Возврат На Главную

Перейти В Раздел История, Религия, Наука

Перейти В Раздел Новая История

Перейти В Раздел Карта Сайта

Перейти В Раздел Новости Сайта

Перейти К Следующей Странице


 

Майкл Ле Пейдж, Колин Баррас, Ричард Уэбб, Кейт Дуглас и Кэрри Арнольд

ЭВОЛЮЦИЯ ЭВОЛЮЦИИ: 13 СПОСОБОВ ПЕРЕОСМЫСЛЕНИЯ НАТУРАЛИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

Источник: Michael Le Page, Colin Barras, Richard Webb, Kate Douglas and Carrie Arnold. Evolution is evolving: 13 ways we must rethink the theory of nature. NewScientist. 23 September 2020.
 

Теория эволюции эволюционирует. Дарвиновская триада – наследственность, изменчивость, отбор – уже не может объяснить имеющееся видовое разнообразие. Примерно так можно передать основное содержание этой публикации. Авторы статьи из New Scientist, являющиеся по убеждениям эволюционистами, задают давно назревшие вопросы – достаточно ли просто немного подкорректировать теорию эволюции с учетом новых знаний или же теория нуждается в серьезном переосмыслении? Предлагая перевод статьи русскоязычному читателю, хочется задать и свой вопрос: а не является ли эта работа еще одним свидетельством давно назревшей необходимости полностью пересмотреть научную парадигму, господствующую в биологии уже полторы сотни лет?

Павел Снеговой
 


 

Действительно ли существуют виды? Гены – это судьба? Выживают только наиболее приспособленные? Можем ли мы смоделировать или остановить эволюцию? Новые открытия в области познания природы дают новые ответы и новую картину сложности жизни

Наша современная концепция эволюции началась с Чарльза Дарвина и его идеи естественного отбора – «выживание наиболее приспособленных», идеи, объясняющей, почему одни особи преуспевают, а другие не способны продлить свой род. Затем пришла генетика, объяснившая основной механизм: изменения в организмах вызваны случайными мутациями генов. Теперь эта, казалось бы, устоявшаяся картина снова меняется, поскольку открытия в генетике, эпигенетике, биологии развития и других областях привносят новую сложность и новые смыслы в нашу ключевую натуралистическую теорию.
 

1. ГЕНЫ – ЭТО НЕ СУДЬБА

Принцип генетической пластичности

В 1990 году международная группа ученых приступила к осуществлению одного из самых амбициозных исследовательских проектов, когда-либо предпринимавшихся. Ученые должны были полностью секвенировать человеческий геном, определив последовательность 3,3 миллиарда пар нуклеотидов, кодирующих гены, создающие белки (из белков, как известно, состоит каждый из нас). Перспектива расшифровки «чертежей» человечества вызвала едва ли не ажиотаж. С учетом сложности нашего вида ожидалось, что наш геном будет содержать не менее 100.000 генов. Наконец-то должен был открыться секрет того, что делает нас людьми.

Но случилось неожиданное. Проект «Геном человека» имел оглушительный успех, его результаты были опубликованы в 2003-м, на два года раньше запланированного срока. Вопреки прогнозам выяснилось, что у людей всего около 22.000 генов, что приблизительно соответствует значению и для других млекопитающих. Между тем сам «чертеж» оказался зашифрован настолько надежно, что взломать этот шифр мы еще только пытаемся.

Для нас верно то же, что и для каждого биологического вида: наша ДНК, оставаясь неизменной, может реализовывать разные функции в зависимости от того, какая комбинация последовательностей активирована. Именно это, а не количество генов в геноме, определяет сложность жизни.

Чем больше мы узнаем о генетике, тем яснее становится, что «генетический детерминизм» – идея о том, что гены и только гены определяют нашу судьбу, – это миф. У любого имеющегося набора генов при различных воздействиях на них окружающей среды существует потенциал для создания множества новых, так называемых фенотипических, характеристик, то есть изменений внешних, видимых признаков. Песец меняет окрас шерсти в зависимости от времени года. Наличие хищников приводит к тому, что водяная блоха Daphnia longicephala в опасных условиях «отращивает» себе защитный «шлем» и шипы. И так далее.

Сила пластичности

Даже перемена социальной среды может вызвать сдвиг свойств или функций в организме. Например, когда у европейской бумажной осы (Polistes dominula) умирает царица колонии, самая старая рабочая особь превращается в новую царицу. Но реагирует не только она. Сейриан Самнер (Seirian Sumner) из Университетского колледжа Лондона и ее коллеги обнаружили, что смерть царицы приводит к временным изменениям в экспрессии генов у всех рабочих ос, словно они генетически борются за преемственность. По словам Самнер, «эта гибкость является ключом к выживанию колонии и вида».

Силу генетической пластичности можно увидеть у самой обычной североамериканской птицы – мексиканской чечевицы (Carpodacus mexicanus). За последние 50 лет она колонизировала восточную половину континента, расширив свою среду обитания от сосновых лесов у канадской границы до болот у Мексиканского залива. Уникальность процесса, лежащего в основе трансформации, в том, что в нем используется определенный исходный материал, из которого у чечевицы возникли новые черты, включая ряд расцветок и других физических и поведенческих особенностей, – говорит Дэвид Пфенниг (David Pfennig) из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. По словам ученого, надо «перестать думать об этом как о некой дилемме между генами или окружающей средой, ведь в реальности мы имеем дело с комбинацией того и другого».

Кэрри Арнольд
 

2. ЭВОЛЮЦИЯ ДЕМОНСТРИРУЕТ РАЗУМНОСТЬ*

Природная индукция (направленность)

Как жизнь на Земле эволюционировала в такое поразительное разнообразие красоты и сложности за 3,8 миллиарда лет с момента своего возникновения? Стандартный ответ заключается в том, что изобилие форм жизни возникло как результат огромного количества постоянно возникавших случайных мутаций генов, что позволяло естественному отбору «выбирать» сразу из нескольких вариантов (см. «Стандартная модель эволюции»).

Но некоторые исследователи предлагают радикальное смещение акцентов в этом сценарии. Они утверждают, что эволюция способна к «самообучению» и саморазвитию.

На это утверждение исследователей сподвигла информатика. Компьютеры могут имитировать интеллект, используя алгоритмы – итеративные правила, которые объединяют существующие знания со свежей информацией для получения новых результатов. Например, простой алгоритм, называемый байесовским обновлением, начинает тестирование со множества предположений и выбирает наиболее аутентичные по мере упорядочивания информации.

Так же и естественный отбор тестирует окружающей средой новые изменения в организмах в пользу наиболее удачных. Ричард Уотсон (Richard Watson) из Саутгемптонского университета в Великобритании решил изучить рабочие механизмы отбора для лучшего их понимания. С эволюционной точки зрения информация о прошлом передается родительскими генами, наследуемыми потомками определенных особей. Но недавнее открытие заключается в том, что гены не кодируют конкретные черты потомков. Они – лишь командные игроки, и их деятельность сама регулируется другими генами для создания сети связей. Естественный отбор благоприятствует связям, работающим наиболее эффективно. Это, по мнению Уотсона, очень похоже на то, как обучается наш мозг.

Мозг состоит из сетей нейронов, структура которых формируется в процессе обучения, поскольку чем больше связей используется, тем сильнее становится весь комплекс. Конечно, когда Уотсон и его коллеги построили компьютерную модель, учитывающую сетевую природу генов, они обнаружили, что она может развиваться в плане обучения и запоминания решений проблем с помощью всего лишь симулякра естественного отбора, закрепляющего самые удачные варианты.

