Конец пандемии
— Пандемия помогла совершить какие-то научные открытия?
— Конечно, мы выйдем из нее с большим набором новых знаний о том, как происходит адаптация вируса, как влияют друг на друга разные мутации, как они взаимодействуют с иммунной системой, как устроена популяционная динамика. То, что это будет изучаться в таких деталях, на таком огромном материале, было не менее трудно вообразить себе три года назад, чем саму пандемию.
А с другой стороны, конечно, лучше бы не было ни того, ни другого.
— В одной из ваших недавних статей вы написали: вакцинированные люди, у которых еще не сформировался иммунный ответ, могут иметь отношение к появлению новых вариантов вируса, ускользающих от вакцины. Я правильно поняла?
— Естественно, если в вакцинированном человеке может размножаться вирус, то будет происходить мощная селекция на вирусную резистенцию к этим антителам. Вы все поняли совершенно правильно, да и что тут не понять. У нас строится некая математическая модель, которая показывает, как это зависит от скорости вакцинирования, от количества контактов и так далее.
— Еще у вас была недавно статья про сроки инкубационного периода заболевания и про то, как они влияют на срок карантина. Это тоже напрямую относится к нашей жизни.
— Да, конечно, эта статья очень прикладная. Мы использовали машинное обучение, можно сказать, искусственный интеллект, для того чтобы, исходя из разных особенностей генома, предсказать инкубационный период вируса. Это довольно здорово сработало.
Давая компьютерной программе определенные характеристики генома, мы можем с очень приличной точностью предсказать длительность инкубационного периода. А какой здесь механизм, с чем связана именно такая длительность, — это пока неизвестно. Есть какие-то идеи, но я в них не уверен.
Так или иначе, машинка работает. Что это означает практически? Что сроки карантина — 14 дней — несколько завышены. Кстати, в ряде мест это уже осознали.
— Как вам кажется, когда это все закончится?
— Видимо, к концу лета население первого мира, — назовем его так — будет провакцинировано. Дальнейшая судьба пандемии зависит от того, насколько успеют распространиться и насколько инфекционными будут новые варианты, которые убегают от вакцины. Могут быть разные сценарии. Самый тяжелый из них, конечно, — чрезвычайно печален. Но тут я не буду гадать.
Даже если возникнет вариант (к сожалению, сообщения о таких вариантах уже появляются, хотя полной ясности нет), который устойчив к существующей вакцине, нет никаких фундаментальных причин, чтобы не сделать вакцину и против него тоже.
Главный вопрос в том, удастся ли опередить распространение новых штаммов. Теоретически препятствий для этого нет. А на деле получается эффект черной королевы: приходится бежать все быстрее, чтобы оставаться на месте.
Когда выживание — результат игры случая
— Может ли вирус в результате эволюции прекратить свое существование, просто взять и исчезнуть?
— Вирус не может перестать меняться, но он может перестать адаптироваться. Это разные вещи. Изменения в вирусе, как в любом эволюционирующем биологическом объекте, бывают как адаптивными (полезными), так и нейтральными. Сильно вредными они не бывают, потому что тогда этот организм не выживает. Так вот, вирус может вполне перейти в режим преимущественно — и даже исключительно — нейтральной эволюции.
В литературе встречались суждения, основанные на сравнительно крупномасштабных анализах, что с этим вирусом так и произойдет. Но другие результаты анализа геномов, в том числе полученные в моей лаборатории, показывают, что он все-таки адаптируется. Новые появившиеся варианты это подтвердили.
Может ли это прекратиться? Да, в принципе, может. Режим адаптивной и нейтральной эволюции очень зависит от размера популяции организмов.
— Что такое размер популяции организмов?
— Это важное понятие в популяционной генетике. Когда речь идет об очень маленькой популяции, велик эффект того, что называется генетическим дрейфом, а по-простому — случайности.
Происходит не выживание наиболее приспособленных по Дарвину, а случайное выживание минимально приспособленных.
Тот, кто совсем не приспособлен, все равно не выживет, а вот жизнеспособные будут выживать случайным образом. Если популяция очень маленькая, то доминирует случайность, и адаптации не происходит.
А потом наступает некая вредная мутация, она закрепляется, за ней другая, третья, они накапливаются, как снежный ком, — и популяция катится под гору. Это называется Muller’s ratchet — что можно перевести как обреченность, необратимость. Нет подходящего русского слова.
