При переходе к психологии поведения необходимо понимать, что поведение может передаваться по наследству: типы, признаки, поступки. Со временем более адаптивное поведение становится более распространённым.
Животные, в том числе люди, совершают поступки не во благо группы и вида, а для того, чтобы увеличить количество копий своих генов в следующем поколении. И этого можно добиться тремя путями:
1. Индивидуальный отбор – говорит о том, что некоторые поступки животных должны оптимизировать количество генов в следующем поколении, помогая размножению его личных копий генов. Всё поведение животных, в том числе людей, и их социальное взаимодействие, лишь промежуточный этап на пути передачи своих генов следующему поколению.
2. Взаимное сотрудничество, иначе говоря, групповой отбор (иногда учёные его называют альтруизмом) – говорит о том, что животные не всегда соревнуются с теми, кто им не родственник, что они часто избегают конкуренции. В некоторых ситуациях животные могли бы проявить агрессию, но они её не проявляют. И это не совсем сотрудничество, а понимание того, что надо снизить агрессию. Ведь нападая на одного, нападающий становится уязвим для другого. Групповой отбор может привести к взаимной выгоде, примером этого является совместная охота. Возникает взаимное сотрудничество, но оно должно следовать набору правил. Далее начинается территория взаимовыгодных отношений, а это территория математики, мира под названием «теория игр»[4 - Теория игр – математический метод изучения оптимальных стратегий в играх. Под игрой понимается процесс, в котором участвуют две и более сторон, ведущие борьбу за реализацию своих интересов. Каждая из сторон имеет свою цель и использует некоторую стратегию, которая может вести к выигрышу или проигрышу – в зависимости от поведения других игроков.]. Согласно этой теории есть формальные игры, и для них существуют математически оптимальные стратегии на тему того, как и когда стоит сотрудничать, а когда стоит обманывать.
3. Родственный отбор говорит о том, что эволюция сформировала тенденцию согласовывать своё поведение со степенью родства многих видов животных.
Ученые, относящиеся к школе эволюционных учений, говорят: «Если вы знаете эти принципы, то вы способны рассматривать различные сферы поведения животных, и, исходя из этих принципов, понимать их поступки».
Русский генетик Сергей Сергеевич Четвериков в статье «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения эволюционной генетики», которая была опубликована в 1926 г. в журнале «Экспериментальной биологии» и позже опубликована в сборнике статей «Классики советской генетики» показал совместимость принципов генетики с теорией естественного отбора.
В положениях синтетической теории эволюции говорится о естественном отборе как главной причине развития адаптаций, о том, что внешние условия среды и деятельность организмов влияют на развитие тех или иных признаков у всего живого и что при изменении условий окружающей среды организму необходимо к ним приспособиться, что провоцирует изменения на генном уровне.
Так же в теории отмечаются процессы приспособления организмов к окружающей среде, что выживают наиболее устойчивые к условиям среды, а наименее устойчивые погибают, таким образом, происходит естественный отбор.
В эволюции поведения существуют следующие принципы:
• Принцип наследственных признаков, идея о том, что некоторые склонности поведения могут наследоваться. Теория эволюции допускает тот факт, что поведенческие признаки могут наследоваться;
• Принцип адаптивности. Если какой-то признак возник, то он был отобран, а отбор подразумевает адаптивность;
• Принцип, что процессы эволюционных изменений постепенны. Силы, которые нас интересовали, благодаря которым формируется всё живое в нашем мире, и о которых говорит наука эволюция, силы, из-за которых животные совершают какие-либо поступки:
1. Индивидуальный отбор;
2. Групповой отбор;
3. Родственный отбор.
Силы биомолекул
Жизнь должна или создавать формы,
или развиваться в определенных формах.
Георг Зиммель
В первой главе книги наша задача переходить из одной науки в другую, чтобы посмотреть на разные направления мыслей учёных по поводу процессов, связанных с поведением человека, чтобы найти в каждой из них силы, которые создают те или иные изменения в поведении.