Мозг не просто обучается определенным решениям конкретных проблем, но также делает обобщения для решений, с которыми никогда прежде не сталкивался. Распознавая сходство между новыми и прежними задачами, он затем придумывает нечто принципиально новое, комбинируя «строительные блоки» предыдущих решений. Это называется индуктивным обучением. Могут ли подобным образом и генные сети использовать принцип индукции?

Уотсон и его коллеги утверждают, что могут. По их мнению, разгадка кроется в энергии, требующейся для связи между генами, потому что для данной связи требуется синтезировать белки. Таким образом, в приоритетном положении оказываются генные сети с меньшим количеством соединений, менее связанные с другими подсетями. Эти строительные блоки можно комбинировать по-разному, чтобы найти решения проблем, диктуемых новыми ситуациями. Таким образом, простые процессы биологического развития образуют механизм индуктивного обучения, извлекающий уроки из прошлых успехов для повышения эффективности в будущем.

Эта концепция имеет далеко идущие последствия. Для начала это поможет объяснить, как эволюционируют целые экосистемы в сторону повышения адаптации, несмотря на то, что естественный отбор благоприятствует лишь отдельным адаптированным признакам, а не целым сообществам. Но представьте себе связи между организмами внутри экосистемы как аналог сети – ведь они тоже могут обучаться с помощью индукции. Именно это Уотсон и его коллега из Саутгемптона Дэниел Пауэр (Daniel Power) и продемонстрировали с помощью компьютерного моделирования. По словам Уотсона, «экосистему нельзя адаптировать с помощью естественного отбора, но ее можно адаптировать путем естественной (природной) индукции».

Возникает интригующий вопрос. Если естественная индукция – это не о выживании наиболее приспособленных, то о чем она? Уотсон предлагает следующий ответ: «Возможно, эволюция заключается не столько в получении превосходства над другими, а в неком сотворчестве в развитии». Это действительно радикальная идея.

Кейт Дуглас

_______________

* Примечание к переводу: Здесь и далее авторы статьи часто сталкиваются с затруднением, которое непреодолимо в рамках их парадигмы. Отмечая тупиковый путь неодарвиновской теории (в версии 2.0), авторы все же не готовы идти настолько далеко, чтобы признать наличие истинной «разумности» в природе, то есть признать действие искусственно созданных механизмов и программ трансформации организмов. Отсюда авторы вынуждены сообщать об обнаруживаемой ими разумности природы на уровне эвфемизмов и метафор. «Эволюция демонстрирует разумность» – это достаточно сильное заявление для эволюциониста, однако этот урок мы уже неоднократно проходили. Сторонник ТЭ, даже видя вопиющие ее дыры, вынужден постулировать сугубо натуралистические механизмы появления и проявления этой разумности. И здесь у адептов эволюции вечная беда – особенности мышления, присущие нашему человеческому разуму (планирование, предвидение, анализ действий контроль, и пр.), они проецируют на не обладающую этими качествами природу. Некие новации в организмах отдельных существ и целых популяций, происходящие по уже прописанной в них разумной программе, авторы пытаются представить в качестве интеллектуальных решений самой природы.

Эволюцию нельзя уподоблять компьютерной программе, поскольку алгоритмы последней создал человек, задавший программе ее «разумность». Индуктивное обучение эффективно только потому, что в роли наблюдателя выступает преподаватель, который контролирует результат, следит, чтобы ученики двигались в нужном направлении к правильным выводам, и по достижении результата объясняет теорию. И уж тем более ни животные, ни экосистемы не в состоянии что-либо анализировать или извлекать какие-то уроки из прошлых успехов. А все упоминаемые авторами адаптации, необъяснимые естественным отбором, совершаются именно в силу прописанных Разумным программистом команд на эту адаптацию.

Тем не менее чувствуется, что старые схемы настолько уже не устраивают авторов, что в своих рассуждениях им хочется шагнуть за край даже осторожных эвфемизмов и метафор. Так, Кейт Дуглас приводит обтекаемую, но еретическую для дарвиниста фразу Уотсона о ««co-creating knowledge». Если переводить дословно, то «co-creating» это «сотворение», «совместное творение», а «knowledge» – «знание», «осознание», «опыт».
 

3. ЭГОИСТИЧНЫЙ ГЕН, ПОДВИНЬСЯ

Культурно-групповой отбор

Эволюция традиционно имеет проблемы с «добрыми самаритянами». Если выживают только наиболее приспособленные особи, то те, кто добр к другим за счет себя, наверняка будут отсеяны. Тем не менее сотрудничество широко распространено в природе – от растений, которые предупреждают друг друга об опасности, и насекомых, которые живут в колониях и работают как единое целое, – до дельфинов, кооперирующихся для охоты на рыб.

Старая идея под названием «родственный отбор может кое-что объяснить» – если организмы имеют близкородственные ДНК, то они помогают друг другу в силу родственной «эгоистичности» генов. Пчелы, муравьи и осы имеют систему воспроизводства, называемую гаплодиплоидией, при которой члены колонии остаются настолько близкими, что действуют почти как единый суперорганизм. И среди любых видов, размножающихся половым путем, родительская забота помогает отдельным особям распространять свои гены.

Но родственный отбор не может объяснить, почему люди так хорошо относятся к незнакомцам. Одна из идей заключается в том, что мы стали сверхкооперированными потому, что со временем более сплоченные группы превзошли менее сплоченные. Но, как правило, генетических различий между группами недостаточно, чтобы естественный отбор мог благоприятствовать более кооперированным.

Некоторые исследователи считают, что решение лежит в идее под названием «культурно-групповой отбор». Забудьте об общих генах, – утверждают они, – отбор может благоприятствовать кооперированным группам, если люди внутри них обладают достаточной культурой. Идея спорная, потому что для ее реализации необходимо, чтобы группы оставались культурно обособленными. Как отмечают критики, люди склонны к миграции между группами, что должно унифицировать идеи и обычаи. Те, кто поддерживает концепцию, возражают, что у групп есть способы сохранить свою особую культуру, включая процесс, выраженный поговоркой «в чужой монастырь со своим уставом не ходят». Проще говоря, если кто-то мигрирует в новую культурную группу, его заставляют следовать местным правилам, и невыполнение этого условия приводит к наказанию.

Ранее в этом году Сара Мэтью (Sarah Mathew) и Карла Хэндли (Carla Handley) из Университета штата Аризона опубликовали новаторское полевое исследование с целью проверки этой идеи. Они выбрали 759 человек из четырех скотоводческих этнических групп в Кении – туркана, самбуру, рендилле и боран, которые активно соперничают за землю, воду и домашний скот. По оценкам этих ученых, генетические различия между людьми из разных групп обычно составляют менее 1 процента. Культурные обычаи и верования различаются гораздо больше – на 10–20%. Люди чаще всего сотрудничали с членами своей собственной группы, как это предсказывает культурно-групповой отбор группы, и в меньшей степени с членами других групп, чьи нормы даже весьма близко соответствовали их собственным. Это имеет смысл, если первична культура, а не генетика. «Я думаю, что это одна из наиболее точных проверок теории культурно-группового отбора», – говорит Мэтью.