Поэтому, когда какое-то животное в результате, например, истребления достигает некоего предела — казалось бы, еще не столь низкого, — спасти его уже невозможно. Оно обречено.
— Но у нашего вируса вроде бы с размером популяции все неплохо.
— Поэтому столь важны все карантинные меры, они снижают размер популяции. И если она снизится настолько, что вирус не сможет эффективно адаптироваться, то он покинет нас без всякой вакцины. Но добиться этого сложно, потому что даже при закрытых границах, когда по всему земному шару вирус вроде бы распространяется очень медленно, все равно, с точки зрения популяционной генетики, эти популяции большие, и адаптация возможна.
Евгений Кунин
Человечество накапливает вредные мутации. Что тут может помочь?
— Можно сказать, что эволюция всегда движется от простого к сложному?
— Нет, так сказать абсолютно нельзя. Все мы знаем о паразитах, у которых в результате эволюции ничего не остается, кроме мешка с яйцами. Очень часто идет движение от сложного к простому.
Другое дело, что некоторый потенциал возникновения сложных форм в процессе эволюции заложен, и если мы будем смотреть на ход эволюции, то в каждый момент времени максимально присутствующая сложность возрастает. Полмиллиарда лет назад не было животных и растений, сопоставимых с сегодняшними по сложности.
— Можно сказать, что сложность есть венец эволюции?
— Разговор о венцах — это не разговор эволюционных биологов. Он подразумевает какую-то телеологию, разумное целеполагание, которого, с нашей точки зрения, нет.
Но еще раз, некоторые внутренние тенденции к возникновению сложности существуют. Многоклеточные организмы являются в содержательном смысле более сложными, чем одноклеточные, тут и спорить не о чем. Многоклеточность возникала в ходе эволюции жизни несколько десятков раз. Мы понимаем теперь, почему это происходит: есть множество ситуаций, разнообразных форм стресса, инфекции и так далее, когда организмам выгодна кооперация. В результате кооперации возникает разделение труда и то, что мы называем сложностью.
— В человеческой популяции роль случайности, нейтральной эволюции, наверное, особенно сильна?
— Это непростой вопрос. Ответ — да и нет. Для начала — что такое малая популяция. Цифры тут примерно такие: малыми мы называем популяции эффективным размером от 10 до 100 тысяч (под эффективным размером понимается число особей, способных оставлять потомство). Меньше 10 тысяч — это точно малые популяции, которым трудно выживать долгое время и где роль случайности очень велика. За пределами 100 тысяч перспективы уже гораздо лучше.
Когда-то человечество жило малыми племенами, или малыми популяциями. Глобализация, в этом смысле, очень позитивный фактор, она ведет к увеличению размера популяции, уменьшению роли случайностей, помогает спастись от вымирания в результате накопления вредных мутаций.
С другой стороны… Тут нельзя сказать «к сожалению» — потому что с гуманистической позиции никаких сожалений быть не может — но, тем не менее, в сегодняшнем человечестве происходит ослабление отбора за счет успехов медицины и общих цивилизационных изменений, которые позволяют размножаться многим, кто раньше не размножался. Когда эта часть популяции размножается, она передает дальше вредные мутации.
— Глобализация спасает нас от вымирания?
— Искусственное снижение отбора и глобализация тянут в противоположных направлениях. Но я боюсь, что негативная тенденция накопления вредных мутаций несколько сильнее.
Паразиты во власти как результат эволюции
— Может ли случиться так, что в результате переусложненности, к которой привела эволюция, структура сама себя не сможет выдержать и рухнет под грузом собственной сложности? И тогда нас — людей — на этой планете больше не будет?
— На оба ваши вопроса ответ — да. Все знают про так называемый половой отбор — простое и гениальное понятие, сформулированное Дарвином. Самцы (гораздо реже самки) вырабатывают приспособления, которые не несут никакой пользы для них лично. Павлинам и оленям тяжело от гигантских хвостов и рогов, но девушкам они нравятся — возможно, потому что являются маркером здоровья и хорошего генотипа: раз самец способен таскать на себе такую тяжесть, значит, он сильный, гены у него хорошие.
Тем не менее, под действием полового отбора эволюция идет совершенно циклически. В какой-то момент выигрыш самца оттого, что он оставляет много потомства, перевешивается его личными неудобствами. Выживает тот, у кого рогов совсем нет, — и все начинается сначала. Это довольно хорошая иллюстрация того, как адаптивная эволюция может привести к коллапсу популяции или хотя бы к ее существенному снижению. Сильно подозреваю, что то же самое может произойти с человеческой цивилизацией. Какими путями, нетрудно вообразить.