Наука, которую мы рассмотрим в данной части, занимается изучением молекул живых организмов и называется молекулярной биологией.
Мы рассмотрим, как идея естественного отбора в эволюции сочетается с идеями молекулярной биологии.
В молекулярной биологии нам интересно найти силы, которые оформляют всё живое в свои формы, которые делают волка – волком, зайца – зайцем, а человека – человеком и которые, в конечном итоге, тоже, наряду с силами эволюции, являются причиной разнообразия поступков всех живых организмов.
Согласно учебному пособию для ВУЗов «Биохимия и молекулярная биология» важнейший вклад в развитие молекулярной биологии внёс ряд учёных на следующих этапах:
В 1930-х годах с объединения биохимии, генетики, микробиологии и вирусологии началась история молекулярной биологии.
В центре внимания науки, объясняющей феномен жизни, оказались два вида макромолекул:
1. ДНК[5 - ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – является основным компонентом хромосом клеток и некоторых вирусов. ДНК часто называют «строительным материалом» жизни, поскольку в ней хранится генетический код, являющийся основой наследственности. Состоит из двойной спирали, сложенной двумя длинными лентами чередующихся молекул сахара (дезоксирибозы) и фосфатных групп, связанных азотистыми основаниями. В целом молекула имеет форму, напоминающую скрученную веревочную лестницу, перекладинами которой служат азотистые основания.] – на которой зафиксирована структура генов.
2. Белки, которые своей активностью обеспечивают жизнь на молекулярном уровне.
В 1944 г. американские ученые биолог Джордж Бидл и генетик Эдуард Тейтем установили факт существования связи между генами и белками, тем самым объединив генетику и биохимию. Американский молекулярный биолог Освальд Эвери, работавший в Рокфеллерском университете с бактериями, в своих экспериментах обнаружил, что гены состоят из ДНК.
В 1953 г. британский нейробиолог Фрэнсис Крик разработал модель двухспиральной структуры молекулы ДНК. Эта модель объяснила многие биологические феномены, такие как:
• Существование биологических молекул;
• Способ хранения и копирования информации об их структуре;
• Возможность изменения структуры генов в эволюции. В 1957 г. Фрэнсис Крик выдвинул центральную догму молекулярной биологии, согласно ей, ДНК является хранилищем информации о структуре белка, и посредником между ними является РНК[6 - РНК – нуклеиновая кислота, состоящая из рибонуклеотидов, участвует в процессах реализации генетической информации.].
В 1961— 1965 гг. в процессе расшифровки генетического кода выяснилось, каким образом информация, хранящаяся на ДНК, кодирует белок.
К 1966 г. американский биохимик индийского происхождения Хар Корана и другие молекулярные биологи расшифровали генетический код.
В итоге сформировалось следующее определение молекулярной биологии – это наука:
• о механизмах хранения, воспроизведения, передачи и реализации генетической информации;
• о структуре и функциях белков.
Рассмотрев этапы развития молекулярной биологии, более предметно углубимся в эту науку и посмотрим, что такое гены и что такое белки.
Гены – это цепочки ДНК, но гены нам интересны не с точки зрения структур, а с точки зрения информации.
Любой живой организм состоит из органов, органы из тканей, ткани из клеток, а клетки из белков. Белки – это и ферменты, и гормоны, и мышечные волокна, и антитела, в общем, всё, из чего состоит клетка.
Белки – это рабочая сила, благодаря которой клетки выполняют свои функции.
В книге русского физиолога Юрия Сергеевича Ченцова «Введение в клеточную биологию» говорится, что клетка – это ограниченная активной липопротеидной мембраной упорядоченная система белков и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности обменных и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.
Внутриклеточные структурные элементы представляют собой системы второго порядка. Ядро клетки является системой хранения, воспроизведения и реализации генетической информации, заключенной в ДНК хромосом.
Белки состоят из аминокислот. Ученые насчитывают 20 аминокислот, которые дают организму всё многообразие белков.