Но не всех можно убедить. Макс Краснов (Max Krasnow) из Гарвардского университета не видит принципиальной невозможности этой идеи, но считает, что некоторые его исследования её опровергают. Он обнаружил, что люди не только соблюдают правила внутри своей группы, но и наказывают людей из других групп, которые не следуют нормам собственной группы. Мэтью считает, что принуждение даже чужих к соблюдению их собственных норм разумно в качестве превентивной меры воспитания для последующего включения этих чужих в вашу культурную группу. «Часто сообщества вырастали так до целых империй», – считает ученый.

Колин Баррас
 

4. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ – ЭТО БОЛЬШЕ, ЧЕМ ПРОСТО ГЕНЫ

Эпигенетические метки

Если гены, метафорически говоря, образуют слова в книге жизни, то эпигенетические метки являются пунктуацией.

Эти химические метки влияют на то, какие гены включены и выключены в организме. Они создаются в ответ на изменения условий в самой клетке или во внешней среде – таких как температура, стресс или диета. С момента своего открытия в 1950-х годах ученые думали, что все эпигенетические метки стираются до того, как гены передаются от родителей к потомству. Мрачный эпизод в истории человечества подсказал, что это может быть и не так.

В конце 1944 года в ответ на восстание голландцев против немецких оккупантов нацисты прекратили поставки в Нидерланды продовольствия и топлива. К моменту освобождения страны взрослые люди потребляли в среднем 580 калорий в день. Женщины, которые были беременны в это время, родили детей с уменьшенными показателями размера и веса. Удивительно, но у этих детей по мере их взросления у стал наблюдаться необычно высокий уровень ожирения, диабета и шизофрении. Как и у их собственных детей.

Это возможно лишь в том случае, если эпигенетические метки передаются из поколения в поколение. Метки, возникшие при нехватке еды, стали соотноситься с высокой частотой метаболических заболеваний во времена изобилия.

Последующие исследования на растениях и животных показали, что эпигенетическая наследственность встречается чаще, чем кто-либо ожидал. И что важно, по сравнению с генетической наследственностью у нее есть несколько серьезных преимуществ. Окружающая среда может быстро и резко меняться, но генетические мутации случайны, поэтому часто для их закрепления требуются целые поколения. Эпигенетические же метки, напротив, создаются за минуты или часы. А поскольку они возникают в результате изменения окружающей среды, они часто являются адаптивными и поэтому повышают выживаемость последующих поколений.

Возьмем гороховую тлю. Она способна к половому и бесполому размножению и имеет две разновидности – крылатая и бескрылая. Когда группа генетически идентичных гороховых тлей была подвергнута учеными перманентной атаке божьих коровок, доля крылатых тлей увеличилась с четверти до половины. Эта адаптация, которая помогала им спастись от хищных божьих коровок, сохранялась на протяжении 25 поколений. ДНК тли не мутировала, единственное изменение было эпигенетическим.

Эпигенетическая наследственность не всегда приносит пользу. Экспериментируя с нематодами, Мартин Линд (Martin Lind) из Уппсальского университета в Швеции и его коллеги обнаружили, что если стабильные условия окружающей среды изменяются, то в ряде случаев адаптации могут нанести вред последующим поколениям – как это случилось с потомками голландской «голодной зимы».

Высокая степень влияния эпигенетической наследственности часто оспаривается. Некоторые скептики указывают на то, что во время размножения млекопитающих при создании сперматозоидов и яйцеклеток эпигенетические маркеры стираются. Другие утверждают, что эпигенетическая передача из поколения в поколение чрезвычайно распространена и полезна. У растений, например, она может объяснять различия в размере плодов, времени цветения и любых других характеристик, повышающих выживаемость.

Кэрри Арнольд
 

5. ВИДЫ НА САМОМ ДЕЛЕ НЕ СУЩЕСТВУЮТ

Таксономическая анархия

На протяжении большей части истории у нас не было проблем с определением видов. Было общее согласие, что конечное число различных форм жизни существовало неизменными с момента сотворения, каждая из которых находилась в четко определенной ячейке: человек, муха, боярышник и так далее. В течение последних столетий, особенно после Дарвина, эволюционная теория дала более удовлетворительное объяснение возникновения видов. Тем не менее это усложнило определение критериев вида.

У этой проблемы есть несколько аспектов. Во-первых, если мы принимаем идею эволюции видов из других видов, то мы должны допустить, что вид-предок может постепенно превращаться в одного или нескольких потомков. Мы по-прежнему хотели бы разделить организмы на отдельные категории, но сделать это будет сложно, если виды «перетекают» друг в друга во времени. «Когда мы пришли к согласию в вопросе эволюции, она высветила в наших головах проблему критериев, которые мы используем для классификации», – говорит Франк Захос (Frank Zachos) из Венского музея естествознания в Австрии.

Для Джоди Хей (Jody Hey) из Университета Темпл в Филадельфии более важной проблемой является то, что при определении видов биологи часто ставят перед собой две цели; первая – это традиционное желание разделить природу на легко узнаваемые кластеры; вторая – объяснить возникновение этих видов с точки зрения эволюции. «У людей противоречивые мотивы по отношению к биологическим видам», – говорит он. Некоторые исследователи утверждают, что эти две цели никогда не могут быть достигнуты одновременно. За последующие десятилетия биологи придумали несколько десятков хитроумных способов определения видов.

Некоторые из них позволяют легко классифицировать организмы, с которыми мы сталкиваемся, например, по их внешнему виду, но эти способы мало говорят нам о самом эволюционном процессе (см. «Садистская кладистика»). Другие определения затрагивают суть возникновения видов, но их трудно использовать в реальном мире.

Гибридный клондайк

В принципе, прогресс в области генетического секвенирования мог бы помочь, указав, насколько генетически отличны разные группы организмов и как давно разошлись линии. Но секвенирование, возможно, лишь усугубило проблему, поскольку выяснилось, что скрещивание – точнее говоря, интрогрессия – между близкородственными «видами» является обычным явлением на всем древе жизни. «Кажется, что это правило, а не исключение», – считает Майкл Арнольд (Michael Arnold) из Университета Джорджии в Афинах. Действительно, свидетельство интрогрессии лежит прямо у нас под ногами: наши предки скрещивались с различными древними гомининами, которые могли в глазах некоторых сегодняшних исследователей считаться отдельными видами.

Другая проблема заключается в том, что классификация видов проводится не по внешним, фенотипическим, а по генетическим различиям, и это приводит к тому, что некоторые исследователи называют «таксономической анархией». Например, биолог может утверждать, что ранее признанный вид должен быть разделен на два или более «новых» вида, как это произошло, скажем, после генетического анализа африканского слона, результатом которого стало разделение его на два разных вида, обитающих в саванне и лесах.

Чтобы сделать процесс определения новых видов более строгим, в начале 2020 года Захос и другие биологи предложили составить первый единый авторитетный список существующих в мире видов. Само понятие «виды» останется ненадежной концепцией, но, по крайней мере, мы все могли бы договориться о том, где проводить границы.

Колин Баррас
 

6. СНАЧАЛА – АДАПТАЦИЯ, ПОТОМ – МУТАЦИЯ

Неоламаркистская адаптация

В 1880-х годах Август Вейсманн (August Weismann) занялся тем, что стал отрезать мышам хвосты. Он не был садистом, он просто хотел узнать, могут ли животные наследовать черты, приобретенные их родителями при жизни. В 1807 году французский биолог Жан-Батист Ламарк (Jean-Baptiste Lamarck) утверждал, что именно так образуются новые признаки. Например, длинная шея жирафа возникла в результате того, что поколение за поколением животные тянулись за пищей к более высоким ветвям. Но согласно неодарвиновской эволюции, организмы должны приобрести генетическую мутацию, прежде чем они смогут адаптироваться к новой среде. Например, чтобы выжить на суше, рыба сначала должна была развить способность получать кислород из воздуха.

