Фаги і Віруси

“Достоверно объяснить происхождение фагов и вирусов на основании трёх закреппившихся классических гипотез (регрессивная, клеточного происхождения, коэволюционная) не удаётся,

что делает необходимым их пересмотр”. Википедия.

ФАГИ І ВІРУСИ

Існують різні системи поглядів на феномен виникнення та існування Життя. І кожна наука тлумачить їх по своєму. Ще гірша ситуація з Еволюцію, бо нею по праву першої ночі, продовжує займатись осучаснений дарвінізм. На жаль так трапилось, що в минулому столітті система поглядів видатних людей позаминулого століття на процеси в живій Природі, була визнана науковою. Для того щоб її осучаснити, молоду кров генетики влили в старі вени дарвінізму та перейменували в синтетичну теорію еволюції.

Саме тоді Ешбі запропонував поняття різноманітності як міри кількості можливих станів системи. Його закон необхідної різноманітності визначав, що для стабільності системи кількість станів, яких може досягти її механізм управління (його різноманітність), мусить бути більшою або рівною кількості станів цієї контрольованої системи. Тобто, для того щоб система могла успішно впоратись з різноманітністю створюваних її середовищем проблем, репертуар її реакцій має бути (принаймні) настільки детальним, як і проблеми, що виникли в цьому середовищі. Таким чином, життєздатна система — це та, яка може впоратися з мінливістю середовища. Або, як висловився Ешбі, тільки різноманітність може побороти різноманітність. Крім цього Ешбі увів поняття ентропії як міри різноманітності - чим вона більша тим ентропія менша.

Паралельно Шеннон відкриває закон передачі сигналу (інформації) по каналу з шумами і уводить поняття інформаційної ентропії. Згідно Шеннону ентропія - це математичне сподівання інформації в сигналу. Зменшення шуму викликає зменшення ентропії Шеннона. Очевидно що білий гаусовий шум Шеннона - це мутації при передачі біологічної інформації.

Залишилась єрунда - змінити дефініцію Життя, щоб підвести під Еволюцію фундамент із цих законів. Тобто визнати що Життя - це хімічний сигнал з інформацією, який через реплікацію-репродукцію поширюється в каналі часу і розгорнутий в біологічну систему на поверхні Землі. Для його стійкого поширення рівень різноманіття системи не може бути менший чим у природного середовища, інакше Сигнал буде затухати. З цього слідує що основна функція Еволюції - створювати, підтримувати і збільшувати при потребі необхідне різноманіття. Досягає вона цього за допомогою глобальних стратегій. Їх всього декілька -

міжвидового та міжпопуляційного перенесення генів;

стратегія рекомбінантно-репродуктивної ізоляції;

детермінованого мутагенезу;

рекомбінантна стратегія;

природної селекції.

експансії;

При цьому напрямки розгортання (Еволюція от лат. evolutio розгортання) стратегій задає принцип Ферма - з багатьох вибирається той, що вимагає мінімум енергозатрат.

Якби це зробили, то зразу стало б ясно що з Дарвіном треба прощатись, бо вся його теорія це не що інше як одна із глобальних стратегій і до того ж не основна. Тобто його проблема полягала в тому, що він за Еволюцію прийняв стратегію природної селекції. Чи міг він розгледіти інші стратегії? Так міг - адже був прекрасно обізнаний з технологією штучної селекції і до того ж мав можливість побувати на полігоні Еволюції, на Галапогосах...

Замість цього Дарвіна відливають в бронзі, а природній відбір, якого він майже зрікся, роблять рушійною силою Еволюції. В результаті такої реставрації чи консервації адепти осучасненого дарвінізму отримали кучу парадоксів і білих плям, які не можуть науково пояснити - походження фагів, вірусів, груп крові, антибіотиків, інфекційних захворювань і пр. Тому крутяться як вужі на сковороді і все йде до того, що скоро повторно відкриють принцип Ешбі тільки в своїх термінах. Так наприклад різноманіття за Ешбі у них зветься генетичним поліморфізмом. Зараз між собою ламають списи, чому у кожного виду свій рівень поліморфізму. Хоча очевидно, що Еволюція ніколи не йде на надлишкове різноманіття - принцип Ферма не дозволяє. Тобто у кожного виду рівень генетичного поліморфізму визначається його стійкістю до зовнішнього різноманіття (закон Ешбі).