Последовательность аминокислот определяет форму белка. Форма белка определяет его функцию, например, гемоглобин способен переносить кислород благодаря своей форме.
Любое вещество (белок) взаимодействует с другими веществами благодаря рецепторам[7 - Рецепторы – чувствительные нервные образования анализаторов, воспринимающие и преобразующие раздражения. С помощью рецепторов организм получает необходимую для его жизнедеятельности информацию о разнообразных изменениях во внешней и внутренней среде.], по принципу ключ-замок, потому что определённое вещество подходит к определённому рецептору как ключ к замку.
В ДНК белки зашифрованы в виде последовательностей нуклеотидов. Нуклеотиды – это органические соединения: Аденин, Гуанин, Цитозин и Тимин (А, Г, Ц, Т).
В РНК вместо тимина находится урацил. Аминокислоты кодируются последовательностью трёх нуклеотидов, например: Гуанин, Гуанин, Цитозин (ГГЦ), пример этой комбинации нуклеотидов называется аминокислота Глицин.
Если взять четыре нуклеотида и собрать все комбинации по три, получится 64 комбинации. Из которых 61 комбинация кодирует аминокислоты и ещё 3 комбинации – это стоп-кодоны, которые останавливают в системе копирование ДНК.
При делении клеток копируется ДНК, то есть, последовательность нуклеотидов, и другой клетке передаётся последовательность аминокислот прежнего организма, а так же информация обо всех белках.
ДНК – это двойная цепочка, которую при копировании разделяет специальный фермент на две цепочки, далее к цепочкам достраиваются пары, что в итоге даёт две новые ДНК.
Перенос информации с ДНК на РНК называется транскрипцией. РНК – это переносчик информации от ДНК к клетке, на ней копируется часть информации от ДНК, и по этой информации клетка в итоге понимает, каким образом ей работать.
Белки могут выступать, в том числе в роли ферментов, которые катализируют реакции. Ферменты могут разъединять соединённые белки и соединять разъединённые.
• Белки стыкуются и передают информацию.
• Ферменты соединяют и разрывают белки.
Информация всегда передаётся от ДНК к белку по следующему алгоритму:
от ДНК к РНК.
от РНК к белку.
Этот алгоритм показывает главенствование ДНК в организме.
При копировании ДНК иногда происходят ошибки при копировании последовательности нуклеотидов, что приводит к мутациям[8 - Мутация – внезапное изменение унаследованной характеристики организма. Мутации подвержены ДНК и гены. Иногда изменения происходят в процессе адаптации организма к новому окружению, и подвергшийся мутации ген переходит в результате естественного отбора в следующее поколение. Естественная мутация, таким образом, представляет собой один из важнейших путей эволюции организма.].
Молекулярная биология описывает следующие виды мутаций:
• Точечная мутация – это мутация, при которой одна буква последовательности нуклеотидов случайно меняется на другую. В этом случае белок может немного измениться, и он начнёт работать менее качественно;
• Делеция – это мутация, при которой у предыдущей комбинации теряется и примыкает к следующей одна буква, что полностью меняет последующий код.
• Инсерция – это мутация, при которой дублируется одна буква и весь код изменяется.
Мутация в гене, которая на 0,5% повышает способность особи размножаться, позволяет этому гену распространиться по всей популяции.
Таким образом, идея естественного отбора в эволюции сочетается с идеей способности гена распространяться при мутации по всей популяции. Это объясняет закономерности эволюции и с точки зрения молекулярной биологии.
Когда незначительная мутация какого-либо белка повысит репродуктивность особи на 1,5%, то через некоторое время новая версия гена распространится по всей популяции.
При помощи белков гены задают организмам их признаки: рога, клыки, лепестки, почки и другие.
Редко, когда один ген идёт сразу же за другим геном, обычно между ними на ДНК находятся длинные отрезки. Эти отрезки не кодируют белки и многие считают их «мусорным» ДНК. При этом ДНК на 95% состоит из этих некодирующих отрезков.