Неудивительно, что эксперимент Вейсмана провалился: все потомки его изуродованных мышей рождались с нормальными хвостами. Но, безусловно, ученый просто опередил свое время. Сегодня есть свидетельства, в некотором роде подтверждающие «эволюцию по Ламарку». Возьмем, например, мексиканского лопатонога (Spea multiplicata). Это земноводное размножается в прудах, которые появляются после летних муссонов, и недавно вылупившиеся головастики обычно выживают, питаясь водорослями и бактериями. Однако если головастики оказываются в пруду, где водятся пресноводные рачки, они приспосабливаются к более питательной пище, развивая более крупные челюсти и более короткий пищеварительный тракт. По мнению Николаса Левиса (Nicholas Levis) из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, лопатоноги являются прекрасным примером эволюции, обусловленной пластичностью. «Это меняет наши представления об адаптивном процессе», – говорит он.

Такие пластические изменения происходят потому, что импульс им дает окружающая среда. Левис обнаружил, что у лопатоногих жаб это происходит посредством комплекса из 14-ти генов, способных варьировать признаки в интервале между двумя разными типами телосложения. Другие организмы могут достичь аналогичного результата с помощью эпигенетических меток, которые включают и выключают гены. Исследования Моргана Келли (Morgan Kelly) из Университета штата Луизиана показывают, что у восточных устриц в Мексиканском заливе есть популяции, которые благодаря эпигенетическим меткам могут выживать в водах с низкой соленостью.

Если окружающая среда остается неизменно благоприятной – с обилием креветок (в примере с головастиками) и низкой соленостью (в примере с устрицами), то последующие поколения будут продолжать воспроизводить те признаки, которые помогли им выжить. Но эти признаки каждый раз заново индуцируются окружающей средой, а не наследуются непосредственно от родителей, поэтому возникает вопрос – а как они могут повлиять на эволюцию? 

«Вы не можете развиваться, если вы мертвы», – говорит Келли. Пластичность может дать организмам драгоценное время для генетической адаптации. Вот как это может сработать. В среде, где выживание зависит от конкретной реакции организма, будут распространяться только мутации, которые усиливают эту реакцию или, по крайней мере, не подрывают ее, так что в конечном итоге пластическое изменение закрепляется в организме.

Мы не знаем, насколько широко распространена такая эволюция. Однако одно исследование показало, что если вы поместите рыбу на сушу, она научится «ходить». Надо признаться, речь шла о биширах (нильский многопёр) которые могут дышать воздухом и при необходимости выползать из воды. Тем не менее простое пребывание на суше улучшило их способности к «прогулкам», намекая на то, что эволюция, обусловленная пластичностью, может лежать в основе некоторых ключевых изменений в развитии жизни на Земле, таких как эволюция наземных животных.

Кэрри Арнольд
 

7. МЫ МОЖЕМ УПРАВЛЯТЬ СВОЕЙ СОБСТВЕННОЙ ЭВОЛЮЦИЕЙ

Обустройство ниши

Эволюция может быть «игрой в кости», но некоторые виды используют шулерские кубики. Они изменяют свою среду обитания и таким образом могут повысить свои шансы на выживание. Поступая так, они могут изменить ход своей собственной эволюции. Этот процесс называется обустройство ниши.

Птицы строят гнезда, термиты строят термитники, бобры строят плотины, бесчисленное множество других организмов создают свою среду обитания. Традиционно биологи считали обустройство ниши исключительно следствием естественного отбора. Однако этот аргумент не всегда работает. «Это не тот случай, когда гены для производства бетона распространились среди человеческих популяций, и именно это привело нас к созданию нашей городской среды», – говорит Кевин Лаланд (Kevin Laland) из Университета Сент-Эндрюса в Великобритании. Обустройство ниши не всегда является результатом эволюции, оно часто бывает ее причиной.

Классический пример – наш собственный вид. С изобретением сельского хозяйства люди не только резко изменили ландшафт, но и изменили свой рацион. Со временем в ответ начала меняться генетика человека. «Произошел отбор наших пищеварительных ферментов, позволивших нам перерабатывать углеводы и молочный белок», – говорит Лаланд.

По словам ученого, обустройство ниши не является нишевой деятельностью. Это происходит по всему древу жизни – у животных, растений и даже бактерий – и это может иметь для них ощутимые последствия. Обустройство ниши организмами может проходить таким образом, что давление действующего на них отбора будет преимущественно постоянным во времени и пространстве. Создавая условия для своего существования, эти организмы становятся активными участниками своей собственной эволюции.

Некоторые считают, что это преувеличение. «Обустройство ниши играет не очень большую роль в большинстве видов адаптации, если вообще играет», – говорит Грегори Рэй (Gregory Wray) из Университета Дьюка в Северной Каролине. Но, возможно, есть способ уладить этот спор. Если обустройство ниши широко распространено и многие виды манипулируют испытываемым давлением отбора, то эволюция в общих чертах должна привести к предсказуемым изменениям. «Традиционный биолог скажет, что вы не сможете предсказать общие закономерности эволюции, но некоторые из нас думают, что это возможно», – говорит Лаланд. И они планируют проверить эту идею. «Мы выясним, кто прав», – считает он.

Колин Баррас
 

8. ИЗМЕНЕНИЯ МОГУТ БЫТЬ БЫСТРЫМИ

Современная эволюция

Принято считать, что эволюция длится миллионы лет, и поэтому ее результаты незаметны в течение жизни одного поколения. По словам Майкла Киннисона (Michael Kinnison) из Университета штата Мэн, дело обстоит с точностью до наоборот. Он и другие исследователи показали, что организмы могут чрезвычайно быстро эволюционировать в ответ на изменения окружающей среды. Однако эволюция часто меняет направление, из-за чего на длительных отрезках времени она кажется медленной.

Ярким примером этого являются знаменитые вьюрки с Галапагосских островов, вдохновившие Чарльза Дарвина на размышления об эволюции. Один вид-основатель попал на острова около двух миллионов лет назад и дал начало по крайней мере 14 различным видам. Некоторые из них стали обладателями крупных клювов для питания большими семенами, а другие виды для иной пищи получили клювы сравнительно маленькие. Это и без того считалось быстрым результатом эволюции, но новые находки показывают, что вьюрки эволюционировали гораздо быстрее, чем предполагал Дарвин.

В 1977 году засуха уничтожила наземных вьюрков на одном из островов – Дафне Майор. Для еды были доступны только относительно крупные семена, поэтому птицы с более крупными клювами справлялись лучше, и за несколько поколений размер клюва увеличился примерно на 4%. Затем, во влажном 1983 году снова началось изобилие мелких семян – и за несколько лет уменьшился размер клюва. Вьюрки быстро эволюционировали, но, условно выражаясь, финишировали там же, где стартовали.

Точно так же могли появляться и исчезать новые виды вьюрков. В 1980-х годах с острова, расположенного в 100 километрах, на остров Дафне Майор попал самец кактусового вьюрка и скрестился с двумя местными самками наземных вьюрков. Потомство было плодовитым и в последующих поколениях скрещивалось только друг с другом. Такая генетическая изоляция, являющаяся ключом к созданию новых видов, когда-то считалась происходящей на протяжении сотен поколений, но здесь это произошло всего за три. Видообразование может быстро идти также и в обратном направлении. На соседнем острове Санта-Крус вьюрки разделились на птиц с большими и маленькими клювами. Но различие между этими видами начинает стираться. Большинство из них имеют клювы среднего размера, вероятно, потому, что люди кормят их рисом, поэтому вьюркам не нужен специализированный клюв.

