Самые различные антимутагены содержатся в пищевых продуктах. Считается, что особенно богаты ими такие продукты растительного происхождения, как яблоки, капуста, лук, морковь, перец, мята, семена растений. Антимутагенным действием обладают витамины, селен, кальций, растительные кислоты, клетчатка, полиненасыщенные жирные кислоты и т. д.
Процесс исправления повреждений и восстановления пострадавших от мутаций структур ДНК получил название репарации (от лат. reparation – починка, ремонт, исправление). Системы репарации действуют на основе механизмов, управляемых посредством множества ферментов и ферментативных реакций. Это системы с отрицательными обратными связями, сходные с теми, которые описываются аппаратом кибернетики.
По данным ряда исследователей, системы репарации у многоклеточных организмов настолько эффективны, что из 1000 случайных изменений в ДНК менее одного может привести к мутации, а 999 автоматически исправляются в соответствии с сигналами, поступающими от наличия соответствующих ферментов. Согласно расчётам, белок, имеющий среднюю молекулярную массу и кодируемый тысячей пар оснований, подвергается мутациям только один раз на миллион клеточных делений.
Повреждения и ошибки репликации ДНК неравномерно распределяются по геному, они концентрируются в так называемых «горячих точках». К таким нарушениям относятся введение одноцепочечных разрывов, удаление одного из оснований, превращение одного из оснований в другое и «запутывание» оснований ковалентными связями.
Любое из таких нарушений приводит к искажениям и отклонениям в состоянии двойной спирали, которые распознаются репарирующими ферментами. Такие формы всегда находятся в состоянии готовности и действуют сразу же при проявлении неисправности.
В настоящее время известны пять основных механизмов репарации: световая, темновая, эксцизионная, рекомбинантная репарация и исправление однонитевых разрывов в ДНК при действии лигаз. Наиболее изученными являются световая и темновая репарация.
Световая репарация (фоторепарация или фотореактивация) заключается в расщеплении спаек оснований (тиминовых и пиримидиновых димеров), которые часто возникают вследствие ковалентных химических связей под действием ультрафиолетовых лучей, лучами видимого света при помощи фотореактивирующего фермента.
Темновая репарация осуществляется действием нескольких ферментов, назначением которых является надрезание повреждённого участка, его уборка (выщепление), расширение образовавшейся бреши, репаративная репликация (застройка) нового неповреждённого участка и сшивание (склеивание) концов в цепи ДНК.
Эксцизионная репарация базируется на механизме эксцизии (удаления) неверно спаренных или повреждённых оснований и синтезе новой правильной последовательности.
Рекомбинационная репарация восстанавливает нормальную цепь ДНК. Она происходит путём использования материала одной молекулы ДНК для восстановления повреждённого участка другой молекулы.
Все виды репарации повреждений ДНК действуют при помощи набора специфических ферментов, которые служат своеобразными фильтрами для отсева самых разнообразных информационных шумов, возникающих в структурах ДНК под действием внешних и внутренних мутагенов. Мутагены действуют не непосредственно на ДНК, а лишь «просеиваясь» через фильтры системы репарации.
Ферменты репарации вырабатываются на основе информации, поступающей от генетических структур, но их производство и распределение зависит от жизнедеятельности, от биологической работы организма в целом. Поэтому биологическая работа организмов оказывает косвенное влияние на мутагенез, и это влияние накапливается в череде поколений. И это только один из возможных каналов такого влияния.
Глава 25. Синтетическая теория эволюции в биологии как система
25.1. Особенности и постулаты синтетической теории эволюции
Описанная выше история создания синтетической теории эволюции показывает, что эта теория формировалась и совершенствовалась выдающимися представителями самых различных научных дисциплин на протяжении XX века, а её истоки восходят к достижениям последних десятилетий века девятнадцатого. Это фундаментальная теория, которая сама длительно эволюционировала на основе усилий учёных и в свете данных генетики, клеточной теории, молекулярной биологии, селекции, эмбриологии, биохимии и биофизики, экологии, палеонтологии и ряда других научных дисциплин биологического цикла, с включением знаний микрофизики, химии, кибернетики о поведении объектов неживой природы.