А тепер подивіться на яких законах основується осучаснений дарвінізм або синтетична теорія еволюції. Як то кажуть - без коментарів.

“...Любопытно созерцать густо заросший берег, покрытый многочисленными, разнообразными растениями с поющими в кустах птицами, порхающими вокруг насекомыми, ползающими в сырой земле червями, и думать, что все эти прекрасно построенные формы, столь отличающиеся одна от другой и так сложно одна от другой зависящие, были созданы благодаря Законам, еще и теперь действующим вокруг нас. Эти законы, в самом широком смысле: Рост и Воспроизведение, Наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения, Изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия жизненных условий и от употребления и неупотребления, Прогрессия возрастания численности – столь высокая, что она ведет к Борьбе за жизнь и ее последствию – Естественному Отбору, влекущему за собою Дивергенцию признаков и Вымирание менее улучшенных форм.”

Ч. Дарвин “ Происхождение видов”

Якби там не було, але запропонована гіпотеза Життя, як хімічного Сигналу що поширюється в часі і розгорнутого в біологічну систему на поверхні Землі, основується на законах передачі інформації і управління, а осучаснений дарвінізм - на допотопну практику селекції одомашнених тварин і рослин. Дарвін прекрасно знав, що при виведенні нової породи собак, перед тим як почати відбір (selection), для них роблять клітки, щоб репродуктивно ізолювати. Інакше замість бульдога можна отримати дворнягу, бо бажані ознаки загубляться в масиві старого генотипу. На Галапагосах він переконався що в природі теж відбувається Відбір, але кліток не побачив. А міг би - все ж таки геній! Може через те що знаходився всередині однієї з них...

До появи у Еволюції стратегії рекомбінантно-репродуктивної ізоляції репродуктивна ізоляція між популяціями забезпечувалась “клітками” у вигляді географічної ізоляції. Тобто “клітки” створювались виключно геологічною еволюцією планети. Не всюди вони були, але Дарвін плавав на “Біглі” саме між ними - островами Галапагоського архіпелагу. Якби він здогадався що це теж клітки, то можливо теорія макроеволюції не знаходилась би зараз в такому глухому куті. Адже тоді не тільки йому, а й усім стало ясно - Дарвін відкрив природну селекцію. Таку саму як у людей, тільки Відбір не соціальний (штучний) а природний. І розглядати його треба в системі координат природної селекції, а не Еволюції.

Не всім, але очевидно, що відкривши природну селекцію, Дарвін тільки зазирнув за лаштунки Еволюції. Саме цікаве було попереду. На жаль не сталося - не побачив Дарвін “кліток”, а тому зробив природний відбір рушійною силою Еволюції і тим самим закрив вікно можливостей для пошуку інших стратегій.

І от тепер дожилися - наука не може пояснити звідки і навіщо з’явились фаги і віруси. Мова йде про неклітинні форми живих організмів, які мають абсолютний еволюційний успіх. Ясно чому не може - очевидно вони обслуговують якусь іншу глобальну стратегію Еволюції. А може не одну? Спробуємо їх відшукати.

Закон Ешбі -

Для стійкого існування кібернетичної (в том числі біологічної) системи необхідно, щоб вона мала внутрішнє різноманіття, потрібне для блокування будь якого зовнішнього і внутрішнього збурення.

Згідно цьому закону стійке поширення Сигналу має опиратись на певний рівень різноманіття - міжвидового, міжпопуляційного і того що всередині популяції. Довгий час з моменту зародження Життя єдиним його джерелом являлись мутації, більшість з яких були летальними. Живилось помилками, які виникали при копіюванні генетичної інформації та під дією мутагенних факторів, аж поки ріст геномів не вперся в “стелю Ейгена”. Подальше ускладнення генома із-за збільшення кількості летальних мутацій нічого не давало - втрати реплікації зводили весь поступ нанівець. Еволюція зайшла в глухий кут.