Были задокументированы тысячи примеров быстрых изменений. Например, всего за полвека рыбка фундулюс в США приобрела новые свойства, чтобы справиться с загрязнением, во много раз превышающим обычную смертельную дозу. Сам Киннисон избегает термина «быстрая эволюция», потому что считает это нормой. Вместо этого он говорит о «современной» эволюции.

Майкл Ле Пейдж
 

9. ВЫЖИВАНИЕ... НАИБОЛЕЕ ВЕЗУЧИХ

Генетический дрейф

Великий зиккурат Ура – массивная ступенчатая пирамида – это один из лучших образцов городской архитектуры XXI века. XXI века до нашей эры, разумеется. Когда он был построен, большие города были еще довольно недавней новацией человечества. Соответственно городская среда – совершенно новым явлением в контексте жизни на Земле. Однако многие виды сейчас считают такую среду родной – но их комфортное существование, возможно, больше связано с «удачным обстоятельством», чем с реальной адаптацией.

Считается, что естественный отбор благоприятствует определенным генам – тем, которые делают организм наиболее приспособленным к конкретной среде. Но эволюция также может происходить через неадаптивный процесс, называемый генетическим дрейфом, при котором ген может стать доминирующим в популяции чисто случайно.

Генетический дрейф часто объясняется на примере с мешком, в котором находятся жетоны равного количества, но двух разных цветов – скажем, 20 зеленых и 20 желтых. Человек достает один жетон, отмечает его цвет и возвращает его в мешок, чтобы повторить процесс еще 39 раз. Эти результаты дадут второе «поколение» – то есть соотношение, в котором, скорее всего, жетонов одного цвета в сорока случаях будет извлечено немного больше, чем другого: например, 17 раз будут извлечены зеленые и 23 желтые. Повторение всего процесса с этой новой комбинацией в качестве отправной точки (17:23) даст третье «поколение», которое может содержать еще больший перевес в пользу желтых жетонов. В конце концов, экспериментатор может случайно создать комбинацию, содержащую все 40 желтых жетонов.

Этот монохроматический результат более вероятен в небольших популяциях: потребуется бесчисленное количество поколений для условных 1000 зеленых и 1000 желтых жетонов, чтобы «сдрейфовать» в популяцию из 2000 зеленых жетонов, но, возможно, пройдет всего несколько поколений для 10 зеленых и 10 желтых жетонов, чтобы стать популяцией из 20 зеленых жетонов. Такие последствия могут иметь и имеют место в природе, и это показывает, что популяция может просто случайно потерять свою генетическую изменчивость.

Биологи знали о генетическом дрейфе уже столетие, но в последние годы поняли, что он может быть особенно распространен в городских условиях, где дороги и здания имеют тенденцию к изоляции организмов в небольших популяциях. Проведенное в Нью-Йорке в 2016 году исследование белоногой мыши Peromyscus leucopus подтвердило эту идею. Джейсон Мунши-Саут (Jason Munshi-South) из Фордхэмского университета в Нью-Йорке и его коллеги обнаружили, что городская популяция этих мышей утратила половину своего генетического разнообразия по сравнению с сельской популяцией.

В 2019 году Линдси Майлз из Университета Торонто, штат Миссиссауга, Канада, и ее коллеги опубликовали обзор свидетельств примерно 160 исследований «городской эволюции» разных организмов – от млекопитающих и птиц до насекомых и растений. Почти две трети исследований сообщили о снижении генетического разнообразия по сравнению с сельскими аналогами, что привело исследователей к выводу, что генетический дрейф, вероятно, сыграл в этом свою роль. «Генетический дрейф определенно может стать важной движущей силой эволюции», – говорит Майлз.

Эти результаты достаточно важны, потому что если популяции не хватает генетического разнообразия для действия естественного отбора, то она теряет способность адаптироваться и процветать. Конечно, генетический дрейф не ограничивается городскими условиями, но учитывая, насколько ожидаем дальнейший рост урбанизации, угроза, которую она представляет для дикой природы, вызывает беспокойство. Это означает необходимость создания «зеленых коридоров», чтобы животные и растения малых популяций могли избегать полной изоляции.

Колин Баррас
 

10. ГЕНЫ ПЕРЕДАЮТСЯ НЕ ТОЛЬКО РОДИТЕЛЯМИ

Горизонтальный перенос генов

Крис Хиттингер (Chris Hittinger) из Университета Висконсин-Мэдисон изучает почкующиеся дрожжи – группу, которая включает Saccharomyces cerevisiae – любимый компонент для закваски у пивоваров и производителей хлеба. Это группа самых разнообразных организмов-эукариотов (то есть тех, клетки которых содержат ядро), и Хиттингер, изучая их в лаборатории, уже привык видеть не вполне обычные вещи. Однако несколько лет назад он увидел то, что действительно его удивило. «У некоторых из этих дрожжей было множество генов, которых просто не должно быть», – говорит Хиттингер. Гены использовались бактериями, чтобы синтезировать ферменты, захватывающие железо, и это выглядело так, будто бы их предок украл эти гены – что потом и подтвердилось.

Уже почти столетие микробиологи знают, что бактерии могут обмениваться генами друг с другом, приобретать вирусные гены при заражении вирусами и даже выхватывать свободно плавающую ДНК из окружающей среды. Этот процесс называется горизонтальным переносом генов. По мере того как секвенировалось все большее количество микробных геномов, ученые пришли к выводу, что горизонтальный перенос – весьма распространенное явление. Микробы не ждут пассивно, пока накопятся мутации, чтобы приспособиться к изменяющейся среде. Вместо этого они могут «захватывать» гены, с которыми сталкиваются, что дает естественному отбору гораздо большее разнообразие для работы. «Все они делятся генами друг с другом, и это действительно огромная сеть для переноса генов», – говорит Грегори Фурнье (Gregory Fournier) из Массачусетского технологического института.

Горизонтальный перенос генов чаще всего регистрируется у прокариот, одноклеточных микробов, у которых отсутствует ядро и поэтому физических барьеров, препятствующих включению ДНК в их геном, довольно мало. Но работа Хиттингера показывает, что некоторые эукариоты могут совершать заимствование даже у бактерий. «У дрожжей и бактерий принципиально разные способы превращения ДНК в белок, и это выглядит действительно очень странным явлением», – говорит он.

Раздача ДНК

Мелани Блокеш (Melanie Blokesch) из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне показала, что физический контакт и количество времени, которое два организма проводят рядом, являются ключевыми факторами, увеличивающими шансы передачи ДНК. Другие исследования показывают, что метаболические и функциональные гены, например, те, что помогают организму использовать новый источник пищи или выводить токсины вредного химического вещества, с наибольшей вероятностью не примут участия в этой «благотворительной акции по раздаче ДНК». Распространение генов устойчивости бактерий к антибиотикам показывает, насколько важно это явление для выживания микробов.

