Логика Кунина
Несколько лет назад мы в лаборатории сделали довольно большое библиометрическое исследование — доступа к данным о цитированиях у нас не было, но зато мы посмотрели, кто из биоинформатиков пишет в соавторстве с кем и о чем. По разным случайным причинам его результаты так и осталась неопубликованными, но один из них я сейчас расскажу. Мы оценили все ключевые слова (MESH terms в базе данных PubMed) по тому, как меняется их употребление в каждом году по сравнению с предыдущим. Слово является «модным» (vogue), если частота его употребления устойчиво растет, или «винтажным» (vintage) — эта терминология была введена, чтобы никого не обижать (через пару предложений будет ясно, кого именно). Соответственно, можно классифицировать и авторов по тому, пишут ли они на модные или винтажные темы.
И вот оказалось, что среди «мировых экспертов» (так Евгений Кунин рекомендован на обложке его книги «Логика случая») — биоинформатиков с наибольшим числом цитирований, с самыми длинными списками статей и индексами Хирша — он является единственным винтажным автором (для коллег упомяну, что самые следящие за модой и, возможно, отчасти формирующие ее — Марк Герштейн и Пер Борк). Мне кажется, это очень важное наблюдение. Оно показывает, что даже в современной суетной биологии не обязательно гнаться за модой, бросаясь от эпигенетики к метагеномике и от нейронных сетей до сетей белковых взаимодействий, чтобы стать одним из самых влиятельных и уважаемых членов сообщества. Оно объясняет также, почему только Кунин мог написать такую книгу. Не знаю, признается ли он сам себе, но я уверен, что в глубине души он произносил классическую фразу: «А не замахнуться ли нам на Вильяма нашего Шекспира?» Ну, то есть на Чарльза нашего Дарвина и еще на полудюжину классиков от Фишера и Райта до Майра и Гулда.
Про содержание книги и про необычную историю ее перевода на русский язык уже рассказано в рецензиях Дениса Тулинова и Георгия Любарского, поэтому я попробую поговорить о том, чего мне не хватило, — о примечаниях переводчиков и научного редактора. Помимо пары мелочей, которые стоило бы поправить (см. Приложение к статье ниже), и упоминания новейших результатов (отчасти это делает сам автор в примечаниях к переводу) это дало бы возможность диалога — так, как это делается в журнале Biology Direct, одним из основателей которого является Кунин. В этом журнале решение о публикации принимает сам автор, и статью можно опубликовать даже при отрицательных отзывах рецензентов — но рецензии и ответы на них тоже будут опубликованы. Автор же решает, кому из членов редколлегии предложить написать рецензию, и Кунин, который часто публикует в Biology Direct свои статьи, выбирает таких рецензентов, что читать полемику бывает не менее поучительно, чем саму статью. Итак, desiderata.
Во многих местах, и даже в специальном приложении, Кунин пытается обсуждать биологическую эволюцию с физической точки зрения. При этом он совершенно пренебрегает лингвистическими аналогиями. Степень их глубины могла бы быть различна, но странно игнорировать то, что язык — это еще одна эволюционирующая информационная система, и многие проблемы в ее описании и изучении почти дословно совпадают с проблемами в исследовании эволюции генома. Навскидку: границы языка — что разные языки, а что диалекты (ср. определение вида); расхождение единого языка на группу родственных (происхождение романских языков из латыни является убедительным доводом в застольных беседах с креационистами, требующими «показать промежуточный вид между кошкой и собакой»); постепенная эволюция языка путем изменения частот слов и других явлений (ср. синтетическую теорию эволюции) и, наоборот, относительно быстрые перестройки систем языка, от фонологической до синтаксической (ср. теорию прерывистого равновесия); гибридизация и креольские языки, заимствования (не только слов, но и синтаксических конструкций) и горизонтальный перенос генов и оперонов вместе с регуляторами; реконструкция праязыков; сосуществование в языке различных кодов; противопоставление «язык и речь» (ср. геном и эпигеном или, возможно, генотип и фенотип); наконец, проблема проблем — происхождение языка и происхождение жизни (где какие-то этапы можно себе представить, но остаются колоссальные дыры, для объяснения которых Кунин прибегает к антропному принципу и теории множественных вселенных). Разумеется, есть важные различия и в самих системах, и в их понимании (скажем, мы, видимо, лучше понимаем системность языка, чем системность того, как функционирует геном); в лингвистике есть понятие «смысл», которое трудно себе представить в биологии, и т. п. — но, мне кажется, это было бы очень поучительно обсудить. Похоже, в биоинформатике, как и в математике, существует два способа думать: физический и лингвистический (сошлюсь на свои интервью с Ю. И. Маниным и В. А. Успенским, опубликованные в ТрВ-Наука, и на статью Ю. И. Манина «Языки математики или математика языков»).