Тренд на появу принципово іншого за своєю природою рекомбінантного різноманіття більш за все був реалізований рекомбінантною стратегією через кон'югацію, тобто через обмін інформацією. Перенесення генів стало відбуватись напряму від клітини до клітини, тобто горизонтально. До цього перенесення генів було горизонтальним в прямому розумінні цього слова, бо здійснювалось за допомогою екваторіальних течій і протитечій. Вони переносили по всій ніші планетарного ампліфікатора, в якому зародився Сигнал, спочатку РНК, а згодом ДНК. З появою в ній розривів Еволюція вимушена була “одягти” кільцьову ДНК в скафандр у вигляді мембрани, забезпечивши її метаболізм там де він не підтримувався материнською нішею ампліфікатора-інкубатора.

Гіпотеза. Клітина виникла для обслуговування глобальної стратегії перенесення генів (інформації) по материнській ніші планетарного ампліфікатора при її розпаді.

Рекомбінантне різноманіття при кон'югації набувається в фантастичний спосіб, який дуже нагадує секс - клітина-реципієнт отримує інформацію у вигляді фрагмента ДНК від клітини-донора через цитоплазматичний місток, що на певний час утворюється між ними. При цьому із-за обмеження об’єма генома (стеля Ейгена) клітина-реципієнт вимушена позбутись власного шматка ДНК, гомологічного отриманому. Принцип Ферма не міг дозволити просто так викинути його назовні. Ті популяції прокаріот, клітини яких почали пакувати його в капсулу, отримали переваги над іншими. Почавши обмінюватись капсулами з фрагментом ДНК, вони могли додати в рекомбынантному різноманітті і за рахунок цього збільшити розмір свого генома. Очевидно це були перші фаги (бактероїди).

Гіпотеза. Фаги виникли для обслуговування глобальної рекомбінантної стратегії, завданням якої було створення принципово іншого різноманіття чим мутаційне.

Не всі фаги можуть проникнути в клітину прокаріот, щоб інтегруватись в її ДНК - тількі свої. Така специфічність фагів призвела до появи міжпопуляційного різноманіття. У кожної популяції прокаріот з’явились фаги, які обслуговували саме її. Це була справжня революція, бо до цього міжпопуляційне різноманіття набувалось географічною ізоляцією - а де тоді серед праокеану можна було усамітнитись?! Але виникла проблема - при контакті популяцій набуте міжпопуляційне різноманіття губилось, бо розмивалось кон’юнгацією. В результаті “метисації” популяції втрачали оригінальність, тобто ставали, як в таких випадках кажуть, сіро-буро-малиновими.

І знову Еволюція скористалась фагами - міжпопуляційне різноманіття стало фіксуватись в силовий спосіб. Для того щоб унеможливити ерозію уже набутого різноманіття деякі фаги перетворились в зброю, якою стали захищатись від інтервенції інших популяцій. Такі фаги могли проникати в чужу клітину, інтегруватись в її ДНК та синтезувати через апарат трансляції клітини один чи декілька білків, які пригнічували або вбивали її. В цій же клітині відбувалась реплікація нових фагів-убивць. З’явились поліфаги здатні вбивати кілька видів бактерій одного роду, монофаги - уражати бактерії одного виду, а типові фаги — тільки певний штам (тип) бактерій одного виду.

Завдяки такому арсеналу зброї популяції бактерій отримали можливість усамітнюватись там, де географічна ізоляція була відсутня і в такий спосіб зберігати свою оригінальність. Так, за допомогою фагів Еволюція перейшла до стратегії рекомбінантно-репродуктивної ізоляції популяцій і стала будувати “клітки” для популяцій.

Гіпотеза. В процесі розгортання різноманіття (Еволюції) фаги були використані для обслуговування стратегії рекомбінантно-репродуктивної ізоляції (r-r isolation).

І не тільки ця стратегія була підперта фагами. Утворення “кліток” для захисту міжпопуляційного різноманіття могло бути використано при підготовці і проведенні стратегії природної селекції, яку відкрив Дарвін. І гріх думати, що Еволюція цим не скористалась.

Гіпотеза. “Клітки”, створені за допомогою фагів і вірусів для фіксації міжпопуляційного різноманіття, разом з клітками географічної ізоляції, дарованими геологічною еволюцією планети, стали Еволюції в пригоді при проведенні стратегії природної селекції.