— Нетрудно?
— Я думаю, нетрудно.
Такая вещь, как ядерное оружие, — результат довольно значительной эволюции сложности в человеческой цивилизации.
Тот же «Новичок» синтезировать тоже весьма непросто.
— Такое понятие, как «отрицательный» или «ухудшающий» отбор, имеет биологический смысл или это просто какая-то социальная метафора?
— Это плохая метафора. Не бывает никакого отрицательного отбора. Отбор всегда положительный. Увы, приспособленность организмов и популяции может снижаться в результате неконтролируемого накопления вредных мутаций, но это не называется отбором.
Когда мы в связи с какими-то общественными процессами говорим, что происходит селекция худших, у власти оказываются всякие мерзавцы и так далее, то нужно понимать: их туда вынесло какое-то сочетание случайностей и повышенная приспособленность к тем условиям, в которых они существуют. Речь не об ухудшении, а о селекции по каким-то другим признакам — не по тем, которые нам нравятся. Нам хочется, чтобы все были добрыми и умными, но для выживания в этой среде требуется нечто иное.
— Требуется стать тем самым мешком с яйцами, о котором вы говорили?
— Да, это совершенно неизбежная и внутренне присущая жизни эволюция паразита. Такое понимание дает нам теория игр. В карточной игре обязательно возникает шулер. Когда что-то плохо лежит, это обязательно украдут. Звучит несерьезно, но здесь совершенно реальный закон природы. Поэтому возникновение паразитов совершенно неизбежно.
— То есть мерзавцы с нами навсегда? Это звучит безнадежно.
— А мы не знаем. Не любое изменение подвергается отбору. Наша способность к предвидению ограничена, и то, что вчера помогало приспосабливаться, через неделю может помешать. У эволюции есть способность предсказывать среду, но лишь до той степени, до какой у нее есть какая-то периодичность. Но, поскольку роль случайности очень велика, появление «черных лебедей» — пандемических вирусов, экономических кризисов и политических потрясений — мы сколько-нибудь точно предсказать не можем.
Жизнь началась с эволюции. А что было до нее?
— Эволюция может закончиться, у нее есть граница?
— Конечно, ведь звезды смертны. Они превращаются в красных гигантов и умирают. Через шесть или чуть более миллиардов лет Солнце превратится в красного гиганта. Другой границы, как таковой, внутренне присущей жизни, нет.
Но это не значит, что система не может сама себя истощить задолго до того. Сильно подозреваю, что это относится к биосфере Земли в целом. Мы знаем, что любая конкретная экологическая система может умирать. Да и любая популяция, любой вид имеют время своей жизни, они исчезают, как те же динозавры. Пока что коллапса биосферы не было — иначе мы бы сейчас не беседовали. Но он вполне возможен, почему нет.
— Раз уж мы заговорили о вселенных, красных гигантах и белых карликах, то возможна ли жизнь вне Земли, на других планетах, в других вселенных? Что эволюция говорит об этом?
— Ничего. Это самый короткий и честный ответ.
Тем не менее еще 15–20 лет назад мы не были уверены в том, что во Вселенной существуют планеты, кроме нашей Солнечной системы, а теперь очевидно, что их миллиарды. Достаточно многие из этих планет имеют жидкую воду (можно фантазировать о других формах жизни, для которых вода не нужна, но это трудно). Кое-где возникают относительно простые органические молекулы. Сложных никто не видел, но, с другой стороны, они не так уж устойчивы — трудно ожидать, что на метеоритах будет белок.
С другой стороны, возникновение такого объекта, как живая клетка, популяции живых клеток, которая может эволюционировать, — это процесс фантастической сложности, несопоставимый вообще ни с чем из того, что нам известно.
— Разве человеческий мозг, например, это не более сложный объект?
— Да, но мозг и другие системы высокой сложности возникли в ходе эволюции, когда машина естественного отбора уже существовала. А первые клетки должны были возникнуть без этой машины. Каким образом?
У нас есть идеи, какие примитивные формы селекции могли существовать, однако факт остается фактом: механизма, который отбирал бы реплицирующиеся геномы, тогда не было. «Omnis cellula e cellula», «каждая клетка из клетки», как говорил Рудольф Вирхов. Никто ни разу, нигде и никогда не видел возникновение клетки из чего-то более простого. И тем не менее, вначале это произошло.
