: Мир, 2006.

2. Полєтаєв А. Б. Іммунофізіологія і иммунопатология. - М., 2008.

3. Чайковський Ю. В. Імунітет і еволюція: не впасти б в іншу крайність // Вісник Російської академії наук, 2003 № 3.

4. Hattory D. ea Dscam diversity is essential for neural wiring and self-recognition // Nature, 2007, vol. 449, p. 223-227.

5. Аронова Е. А. Невмирущий ламаркізм. Падіння і злети // Біологія (прилож. До газети «Перше вересня»), 1997, №№ 41, 42.

6. Чайковський Ю.В. Про природу випадковості. Вид. 2-е, исправл. і дополн. - М .: Центр систем. дослідні., 2004.

7. Kurtz J. ea Alternative adaptive immunity in invertebrates // Trends in Immunology, 2006, № 11.

Коментарі до статті

1 DSCAM (Down syndrome cell adhesion molecule), тобто молекула клітинної адгезії, відповідальна за синдром Дауна. Справа в тому, що у людей погіршення психічного розвитку, відоме як синдром Дауна, викликане мутацією, псує саме цей білок.

2 Потемніння метелики на ім'я березова п'ядун - приклад того самого «індустріального меланизма», про який йшла мова в п. 2 частини 1.

3 Включаючи тези, рецензії тощо Знаменитий географ і зоолог Лев Семенович Берг був засновником номогенеза - однієї з колишніх теорій еволюції. Її сам автор характеризував так: «еволюція на основі закономірностей», і про неї ще піде мова.