В “клітки”, якими репродуктивно ізолювались популяції, можна було проникнути - Еволюція не могла зробити їх герметичними, бо тоді перекривався кисень для стратегії перенесення генів. Глухими вони були тільки для репродуктивної ізоляції видів. Але все рівно Еволюція залишила в них шпаринку для перенесення генів за допомогою вірусів. Нагадаю що віруси - це ті ж самі фаги тільки адаптовані до еукаріот.

Гіпотеза. Фаги і віруси були використані для обслуговування глобальної стратегії перенесення генів.

Під дію цих стратегій попали еукаріоти (ядерні), яким вдалося обійти заборону Ейгена і почати необмежено збільшувати розмір свого генома. Для цього їм довелось завести в клітини ще одну ДНК, яка являлась точною копію тієї що там була. Тепер уже не треба було звертатись до іншої клітини, щоб через секс-кон’юнгацію з нею виправити свої помилки-мутації, бо ДНК, по якій можна звіритись, подібно жінці завжди була під боком.

З появою еукаріот перший раз у Еволюції з’явилась можливість через репарації РНК/ДНК (виправлення помилок) обнулити мутації-шуми до фонового рівня і в такий спосіб зменшити ентропію Шеннона, тобто перейти до стратегії детермінованого мутагенезу. Це могло бути досягнуто тільки за рахунок збільшення рекомбінантного різноманіття, тобто зменшення ентропії Ешбі. Ось чому Больцман угадав правильно -

“ Життя - це явище, здатне зменшувати ентропію ...Шеннона і Ешбі”

Резюме. Абсолютний еволюційний успіх фагів і вірусів обумовлений тим, що вони обслуговували 4 із 6 глобальних стратегій Еволюції, націлених на створення, підтримку і збільшення (при потребі) рекомбінантного різноманіття.

На відміну від прокаріот, рекомбінантне різноманіття у еукаріот формується в два етапи - до і після репродукції. Спочатку через обмін гомологічними участками хромосом (кросинговер) на одній із стадій утворення гамет (мейоз), а потім після запліднення яйцеклітини через активацію домінантних генів на гомологічних хромосомах.

Очевидно, обмін фагами у еукаріот рано чи пізно повинен був зійти нанівець, бо дублювався обміном шматочків ДНК при кросинговері. Але віруси - а саме так називаються фаги специфічні до еукаріот, не залишились без роботи. Вони, так само як це трапилось в прокаріот (бактерій), стали генетичною зброєю, якою стратегія рекомбінантно-репродуктивної ізоляції почала захищати популяції еукаріот від рекомбінантної ерозії з собі подібними. Подібно фагам віруси здатні проникати в клітину, врізатися в ДНК і, перемкнувши її ферментативний апарат на свій синтез, розмножуватись аж поки організм не загине.

Зрозуміло, що для користування такою зброєю треба було мати захист від неї. Хто його зна, але більш за все імунна система виникла спочатку саме для цього - для запобігання ураження популяції власними вірусами і тільки потім стала слугувати щитом проти чужих. Тобто колись у еукаріот кожна популяція мала свою специфічну генетичну зброю, за допомогою якої створювалась міжпопуляційна ізоляція там, де не було географічної. Яскравим прикладом цього є феномен “тифозної Мері”, зафіксований на початку 20-го століття в Америці. Абсолютно здорова жінка, але як потім з”ясували - бацилоносій, тобто озброєна бактеріями тифу, наймалась куховарити в багаті родини. Всюди, де вона мала нещастя готувати їжу, відбувалися спалахи тифу. Коли нарешті здогадались, то в неї на рахунку було вже 50 трупів. Їй заборонили цим займатись, але не ізолювали. І коли через декілька років відбувся новий спалах тифу, лікарі, що приїхали на виклик, на кухні побачили тифозну Мері… Ця історія свідчить про дві речі - генотип Мері походить з популяції специфічної до палочки тифу і Еволюція для впровадження міжпопуляційної ізоляції не гребує хвороботворними бактеріями, тобто хімічною зброєю. Як відомо деякі популяції мікроорганізмів (гриби), щоб ізолюватись від сусідніх, синтезують хімічну зброю у вигляді органічних сполук так званих антибіотиків, які здатні вбивати або пригнічувати розвиток при інтервенції на свою нішу.