Это величайшая загадка. Когда есть такого рода загадки, то есть представление, что событие крайне маловероятно. Настолько, что в ходе эволюции нашей Вселенной оно произошло, возможно, только один раз.
— И это доказательство того, что вероятность рождения жизни в других вселенных стремится к нулю?
— Это ни в каком смысле не доказательство, но я бы сказал, что обнаружение независимой жизни где бы то ни было, — мы сейчас не говорим о распространении жизни, а именно о ее возникновении — будет величайшим результатом. Боюсь, что мы с вами до этого не доживем.
Неопределенность как главный закон
— Итак, есть вещи, которых мы никогда не узнаем?
— Конечно! Мы, в сущности, никогда не имеем полной картины реальности. Мы никогда не знаем, как происходили те или иные исторические события, — как в человеческой истории, так и в не человеческой. Ни одно уникальное событие, произошедшее в прошлом, с точностью воспроизвести и описать невозможно.
— У нас есть инструменты, чтобы реконструировать историческое событие.
— Реконструировать — это пожалуйста.
— А с биогенезом и этого не получается.
— Да, в плане возникновения жизни трудность максимальная. Конечно, мы продвинемся в этом деле, как теоретически, так и экспериментально. Возможно, путем изучения других планет Солнечной системы (путешествия за ее пределы все же нельзя считать реальной перспективой). Возможно, появятся какие-то методы, которыми мы можем обнаруживать ее отсюда. Я уверен, что даже на нашем веку через 10 лет понимание этих процессов будет лучше, как и сейчас оно лучше, чем было 10 лет назад.
Но в точности знать, что произошло, я думаю, мы не будем никогда, особенно если речь идет об уникальном событии — таком, как появление жизни на Земле.
— Точно так же мы никогда в точности не будем знать, когда и где появилось существо, которое уже не обезьяна, но еще не человек?
— Ну это какой-то философски сомнительный вопрос. Кто ему выдал диплом, что он уже человек? Конечно, мы очень хорошо представляем себе из данных палеонтологии, а теперь и генетики, как шла эволюция человека. Но в какой популяции, в какой момент, когда конкретно возник хотя бы язык? Или какие первые орудия? Да, мы никогда этого не узнаем.
— И мы так спокойно принимаем этот факт?
— Мы спокойно принимаем тот факт, что любое описание мира, которое мы имеем, есть приблизительное описание. В квантовой физике неопределенность — или вероятностный характер любого процесса — является основным законом. Почему же нам не относиться к этому конструктивно и спокойно?
Средним поэтом быть стыдно, средним ученым — нет
— Ваши родители — филологи. Как вы пришли в биологию? Был какой-то поворотный момент, какая-то встреча?
— Мои родители, конечно, сугубые гуманитарии, они падают в обморок от вида уравнения. Хотя кое-какая наследственность у меня все же есть — бабушка с дедушкой по материнской линии, хоть и не были крупными учеными, но их профессией все же была микробиология, отчасти биохимия.
Я всегда знал, что буду заниматься биологией, но никакого внешнего толчка я не припомню. Конечно, лет в шесть мне хотелось стать зоологом, детям всегда интересны животные.
Что же касается эволюционной биологии, то тут помогла литература — в первую очередь, банально сказать, Дарвин. И еще мне очень сильно повезло — моя мама всю жизнь работала в Библиотеке иностранной литературы в Москве, откуда можно было брать научные книжки. И она, бедная, на себе их для меня таскала. Некоторые основополагающие статьи по молекулярной эволюции на меня производили гигантское, потрясающее впечатление.
В 1973 году Добржанский сказал: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции», — но для меня это каким-то образом стало понятно на несколько лет раньше, чем он это сформулировал.
— Меня поразила мысль, которую вы высказали в одном из интервью: если ты занимаешься искусством, ты обязан быть лучшим. Если занимаешься наукой, то достаточно честно делать свое дело — и это уже вклад.
— Эта мысль совершенно точно принадлежит не мне. Но такой эффект, действительно, есть. Сегодняшняя наука (думаю, что во времена Ньютона было иначе) достигла массового уровня. Человек может работать в лаборатории и иметь большое удовлетворение от того, что он вносит не огромный, но позитивный, реальный вклад в развитие науки, в понимание природы, в разработку каких-то новых технических подходов. Такие люди создают научную среду, без которой невозможны большие открытия.