Синтетическая теория эволюции (СТЭ) представляет собой систему, являющуюся эталонной в современной биологии и выступающей как её мобилизационное ядро. Её представители называют себя современными неодарвинистами, представителями обновлённого современными знаниями дарвинизма, поскольку в неодарвинизме сохранилась исходная для дарвинизма идея биологической эволюции путём естественного отбора, которая была дополнена представлениями о механизмах естественного отбора генетически детерминированных признаков.
Вместе с тем первоосновой синтетический теории эволюции, её ядром является экспериментальная генетика и её теоретическая надстройка – генетика популяций, теория мутаций и рекомбинаций, хромосомная теория наследственности, теория синтеза белков на основе генетической информации нуклеиновых кислот.
Классический дарвинизм, как известно, сложился в XIX веке в условиях, когда в биологической науке не было ещё технических средств для получения фактов о природе наследственности. Поэтому гипотезы об этой природе строились на основе натурфилософских заключений. В науке господствовали представления о смешении наследственных признаков, заимствованных от отца и матери, по аналогии со смешением кофе с молоком, т. е. по принципу диффузии смешивающихся жидкостей.
Дарвин неоднократно заявлял о вопиющем незнании законов наследственности, господствовавшем в науке его времени. Натуралистам было доступно лишь изучение фенотипов, в котором они достигли колоссальных высот, следствием поднятия на которые и явилось развитие дарвинизма. Но о генотипах они не имели никакого понятия и не догадывались, естественно, об их существовании.
В XX веке генетика проделала очень длинный путь от переоткрытия законов Менделя, которые веку предшествующему остались неизвестными, и до создания генной инженерии. Открытие следовало за открытием, расширяя горизонты человеческого знания истоков жизни и приводя к осознанию наивности многих положений классического натурализма.
Расширение горизонтов человеческого знания приводило и к соответствующему изменению понятий об эволюции как субстанции, глубинной сути всякого бытия. Так было, так будет и впредь. Современная синтетическая теория биологической эволюции, т. е. основанная на синтезе вышеперечисленных ветвей биологической науки эталонная модель эволюции органического мира, отличается от классического дарвинизма рядом существенных особенностей. В качестве элементарного эволюционирующего сообщества в ней выделяется популяция, а не вид и не отдельная особь, как у Дарвина.
Это и понятно, поскольку центр тяжести эволюционного мышления перенесен с натуралистических представлений на генетические, а популяция, в отличие от вида, является сообществом спаривающихся особей, чем наследственный материал в различных комбинациях передаётся потомству. В основу изменчивости видов и особей эта теория закладывает соответственно устойчивое изменение популяционного генотипа.
К основным факторам эволюции, выделенным Дарвином (изменчивости, наследственности, естественному отбору) она добавляет ещё три фактора – мутации генетических структур, популяционные волны численности и изоляцию репродуцирующих сообществ. Кроме этих основных факторов выделяется ещё и определённое множество неосновных, второстепенных, дополнительных.
Создавая синтетическую теорию эволюции, её выдающиеся основатели развивали различные её аспекты, находясь в относительном отрыве друг от друга в разных странах и на разных континентах разорванной политическими конфликтами планеты. И хотя основные публикации по важнейшим вопросам генетики и базирующихся на ней эволюционных представлениях относительно быстро распространялись на разных языках в информационном континууме, СТЭ как система развивалась рывками, очень несистематически, путём увязывания достижений отдельных её представителей и обособленных друг от друга научных школ. Поэтому попытки её системного изложения делались главным образом в учебниках и трудах по истории науки, но не в фундаментальных научных произведениях инновационного характера.
Попытки создания таких обобщающих научных произведений тоже делались, разумеется, неоднократно, но они отражали лишь отдельные этапы формирования синтетической теории, которое растянулось почти на весь XX век и до сих пор некоторыми исследователями считает незавершённым. Однако в целом в относительно завершённом виде СТЭ сложилась в 70-е годы XX века. При этом по многим её уже устоявшимся положениям продолжаются бурные дискуссии.