А как насчет более широкой роли горизонтального переноса генов в эволюции? «Вопрос в том, сколько [горизонтально перенесенной ДНК] сохраняется в течение длительных периодов времени и в конечном итоге становится материалом, который наследуется и передается будущим видам», – говорит Фурнье. Есть намеки, что ДНК может быть довольно много. Не только Хиттингер обнаруживает «неуместные» наборы ДНК. Другие обнаружили их у млекопитающих, а анализ всего генома человека показал, что по меньшей мере 8% нашей ДНК происходит от вирусов. По одной из оценок, до половины всей ДНК человека происходит от горизонтального переноса генов.

Кэрри Арнольд
 

11. НЕКОТОРЫЕ ЭВОЛЮЦИОНИРУЮТ ЛУЧШЕ

Эволюционируемость* как термин

У обезьян, не относящихся к человекообразным, не было шансов перед командой соперников – когда дело доходило до ходьбы на двух ногах, человекообразные обезьяны всегда побеждали. Наша ветвь генеалогического древа приматов имела все необходимое для развития длинных ног, а освобождение рук для других функций, таких как создание сложных инструментов, стало значительной адаптацией на пути к становлению человека. В этом отношении, обычные обезьяны просто неспособны эволюционировать в той же степени, как обезьяны человекообразные.**

Эволюционируемость представляется достаточно простой концепцией. «Это способность популяции адаптироваться и генерировать фенотипические [наблюдаемые] наследуемые вариации», – говорит Тобиас Уллер (Tobias Uller) из Лундского университета в Швеции. У некоторых организмов это получается лучше, чем у других, как и показывает эволюция двуногой локомоции у приматов. Ранние приматы – как и многие другие животные – имели четыре конечности примерно одинаковой длины, выполнявшие сходные функции. Все обезьяны сохраняют эту анатомию. Но в какой-то момент обезьяны освободились от этого ограничения и стали «генерировать» передние и задние конечности разной длины. Результат виден сегодня по самым разным формам тела человекообразных обезьян – от длинноруких гиббонов до длинноногих людей.

Не совсем ясно, что именно означает для группы способность эволюционировать. В течение двух десятилетий биологи обсуждают эволюционируемость, но до сих пор нет единого мнения, как именно использовать этот термин. Рэйчел Браун из Австралийского национального университета в Канберре выделила пять различных определений. Она обращает внимание на то, что популяция может считаться высокоэволюционирующей согласно одному определению, но не особенно эволюционирующей согласно другому.

По мере того, как климат становится более сухим, у некоторых растений вырастают более мелкие листья, теряющие меньше воды в результате испарения. «Изменяясь таким образом, они, возможно, демонстрируют форму эволюционируемости», – говорит Уллер. Растения не изменились генетически, но они нашли способ выжить в краткосрочной перспективе, выиграв время, в течение которого они могут накапливать генетические мутации, и таким образом приспосабливаясь для более засушливой жизни.

Другие биологи утверждают, что это вообще не эволюционируемость. Одна из них – Рэйчел Райт (Rachel Wright) из Смит-колледжа в штате Массачусетс. Она и ее коллеги недавно опубликовали исследование эволюционируемости рифообразующих кораллов перед лицом трех экологических проблем – повышением температуры моря, закислением океана и ростом инфекционных заболеваний. Они обнаружили, что кораллы с устойчивостью к одному из этих факторов стресса также могут хорошо справляться и с другими. Это показывает, говорят ученые, что кораллы имеют потенциал для быстрой адаптации в условиях изменения климата. «Если бы наблюдаемые нами реакции были вызваны совершенно негенетическими эффектами, я бы не стал рассматривать это эволюционируемость», – говорит Райт.

Концепция эволюционируемости ошибочна или слишком неопределенна, и Браун говорит, что биологам необходимо согласовать правильное определение, если они хотят использовать его эффективно. Это важно, потому что эволюционируемость лежит в основе некоторых крупных эволюционных вопросов – от потенциальных эффектов глобального потепления до эволюции бипедализма.

Колин Баррас

_______________

* Примечание к переводу: Эволюционируемость (в оригинале evolvability) – термин, который используется относительно редко, например, в значении «потенциал биологических систем для изменений в ходе эволюции» в книге «Логика случая» Евгения Кунина. Авторами приведенной статьи критикуется за неопределенность.

** Здесь опять в рассуждениях ученого проявляется превышающая все его новации привязанность к старой идеологии – идее происхождения человека от животного предка. И оставалась бы эта идея просто спорной, но то, что говорит автор, уже безусловно архаично (даже для его коллег), и уж безусловно тавтологично. Что сказал автор? Он сказал буквально следующее: «Это получилось потому, что так получилось». Наша ветвь имела все необходимое для развития длинных ног потому, что они у нас в итоге длинные. Всё это не объяснения и даже не описания имевшего место процесса, это рассуждения по кругу, где первична не логика, а идеология. К сожалению, авторы, как Икары, вдохновенно взмывают ввысь на крыльях познания, но оказывается, что во многих местах их крылья склеены дарвиновским просроченным воском.

О возможности адаптационных (и в целом эволюционных) механизмов создать такие признаки, как «новые обезьяньи ноги», будет сказано в примечании ниже.
 

12. К НЕКОТОРЫМ РЕШЕНИЯМ ЭВОЛЮЦИЯ ПРЕДРАСПОЛОЖЕНА

Эволюционные тенденции

В основе эволюции лежит случайный процесс: мутации в ДНК, приводящие к генетическим вариациям. Тем не менее, наблюдая за развитием событий, вы обнаружите, что некоторые результаты более вероятны, чем другие. Вместо того чтобы казаться бесцельной, как можно было бы ожидать от действительно случайного процесса, эволюция полна повторяющихся паттернов. Теперь мы знаем почему. «Вы находите некоторые решения многократно повторяющимися не потому, что они лучшие, а потому, что система развития [организмов] имеет тенденцию предлагать конкретные вариации», – говорит Тобиас Уллер из Лундского университета в Швеции.

Это называется эволюционными тенденциями, и их можно ясно наблюдать у домашних животных. У многих из них висячие уши и изогнутые хвосты, а также более короткие морды или иной окрас шерсти по сравнению с их дикими предками. Тем не менее эти характеристики не имеют очевидной связи с качествами, ради которых были выведены эти породы, такими как прирученность, молочная продуктивность и выход мяса. Тайна процесса одомашнивания была раскрыта, когда ученые сосредоточились на крошечном скоплении стволовых клеток в развивающемся эмбрионе. Эти «клетки нервного гребня» участвуют в развитии множества тканей, влияющих на такие признаки, как форма лица и ушей и цвет шерсти. Они также отвечают за развитие надпочечников, которые играют ключевую роль в формировании реакции «сражайся или беги», лежащей в основе приручения. Если вы отбираете животных для размножения по принципу миролюбия, вы в комплексе к этому качеству получаете также более короткий нос и изогнутый хвост.

Если отдельные признаки способны развиваться с большей легкостью, чем другие, то мы должны ожидать появления повторяющихся закономерностей в природе. Предрасположенность развития может быть причиной увлекательной эволюционной причуды, называемой «параллельным расхождением» – феноменом, при котором вид в одном месте диверсифицируется в несколько различных форм и, независимо от этого, такое же расхождение происходит в другом месте. Известный пример – цихлиды, обитающие в озерах Малави и Танганьика в Африке. Каждое озеро содержит много различных видов, которые демонстрируют поразительное сходство разнообразных форм тела с видами в другом озере, несмотря на то, что они теснее связаны с теми, кто живет в своем собственном озере. Эти формы тела являются следствием адаптации видов к определенным нишам или диетам, а изменения, вероятно, произошли в результате естественного отбора. Но новые формы, которые принимают рыбы, необязательно являются единственно возможными адаптивными решениями. Похоже, существуют некие особенности развития цихлид, которые делают отдельные типы телосложения более вероятными.

