Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Некоторые биологи пытаются вписать эти новые знания в традиционное эволюционное мышление. Другие же, включая меня, уверены, что нам потребуется более радикальный подход. Мы не отрицаем роли генетического наследования и естественного отбора, однако считаем, что нам следует взглянуть на эволюцию совершенно иначе. Настало время для эволюции самой эволюционной теории.

Современную базу для понимания эволюции заложили лишь в 1940-х годах, и она была сопряжена с интеграцией новых знаний об эволюционных процессах и биологическом наследовании. Этот так называемый современный синтез лежит в основе общего понимания эволюции (см. главу 3). В соответствии с этой теорией, эволюция признаков организма (фенотипа) сводится к случайной генетической мутации, генетическому наследованию и отбору тех вариантов генов, которые смогут передать признаки, наиболее приспособленные к окружающей среде.

Современный синтез послужил нам на благо: эволюционная биология развивается и процветает. Но открытия последних десятилетий обнажают изъяны целого ряда основополагающих идей.

Не геном единым

Возьмем, к примеру, утверждение о том, что наследственность происходит только через гены. В классическом эксперименте XIX века немецкий биолог Август Вейсман удалял хвосты целым поколениям мышей, которые рождались от особей с ампутированными хвостами, и в итоге не обнаружил никакого укорочения хвостов. Это натолкнуло его на мысль, что единственными изменениями, передающимися следующему поколению, служат генетические мутации в зародышевой линии (сперма и яйцеклетка). Но недавние эксперименты предлагают куда более сложное объяснение.

Теперь мы знаем, что родители передают потомкам не только гены. Сюда относятся и компоненты яйца, гормоны, симбионты (микроорганизмы, живущие внутри тела), эпигенетические метки (соединения, которые связываются с ДНК и включают/выключают гены), антитела, экологические ресурсы и накопленные знания. По крайней мере, некоторые из этих составляющих могут приводить к стабильному наследованию фенотипов. Например, весьма популярна передача эпигенетических меток между поколениями. А у растений именно она объясняет разницу в размерах плодов, времени цветения и многих других признаках. Эпигенетические изменения обусловлены изменениями состояния внутри клеток или внешней среды (температура, стресс или рацион) и в отличие от случайных мутаций часто являются адаптивными. Кроме того, многие животные наследуют знания от своих родителей. Культурное наследование встречается у сотен видов, причем не только у людей или позвоночных, но и у беспозвоночных (пчелы, сверчки), создавая сходство даже между неродственными особями.

Эти и многие другие открытия подводят нас к тому, что наш акцент на генетических мутациях показывает лишь одну сторону адаптивной эволюции, причем самую медленную. Более широкие взгляды допускают возможность существования и других способов создания наследственного разнообразия, что также подрывает концепцию Вейсмана о явном разделении развития и наследственности. Пришло время отказаться от идеи о том, что наследуемые гены являются схемой для создания наших тел. Генетическая информация – это лишь один из факторов, влияющих на развитие особи.

И это еще не все. Теперь мы знаем, что в зависимости от среды развития организма определенный набор генов может создавать различные фенотипы. Данная способность называется пластичностью развития. Ранее ее считали «шумом» или «регулировкой», однако недавние исследования показали, что она может играть куда более важную роль в процессе эволюции (см. главу 8). Наряду со способностью специфически реагировать на особые условия, организмы развили в себе способность гибко реагировать на все, что на них воздействует. Такая адаптивность является результатом дарвиновской эволюции, происходящей внутри организмов. Как будто в ходе своего развития каждый организм продолжает эволюционировать, создавая новые разновидности и отбирая наиболее благоприятные варианты. Это позволяет различным системам организма (поведенческой (через обучение), нервной и иммунной) адаптироваться к любой среде, в которой оказывается особь.

Гибкий фенотип

Гибкий фенотип отвечает за выживание особей в краткосрочной перспективе и способен запускать эволюционные механизмы с последующим генетическим изменением. В подтверждение данной идеи было проведено несколько экспериментов, которые показали, что под воздействием новой среды организмы развивают признаки, характерные для уже адаптировавшихся к этой среде близкородственных видов.

Например, морские колюшки с бентическим (придонном) или озерным (среднеглубинном) способом питания становятся похожими на популяции, приспособленные к жизни в соответствующей среде. Это говорит о том, что адаптация способна возникать в качестве мгновенной реакции на окружающую среду, а естественный отбор продолжит благоприятствовать таким особям, закрепляя полезные свойства посредством генетической эволюции.

Существуют экспериментальные данные о том, что формы насекомых, рыб и земноводных, образованные под влиянием окружающей среды, способны развивать репродуктивную изоляцию. Это означает, что со временем такие особи не смогут скрещиваться с другими представителями своего вида – это ключевой шаг к видообразованию. Таким образом, пластичность развития играет решающую роль не только в процессе адаптации, но и при видообразовании.

Особенности развития также подрывают ортодоксальные представления о факторах, влияющих на направление эволюции. Современный синтез ставит естественный отбор во главе развития, рассматривая его как единственное объяснение адаптации. Биологи-эволюционисты склонны верить в беспристрастность эволюции, ведь считается, что генетическая мутация происходит совершенно случайно. Однако поводом усомниться в правильности данной идеи служит «искажение развития» – тот факт, что некоторые признаки развиваются легче остальных. Тем самым повышается заманчивая вероятность того, что разнообразие жизни обусловлено не только выживанием сильнейших, но и появлением наиболее встречающихся признаков.

Искажение развития проливает свет на ряд удивительных особенностей эволюции. Рассмотрим параллельную радиацию, при которой вид, населяющий определенную местность, расщепляется на несколько форм. Параллельно с этим происходит идентичное и независимое расщепление того же вида в других средовых областях. Известный пример – цихлиды из африканских озер Малави и Танганьики. По форме тела многие цихлиды Малави больше похожи на цихлид из Танганьики, несмотря на близкое родство с обитателями своего озера. Форма тела является адаптивным признаком, поэтому, безусловно, здесь не обошлось без естественного отбора. Однако те формы, которые мы видим, – не всегда единственные из возможных адаптивных решений. Все это указывает на существование неких особенностей развития цихлид, которые повышают вероятность появления той или иной формы. Искажение развития позволяет объяснить причины видового разнообразия цихлид и других групп организмов. Возможно, все дело в том, что они хорошо преуспели в создании новых вариантов, способных воспользоваться определенными экологическими возможностями.

Такая творческая ипостась развития контрастирует с традиционной ролью ограничителя адаптации. Ограничения объясняют причину отсутствия эволюции или адаптации – малая заинтересованность. Многие биологи-эволюционисты сомневаются в правильности подобного мышления. Возможно, искажение развития не просто ограничивает доступные формы для отбора, а задает направление эволюции, создавая некую колею, по которой будет курсировать двигатель отбора.