Оказывается, эти 95% – это не мусор, а инструкция о том, когда активировать ген, это система переключателей, которые включают и выключают ген.
Таким образом, в ДНК строго за последовательностью гена следует информация, которая задаёт процессы активации этого гена.
Значит, цепочки ДНК – это не отправные точки догмы жизни, потому что:
• ДНК подчиняется правилам;
• Гены подчиняются правилам;
• 95% ДНК – это инструкции-правила для работы генов.
ДНК сама по себе не знает, что она делает. ДНК – это конструктор, который подчиняется разным факторам. ДНК могут управлять внешние регуляторы, например, белок особой формы, который, попадая в участок ДНК с инструкцией, образно нажимает на переключатель и начинает процесс транскрипции гена.
Кто же управляет этими белками, которые нажимают эти переключатели?
В клетке есть среда, которая, когда, например, у клетки кончается энергия, и белок активирует один из факторов транскрипции, то он связывается с рядом переключателей, производящим другие белки, которые занимаются ускорением, поглощающим энергию структуры клетки. Здесь среда регулирует генетические эффекты. Среда регулирует деятельность генов в ДНК, а сами гены не знают, что они делают. Понятие среды может выходить далеко за пределы клетки. Пример того, как среда внутри организма включает транскрипцию гена в клетке, можно увидеть в гормональной регуляции. Когда химическое сообщение приходит извне клетки и связывается со своими рецепторами, как ключ и замок, то в результате этой связки начинается транскрипция внутри клетки.
Это краткое описание того, как работают гормоны, свободно перемещаясь внутри организма и воздействуя на клетки по всему телу.
Большинство гормонов по своей природе – это белки, которые запускают программы передачи сигналов, активируя или деактивируя какой-либо фактор транскрипции в гене.
Влияние окружающей среды вокруг организма на процессы, происходящие внутри организма – это когда какое-либо воздействие в виде сенсорной информации через органы чувств: зрение, слух, ощущения, приходит по каналам восприятия из внешнего мира.
Так, события, происходящие во внешнем мире, регулируют происходящее в генах.
Поскольку 95% ДНК – это инструкция к гену, то самое интересное не то, как эффективно ген что-то делает, а то, когда и при каких условиях он это делает.
Забегая вперёд, намекну, что мы разобрали ещё одну силу, которая нас будет интересовать в следующей части – это правило «Если – То». Если поступает сигнал, например, о низком уровне глюкозы в клетке, то начинается производство белка, отвечающего за поглощение глюкозы из крови. Если по каналам восприятия, например, через ощущения поступает резкий и неприятный запах из окружающей среды, то активируются ещё какие-либо процессы, связанные с реагированием на этот запах.
Воздействие из окружающей среды не меняет сам белок, оно меняет контекст «Если-То», и позже мы увидим, что гораздо интереснее контекст, чем форма белка.
Мы увидели, каким образом молекулярная биология объясняет феномен жизни, благодаря свойствам макромолекул ДНК, в которой зафиксирована структура генов и белков, активность которых обеспечивает жизнь организмов на молекулярном уровне.
Также мы рассмотрели ряд уровней регуляции:
• Ферменты определяют, какие белки производятся;
• Факторы транскрипции включают и выключают гены;
• Факторы транскрипции отражают события внешнего мира.
Помнишь выражение в книгах или фильмах о магии, которое наверняка Тебе попадалось: «Что внутри, то и снаружи»? Вот и представь себе, насколько точное это выражение.
В науке, изучающей молекулярную биологию, мы кратко и обобщённо рассмотрели основные принципы внутриклеточной работы живых организмов, и нашли силы, интересующие нас для понимания и этих процессов, в том числе регулирующих и формирующих поведение у живых организмов.
Эти силы:
•Гены, как информация, которая кодирует белки;
•Белки, как рабочая сила, выстраивающая все системы в живых организмах;
•Взаимовлияние генов и белков друг на друга.