По словам Уллера, несмотря на протекание эволюции в определенных руслах, эволюционная предрасположенность по своей сути не является ограниченной и может способствовать вариации, которая с большей вероятностью принесет пользу организму и, следовательно, бо́льшую вероятность его выживания. Это могло бы помочь объяснить, почему цихлиды так разнообразны; впрочем, это похоже на всплески эволюции и среди всех видов организмов – от изученных Чарльзом Дарвином галапагосских вьюрков до австралийских сумчатых.

Кэрри Арнольд
 

13. МЫ СПОСОБНЫ ОСТАНОВИТЬ ЭВОЛЮЦИЮ

Антиэволюция

Эволюция происходила не только в прошлом. Она происходит прямо сейчас, и часто очень для нас драматично. Вот почему исследователи изучают способы замедлить, остановить или даже обратить вспять нежелательную эволюцию или превзойти ее.

Возможно, самая большая угроза, которую представляет для нас эволюция, – это рост количества устойчивых к антибиотикам супербактерий, ежегодно только в США убивающих 35.000 человек. Эволюция также способствует повышению частоты заболеваний раком, от которого многие из нас в конечном итоге пострадают. Также виновна эволюция в появлении устойчивых к пестицидам насекомых (которые распространяют такие болезни, как малярия), невосприимчивых к ядам «суперкрыс» и не реагирующих на гербициды сорняков.

Некоторые решения этих проблем низкотехнологичны. Например, компании, продающие семена сельскохозяйственных культур, которые генетически модифицированы для выработки инсектицида под названием Bt, часто смешивают с семенами немодифицированных сортов. Если фермеры выращивают только Bt-производящие культуры, то выживут только Bt-устойчивые вредители. Использование смеси позволяет некоторым восприимчивым к Bt вредителям выживать и спариваться с другими, замедляя эволюцию устойчивых разновидностей.

Победа в гонке вооружений

Противоположная стратегия состоит в том, чтобы атаковать организмы по многим позициям, так что у них не остается шансов развить устойчивость. Это уже спасло жизни миллионов людей, инфицированных ВИЧ. И если в организме людей, принимающих только один противовирусный препарат, вирус быстро развивает резистентность, то при комбинированной терапии вирус подавляется. Ли Кронин (Lee Cronin) из Эдинбургского университета в Великобритании также считает, что комбинированная терапия помогает бороться с устойчивостью к антибиотикам. Его команда создает роботизированную систему для генерации и тестирования необходимых для этого новых лекарств. Часть подхода состоит в том, чтобы предсказать, как будут развиваться супербактерии, чтобы нам оставаться лидерами в «гонке вооружений».

Другие создают «антиэволюционное» супероружие. Чтобы обратить вспять устойчивость к антибиотикам, они берут вирусы, атакующие бактерии, и оснащают их системой редактирования генов CRISPR. Систему CRISPR можно запрограммировать на удаление генов, придающих устойчивость к антибиотикам, что снова делает бактерии уязвимыми. Среди групп, работающих над таким подходом, есть израильская компания «Trobix Bio». Она разработала таблетку под кодовым названием TBX101, предназначенную для борьбы с кишечными бактериями, устойчивыми к группе антибиотиков, называемых карбапенемами. Эти бактерии могут вызывать смертельные внутрибольничные инфекции.

Тем временем Джеффри Баррик (Jeffrey Barrick) из Техасского университета в Остине пытается разрушить сам процесс генетической мутации. Он настраивает белки, которые реплицируются ДНК бактерий кишечной палочки (Е. coli) так, чтобы они делали меньше ошибок при копировании генетического кода. Это означает меньшее количество мутаций и более медленную эволюцию. По иронии судьбы, Баррик достиг этого, используя метод разработки желательных вариантов белка, называемый «управляемой эволюцией». Эволюция развивается – и не только за счет собственных средств.

Майкл Ле Пейдж
 

Стандартная модель эволюции

Представления ХХ века об эволюции покоились на трех столпах: изменчивости, наследственности и отборе. В «современном синтезе», сочетающем теорию Дарвина с генетикой, изменчивость возникает в форме генетических мутаций. Последовательности ДНК изменяются случайным образом в результате действия внешних сил, таких как радиация, и внутренних, таких как повреждение ДНК или РНК, вызванное высокореактивными молекулами, называемыми свободными радикалами. Большинство этих изменений являются либо нейтральными, либо пагубными для жизни, однако некоторые из них приводят к адаптациям, на которых строится эволюция.

Мутации могут происходить в любой клетке, но только в зародышевых клетках, таких как яйцеклетки и сперматозоиды, они передаются из поколения в поколение, что позволяет произвести генетически отличающихся особей – это основа наследования. Одной из величайших догадок Чарльза Дарвина было осознание того, что организмы оставляют разнообразных потомков, не все из которых выживают для размножения. По его мнению, естественный отбор отсеивает тех, кто менее приспособлен к их среде обитания, в то время как более приспособленные особи выживают и передают свои черты своему потомству. Таким образом, изменчивость, наследственность и отбор приводят к эволюции, позволяя живущим приспосабливаться и формировать новые виды по мере изменения условий.

Сегодня эволюция остается одной из самых мощных научных идей, но, как и все хорошие идеи, она развивается. Многие из новых концепций возникают в результате более глубокого понимания ранее известных механизмов и осознания того, что организмы играют активную роль в своей собственной эволюции. Принимая основополагающие биологические принципы, многие люди рассматривают эту модель эволюции – так называемый «расширенный синтез» – как пока разрозненный список специфических примеров. «Развитие науки выявило проблему, но не синтез», – говорит Ричард Уотсон (Richard Watson) из Саутгемптонского университета в Великобритании.

Но в прошлом году Уотсон и его коллега Кристоф Тайс (Christoph Thies) опубликовали статью, в которой утверждается, что эволюционный прогресс на Земле – от первых одноклеточных организмов до сложной биологической организации, которую мы наблюдаем сегодня – не мог бы произойти без дополнительных механизмов «расширенного синтеза». «Короче говоря, – заключают они, – дополнительные механизмы, это «клей», который делает из склеенного нечто больше, чем просто сумму осколков».

Кейт Дуглас
 

Садистская кладистика

Когда-то классифицировать природу было очень просто. Образованные, чаще всего бородатые люди путешествовали по миру, собирая образцы, и на основе совпадающих признаков распределяли их по подходящим группам, чтобы создать ветвящуюся иерархию царств, типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов.

Все это начало меняться в 1950-х годах и, как результат, изменило наше представление о результатах эволюции. Кладистика, разработанная немецким энтомологом Вилли Хеннигом (Willi Hennig), представляет собой более систематический способ анализа взаимоотношений между организмами на основе не только общих черт, но и общего генетического происхождения. Поскольку наши инструменты для проведения «филогенетического» анализа стали более мощными, кладистика нашла лазейку при помощи всем нам знакомых и любимых таксономических классификаций.

В кладистике золотой стандарт для группы, или «клады» – быть монофилетическим, то есть все виды в кладе должны иметь одного общего предка. Несколько хуже, если группа оказывается парафилетической, то есть все виды в ней имеют общего предка, но есть виды вне этой группы, которые также имеют того же общего предка. И в два раза хуже, если группа полифилетическая, то есть ее члены имеют более одного общего предка.