А вот посредственным поэтом, наверное, быть очень обидно.
— А посредственным ученым не обидно?
— Не знаю. Наверное, нет. Я тут могу говорить только за себя.
— Вы-то уж точно не являетесь посредственным ученым. У вас индекс Хирша больше 200, вы входите в бесконечные рейтинги «10 самых влиятельных биологов мира» и так далее.
— Видите ли, это как и с кем сравнивать. Я прекрасно знаю, что я не Дарвин и не Фрэнсис Крик. Какое расстояние больше — от меня до Дарвина или от условного имярека до меня — это разве померяешь? Однако то обстоятельство, что меня нельзя сравнивать ни с Эйнштейном, ни с Дарвином, меня нисколько не беспокоит и не огорчает.
Кстати, что касается литературы, то в ней тоже важна среда. Да, Пушкин — великий поэт, и любой русскоязычный человек знает много его строк наизусть. А, например, Бенедиктова могут процитировать только очень образованные люди. Но тем не менее, Бенедиктов создает среду, из которой вырастают большие поэты.
Впрочем, это уже настолько дилетантские рассуждения, что дальше некуда. Я не гуманитарий.
Евгений Кунин
— Но вы очень любите поэзию. Это вам как-то помогает в работе, помогает думать?
— Действительно, люблю ее с детства. Тоже, наверное, со средой повезло. При этом сам не имею к поэзии никаких способностей и, кроме чего-то шуточного, ничего никогда не сочинял.
А думать мне стихи, действительно, очень помогают.
Когда, уничтожив набросок,
Ты держишь прилежно в уме
Период без тягостных сносок,
Единый во внутренней тьме…
Но кстати, не только стихи, живопись тоже. У меня в офисе много репродукций Дали.
Все понятия из эволюции применимы к другим областям знания
— Биологические, генетические процессы хорошо описываются в терминах лингвистики. Есть даже инструментальное сходство — текстовой редактор, флешка, перенос информации, перевод текста с одного языка на другой. Это просто метафора, красивые слова — или между гуманитарными и негуманитарными науками гораздо больше сходства, чем принято думать?
— Прежде всего, это не метафора. Устройство текста имеет реальные математические закономерности, а эволюция общества во многом описывается математическими моделями, взятыми из популяционной генетики. Любой процесс, который развивается во времени — человеческое общество, культура, литература — движется по эволюционным законам, к нему приложимы некие обобщенные модели, похожие на те, что мы используем в биологии, да и в физике тоже.
В моем представлении то, что можно называть наукой, — оно едино. Другое дело, что далеко не всякая человеческая активность, которую называют «наукой», ею является.
— Там, где есть какие-то процессы, там есть и эволюция, естественный отбор и выживание более жизнеспособных образцов. Но какое это имеет отношение к человеческой культуре? Мы же не можем сказать, что Пушкин лучше Гете, а они вместе лучше Софокла.
— Нет, не можем. Точно так же мы не можем сказать, что человек лучше кишечной палочки.
— Как это не можем?
— Не можем. Чем он лучше? Кишечных палочек гораздо больше, они гораздо лучше приспособлены. Лучше, хуже — что это вообще означает в биологии? Понятие большей приспособленности — оно есть. Мы не можем себя сравнивать ни с бактериями, ни с динозаврами, они прекрасно были приспособлены в свое время. А то, что Пушкин лучше, чем Кукольник, — это мы сказать можем, он гораздо более приспособлен, и сегодняшние тиражи его текстов наглядно это показывают. А поэта Кукольника вообще никто, кроме литературоведов, не помнит.
Так что просто не следует сравнивать несравнимое. А сравнимое все-таки следует.
— Тот, у кого больше тиражи, побеждает в эволюционной борьбе?
— Наоборот, у того, кто побеждает, больше тиражи. Опять-таки это можно мерить на разных временных интервалах. На определенном интервале совершенно очевидно, что Асадов был гораздо более адаптирован к существовавшей среде, чем Бродский. А на другом интервале получилось по-другому.
Все понятия из эволюции применимы к другим областям. Не вульгарно переносимы, а именно применимы с соответствующей адаптацией. Потому что не только в биологии ничто не имеет смысла, кроме как в свете эволюции, но и нигде вообще.