З виходом еукаріот на сушу у Сигналу-Життя з’явились небачені можливості для набуття різноманітності на міжпопуляційному та міжвидовому рівні. Перед ними відкрились незліченні природно-кліматичні ніші, в яких можна було усамітнитись. Для тих родинно-близьких популяцій, яким приходилось ділити одну нішу, Еволюція розгорнула стратегію r-r isolation, та стала впроваджувати її в силовий спосіб за допомогою генетичної та хімічної зброї. Це дозволило заганяти популяції в “клітки” - тобто репродуктивно ізолювати там де географічна ізоляція була відсутня.

Найбільше поширення генетична і хімічна зброя дістала в тваринному світі, бо ефективне її застосування могло бути тільки контактним. Важко уявити які контакти крім статевих стосунків могли бути між популяціями наших предків, коли їх шляхи випадково перетиналися на рівнинах Африки. Очевидно ті, які практикували секс з чужинцями, попадали під удар вірусів чи бактерій, бо занесена в популяцію інфекція передавалась далі уже повітряно-крапельним шляхом. Такі вимирали або перетворювались в легку здобич для третіх популяцій. Не дивно, що в часи самураїв, коли Японія була в глухій ізоляції, вбивали кожного іноземця, чия нога ступила на її берег. Така ж доля чекала на своїх, які поверталися додому з заморських мандрів. Напевно та ж сама природа у безжалісного азіатського закону, який діяв аж до Чингізхана - після перемоги вбивати всіх з жінками і дітьми включно. У Китаї декілька тисячоліть до н.е. вівся перепис платників податків імператору. Ця статистика дала змогу оцінити демографію в різний час. Згідно їй чисельність населення Китаю часто падала в 5-7 раз. Це не тільки від голоду і епідемій, які дійсно мали місце. Справа в тому що популяція, яка перемагала у війні, вирізала іншу вщент, до ноги. Звідси резюме - з точки зору стратегії рекомбінантно-репродуктивної ізоляції Тамерлан все робив правильно…

Відомо що біологічна Еволюція не бачить далі свого носа, бо при виборі траєкторії керується принципом Ферма, тобто вибирає той напрямок, який вимагає мінімум енергозатрат, а в оптиці - мінімального часу для проходження.

Принцип Ферма визначає напрямки еволюційних змін і поширення світла.

Висока оперативність рішень соціальної еволюції призвела до росту кількості популяцій. Розвинулася мова і контакти між ними перестали обмежуватись статевими стосунками. Короткозора Еволюція не могла передбачити що органи дихання стануть основним каналом поширення вірусних і бактеріальних інфекції. Тому еволюція імунної системи була направлена на захист організму від усіх видів вірусів і бактерій, які стали загальним надбанням за довгу еволюційну історію людини. По сучасним даним таких налічується 450. Жоден вид хребетних тварин не несе такого еволюційного тягаря і в той же час не може похвалитись таким внутрішньовидовим різноманіттям (поліморфізмом). Пряма кореляція між ними більш чим очевидна. Високий рівень міжпопуляційного різноманіття сучасних людей свідчить про те, що довгий час, до того як забратись на вершину харчового ланцюга, наші предки висіли над еволюційною прірвою. Тобто положення виду homosapiens було нестійким. Зафіксовано, що останній раз ледь не зірвались 75 тис. років тому, коли кількість кроманьонців скоротилась до декількох десятків популяцій.

Трапилось це під час вулканічної зими тривалістю в тисячу років, спричиненої грандіозним вибухом індонезійського вулкану Тобе. Протягом короткого часу в атмосферу було вкинуто тисячі кубокілометрів сірки. Земля вкрилась шаром попілу, йшли кислотні дощі. Сонця не було видно роками… Все це призвело до падіння середньої температури на планеті на декілька градусів.

Новітні дослідження з генетики показують що саме на цей час випадає перша зовнішня міграція кроманьонців з Африки. Це були предки тасманійських аборигенів. Для нас цікаво те, що ці люди були негроїдами. Внутрішня міграція була спрямована туди де тепліше, тобто до екваторіальної Африки. Деякі популяції вимушені були зайти і адаптуватись до тропічного лісу, з якого колись вийшли, щоб стати людьми. Мова йде про чорношкірих пігмеїв.