В книге практически отсутствует обсуждение связи эволюции и развития — evo-devo — и вообще довольно мало говорится об эволюции регуляции. Разумеется, это связано с собственными научными интересами автора и еще с тем, что успехи биоинформатики в этой области невелики: немногое, что мы знаем про эволюцию регуляции у эукариот, в основном приходит из экспериментальных работ. Но замах-то был не на самообзор, а на «третий эволюционный синтез»! Можно думать, что именно быстрая эволюция регуляторных сетей, особенно работающих на ранних стадиях онтогенеза, приводит к резким изменениям морфологии, которые являются, в частности, основой традиционной таксономии. В этой связи — и в контексте обсуждения древа жизни — поучительно было бы обсудить, какой реальности соответствуют таксономические уровни. Ясно, что не степени различия последовательностей, но существуют ли они вообще? Формально — если спроецировать древо жизни на ось времени, будем ли мы наблюдать сгущения внутренних узлов? Если да, то соответствующие ветвления и определяют уровни семейства, отряда, класса и т. п. Похоже, что в ряде случаев дело обстоит именно таким образом: скажем, сложности в определении родства отрядов млекопитающих, связанные с малыми длинами ветвей у основания класса, доказывают реальность и класса, и отрядов. С другой стороны, если ветвления происходят равномерно по времени, то вся таксономия — в значительной степени условность, возникающая из произвольного выделения каких-то внутренних узлов как определяющих таксоны. Близкая тема, подробно рассмотренная в книге, но в другом контексте — сопоставление наборов генов. Существование большого количества генов, специфичных, скажем, для хордовых, доказывает разумность обособления их в таксон. Особенно поучительно было бы рассмотреть с этих точек зрения эволюцию бактерий, что должно быть близко автору.
Плодовые тела миксобактерии Myxococcus stipitatus (слева) и слизевика Dictyostelium discoideum (справа)
Говоря о моделях эволюции, было бы интересно коснуться полемики о существовании группового отбора, т. е. отбора, действующего на уровне не отдельных особей, а групп родственных особей. Эта теория призвана объяснить, в частности, возникновение альтруистического поведения, но можно ли обойтись без нее? Хорошей моделью является альтруистическое поведение одноклеточных, для которого есть несколько классических примеров. Отдельные клетки в голодающих колониях миксобактерий и слизевиков сползаются вместе и формируют плодовые тела (см. фотографии), после чего те, кто оказался в «шляпке», образуют споры и разлетаются в поисках лучшей жизни, а те, кто остался в ножке, погибают (кстати, миксобактерии — бактерии, а слизевики — эукариоты, то есть это еще и хороший пример конвергентной эволюции, тем более, что в обоих случаях сигнальной молекулой является цАМФ). Аналогично, у некоторых спорулирующих бацилл часть голодающей колонии совершает самоубийство, чтобы послужить питательной средой для другой части и дать им время уйти в споруляцию. В этом случае судьба клетки зависит от концентрации одного белка, которая сильно различается у генетически идентичных особей по случайным причинам (ср. обсуждение в книге роли шума в эволюции и сюжет про системы токсин — антитоксин — опять же, в несколько ином контексте). У других бактерий подобные механизмы регулируют образование биопленок, свечение, вирулентность, деградацию целлюлозы и т. п. Но у одноклеточных такое поведение легко объяснить на уровне отдельных генов в силу клонального происхождения колоний из одной предковой клетки (генетически идентичные особи, с точки зрения эгоистичного гена, все равно, что одна особь, на которую и действует отбор). До какой степени это переносится на уровень многоклеточных организмов — очень интересный вопрос.
В заключение надо сказать главное. Книга Кунина — обязательное чтение не только для биоинформатиков и эволюционистов, но, думаю, для всех биологов. Фактически в ней заявлена исследовательская программа, глубина которой сопоставима с классическими трудами. Даже те, кто хорошо знаком с работами Кунина и уже знает большую часть приводимых в книге фактов и соображений, найдут в ней массу поучительного — хотя бы даже в том, как эти соображения собраны в единую картину, в стиле письма и структуре текста. Те же, кто встретится с этим впервые, обнаружат новый способ думать о биологии, который несомненно скажется на их собственных исследованиях. Книга будет интересна и небиологам, потому что она показывает передовой край, frontier науки об эволюции.
1. Евгений Кунин. Логика случая. М.: Центрполиграф, 2014.
2. Денис Тулинов. Эволюция теории эволюции. ТрВ-Наука №149, 11.03.2014.
3. Георгий Любарский. Третий эволюционный синтез. Химия и жизнь №5, 2014, см. также Золото Дарвина: третий эволюционный синтез.
4. Юрий Манин: «Не мы выбираем математику своей профессией, а она нас выбирает». ТрВ-Наука №13, 30.09.2008.
5. В.А.Успенский: «Математика — это гуманитарная наука». ТрВ-Наука №146, 28.01.2014.
6. Юрий Манин. Языки математики или математика языков. ТрВ-Наука №30, 09.06.2009.
Кампус Национальных институтов здоровья США в Бетезде. На фоне здания Национальной медицинской библиотеки, в котором, в частности, располагается национальный центр биотехнологической информации (NCBI) — Юрий Вольф (сотрудник Е.К.), Евгений Кунин, Дэвид Липман (основатель и директор NCBI), Михаил Гельфанд и Кира Макарова (сотрудник Е.К.)