Известным пострадавшим от кладистического анализа является класс Reptilia. Общий предок всех чешуйчатых, холоднокровных рептилий – крокодилов, ящериц, змей, черепах, динозавров и им подобных – также дал начало теплокровным, покрытым мехом и перьями млекопитающим и птицам, но в разных точках. Итак, рептилии кладистически парафилетичны. Чтобы быть таксономически корректным, вы должны относиться к птицам, млекопитающим и рептилиям вместе как к «амниотам», или же принять, что птицы – это рептилии, поскольку все члены обеих групп имеют общего предка – и у вас все будет корректно. Однако, как ни странно, и птицы (Aves), и млекопитающие (Mammalia) являются истинными, монофилетическими кладами, каждая из которых имеет отдельного общего предка.

Кладистика также создает проблемы для самой большой группы позвоночных на планете – костистых рыб. Традиционно их ставили в класс Osteichthyes. Но учитывая, что тетраподы – наземные позвоночные – произошли от рыбы, которая «научилась ходить», кладистика классифицировала бы всех млекопитающих, птиц, амфибий и рептилий, включая динозавров, в качестве… рыб. (Да, это и вас, читатель, тоже делает рыбой). В современной таксономии проблема решается путем переопределения Osteichthyes как «суперкласса», состоящего из четвероногих и лопастеперых рыб, имеющих общего предка. Лучеперые рыбы, которые являются большей частью того, что мы считаем рыбами, выделяются в свой собственный удовлетворительно монофилетический класс, Actinopterygii.

Запутанные клады

Но морские систематики отмечают – кораллы, ракообразные, медузы и губки официально тоже не существуют, потому что все они парафилетичны. На самом деле, филогенетически говоря, беспозвоночные, вообще-то, тоже не существуют; если бы они существовали, то должны были бы включать также и всех позвоночных. В частности, вы можете с удовольствием узнать, что осы не существуют. Они парафилетичны, имеют общего предка с муравьями, которых насчитывается более 10.000 видов. Ночных бабочек также нет, и по той же причине. Но у всех дневных бабочек есть общий предок, поэтому мы можем их великодушно оставить в списке существующих. А черви, когда-то неправильно идентифицированные как пресмыкающиеся, представляют собой целый клубок длинных, тонких существ, принадлежащих уже множеству различных клад.

Ричард Уэбб

_______________

* Примечание к переводу: Итак, уважаемые авторы статьи в NewScientist поделились с миром (и нами) своими сомнениями в отношении ряда прежних механизмов эволюции, а также предложили некоторые новые подходы в преодолении кризиса.

Чтобы решить проблему, нужно для начала признать ее наличие. Это хорошо. Вместе с тем, решение всех трудностей авторы видят лишь в рамках старой натуралистической парадигмы а ля «оно всё само». Это хуже. Между тем статья настоятельно рекомендуется к прочтению всем интересующимся темой.

Что же касается таких новых бурно развивающихся дисциплин, как эпигенетика, то дела обстоят следующим образом.

Дарвинизм как концепция настолько пластичен и расплывчат, что до недавнего времени легко включал в себя новые открытия в области биологии на правах своих дополнений или частных гипотез. Тем не менее на эпигенетике он впервые серьезно споткнулся. Первая эйфория и попытки объявить новую дисциплину частью дарвинизма были недолгими и привели к тому, что большая часть неодарвинистов от эпигенетики отшатнулась, часть стала голословно упорствовать в том, что ничего страшного не произошло, а часть исследователей – вроде авторов вышеприведенной статьи – честно признала проблему и задумалась о возможности преодоления трудностей, поставленных эпигенетикой перед неодарвинизмом.

Между тем никакого синтеза эпигенетики и неодарвинизма быть не может. Это концепции несочетаемые и взаимоисключающие.

Неодарвинизм объясняет разнообразие жизни на земле мутациями и естественным отбором, рассматривая ген как главный элемент управления внешней экспрессии в клетке и во всём организме. Принцип ген-центризма лежит в самом основании неодарвинизма, так же как принцип случайности (ненаправленности, незаданности вектора) эволюции, а также ее, эволюции, необратимости. Однако эпигенетика опрокидывает всех этих трех китов неодарвинизма. Одна мысль о том, что окружающая среда сама периодически «командует» генами, является для эволюционистов настоящим кошмаром. Они уже не могут, как прежде, громить и клеймить своих оппонентов, поскольку факты говорят за себя сами. Неодарвинизм постулирует жесткую связь между изменениями фенотипа и генотипа, а эпигенетика демонстрирует, что в реальности такая связь отсутствует. Она делает неодарвинизм просто ненужным. Если прежде какой-нибудь палеонтолог показывал нам изменения формы плавника у двух видов рыб в качестве неопровержимого доказательства эволюции, то эпигенетика отправляет на свалку все так называемые морфологические и сравнительные доказательства эволюции. Слова Дробышевского: «Смотрите, эти два черепа похожи», или Маркова: «У меня все полки забиты переходными формами морских ежей» – это уже не аргументы.

Еще более сурово эпигенетика расправляется с принципом случайности эволюционных процессов. Сами эволюционисты давно говорили, что если бы удалось доказать изначальную заданность тех или иных изменений в организме, то неодарвинизм в ту же секунду был бы опровергнут. Однако сегодня известно, что «превентивная» генетическая информация уже прописана в ДНК (даже у самых ранних палеозойских организмов) и ждёт подходящего момента, чтобы включиться или выключиться, трансформируя организм определенным образом под определенные средовые условия. Мысль о том, что информация в геноме, которая может понадобиться организму через тысячи поколений, была создана на ранних стадиях эволюции случайными мутациями, не допускают даже дарвинисты. Все новые признаки являются не приобретенными, а лишь по необходимости «включенными» – и это уже Разумный замысел в чистом виде.

То, что появление новых признаков заранее запрограммировано, опровергает случайность эволюционных процессов, а откат организмов к начальному состоянию опровергает необратимость эволюции.

Между тем, по представлениям сторонников Разумного замысла, эпигенетика хоть и опровергает неодарвинизм, но не является ему альтернативой и неодарвинистские фантазии не заменяет. Эпигенетические процессы так же не могут быть привлечены для объяснения появления крупных прогрессивных изменений и быть механизмом натуралистической эволюции. Эпигенетика – еще раз – только опровергает неодарвинизм, но на крупные морфофункциональные перестройки неспособна. Слишком значительно уклоняющиеся морфозы не бывают адаптивны, поэтому сальтационное происхождение более высоких таксонов – невозможное событие (Гродницкий Д., «Две теории биологической эволюции», 2002). Таким образом, надежды авторов статьи на то, что условные обезьяньи ноги могли превратиться в ноги человека (см. главу 11) и пр. – не обоснованы ни в каких натуралистических рамках, ни дарвиновских, ни эпигенетических. Такие «изменения», как происхождение человека, его разума, речи, искусства и пр. – имеют своей причиной совсем другой Источник.

Тем не менее, можно поблагодарить авторов за их громкое заявление о проблемах неодарвинизма.
 

Перевод: Павел Снеговой

Примеч. ред.: Статья предлагается для ознакомления, не для коммерческого использования.
 



 

Российский триколор © 2021 А. Милюков. Revised: марта 20, 2021


Возврат На Предыдущую страницу  Возврат На Главную  В Начало Страницы 


 

Рейтинг@Mail.ru