Останні чистокровні тасманійські аборигени і пігмеї

Друга хвиля міграції з Африки відбулася 38-25 тисяч років тому. На цей раз в середні широти Євразії зайшли білошкірі європоїди і жовтошкірі монголоїди. Виходить, що до вулканічної зими всі люди були чорношкірими, а між двома хвилями міграції у деяких популяцій шкіра набула білого чи жовтого кольору. Виникає питання - що примусило біологічну Еволюцію підтримати нейтральні мутації з білим і жовтим кольором шкіри? Адже очевидно, що з трьох кольорів адаптивним є чорний колір шкіри. Саме він завдяки законам фізики теплокровним створює почуття комфорту у вечірні та ранкові часи, коли Сонце слабо гріє, а холоднокровним слугує панеллю для поглинання енергії сонячних променів.

Відповідь може бути одна - піти на це змусила стратегія r-r isolation. Вона вже давно використовувала колір поверхні тіла в своїх цілях, якщо він не слугував камуфляжем. Саме їй завдячують своїм забарвленням акваріумні рибки цихліді із африканського озера. Для того щоб ідентифікувати статевого партнера “свій” чи “чужий” їм прийшлось розвинути суперчутливий спектральний зір та створити сканер в мозку, який виносить цей вердикт. По другому вони не могли “усамітнитись” в закритому об’ємі африканського озера, там де не існувало географічної ізоляції апріорі.

Дивись: Стратегия r-r isolation и цветное зрение

http://www.gladevolution.com/home/statti/strategii-r-r-isolation-i-cvetnoe-zrenie

Під пензель стратегії r-r isolation попали в свій час деякі види динозаврів, які мали кольоровий зір і теж не могли усамітнитись із-за відсутності географічної ізоляції з родичами. Очевидно вони були чорними за кольором поверхні тіла, але мали оригінальну кольорову відмітину, зроблену еволюційним мазком. Це важко встановити, але одне наукове дослідження показало, що існував щонайменше один вид з червоним пучком волосся на голові, по якому самки ідентифікували “свого” статевого партнера. А якщо динозаври були дихроматами, тобто мали чорно-білий зір - що тоді? Такі динозаври привертають увагу тим, що носили абсолютно не функціональні шипи і нарости поверх хребта. Очевидно це “картинка” для ідентифікації “свій - чужий” чорно-білим “сканером”, який містився в їх мізках. Тобто для динозаврів, які бачили світ в чорно-білому світлі, стратегія r-r isolation спонукала Еволюцію стати пластичним хірургом.

Для того щоб швидко відновити різноманіття, втрачене під час проходження через “шийку пляшки” (бутылочное горлышко) у вулканічну зиму, Еволюції довелось “розфарбувати” людей. Бо відновити рекомбінантно-репродуктивну ізоляцію між популяціями за допомогою генетичної і хімічної зброї стало неможливо - імунна система організму успішно блокувала поширення багатьох вірусів і бактерій. Те, що ми різного кольору шкіри, вказує на те що між популяціями людей тривалий час не було географічної ізоляції. Тобто “вулканічну” зиму зимували поряд десь в районі екватора, там де було найтепліше.

Тут треба сказати як нам повезло, що від приматів дістався кольоровий зір. В протилежному випадку все було б по другому. Звичайно, шипів і наростів на хребту не носили б, але проводжати довгим поглядом рудоволосу синьооку дівчину навряд би довелося. Більш за все для придання оригінальності популяції “пластичному хірургу” треба було не тільки ліпити губи, розрізати по іншому очі, змінювати форму та довжину носа і пр. Можливо ми зараз би ходили з якимись рогами на лобі чи шишками на голові. Це не смішно, бо багато популяцій і сьогодні щоб вирізнитись і рекомбінантно-репродуктивно ізолюватись через заборону (табу) від родичів, проколюють та вставляють в різні органи тіла всякі предмети, деформують ступні ніг, голову або подовжують шию. Тобто вирішують цю проблему засобами соціальної еволюції. Очевидно і жінки починали колись носити сережки не для краси…

Дивись: r-r isolation у людей

http://www.gladevolution.com/r-r-izolation-u-ludej

Подальший розвиток імунної системи призвів до того, що бактерії і віруси специфічні до людей виявились не при справах, тобто перетворились на банальних збудників інфекційних хвороб, аж поки стратегії природної селекції не знадобився скальпель для елімінації старого генотипу...

Дивись: Чума.