Артем Кондюков

Здравствуйте, уважаемый Чарльз Дарвин. Прошло более 150 лет с момента опубликования вашего «Происхождение видов». Сразу хочется отметить, что те трудности теории, которые Вы описывали в своей книге во многом решены и, в целом, Ваша теория оказалась принята большей частью научного сообщества, однако, стоит заметить, что идеи, которые Вы описываете во многом контр-интуитивны и очень многие люди и по сей день относятся к теории эволюции скептически или агрессивно ее отвергая. Их можно понять, поскольку гораздо приятнее верить в свое происхождение от чего-либо высшего, Бога или Творца, нежели от чего-то низшего, просто устроенного. Однако нас это не должно волновать. Что действительно важно – Ваша теория, благодаря работе десятков величайших умов всего мира обрела множество доказательств и расширений, что в сумме привело к переосмыслению оной и возможности использования ее для объяснения любых фактов, встречающихся в мире Живого.

Мне хочется показать, как выглядит XIV глава Вашего труда с позиции современных представлений о сущности живого, однако для этого необходимо вкратце рассказать о достижениях науки, начиная с конца XIX века. Во-первых, было показано, что генетическая информации закодирована в нуклеиновых кислотах – ДНК, если мы говорим о большинстве животных и РНК, если мы говорим об особых существах, не видимых под микроскопом, называемых вирусами (к ним мы вернемся позже).Также со временем стало известно, что все функции внутри клетки выполняются за счет белков. Не вдаваясь в подробности можно сказать, что существует почти однозначное соответствие между ДНК и белками, таким образом, изменение структуры ДНК в каком-то месте приводит к изменению структуры какого-то белка. К слову, с 1859 года успелось ввести термин «ген», означающий участок ДНК, соответствующий одному белку, и отказаться от него по причине того, что реальность всегда оказывается сложнее, чем мы предполагаем. Однако это не важно, а важно то, что информация о белках в каждой клетке одинакова и хранится в двух копиях. А также то, что способ кодирования один для всех безъядерных существ – прокариот, пластид и митохондрий, немного отличающийся для эукариотических существ и еще немного другой для сильно уклонившейся во многих отношениях группы инфузорий. Это несомненно сильный аргумент в пользу общности происхождения всего живого. Более того, это еще и говорит о самых ранних этапах эволюции – полагается, что одни прокариоты были поглощены другими, без переваривания, далее большие оградили свой генетический материал и дали начало многочисленным группам живых существ, в том числе и нам с Вами.

Собственно, в настоящее время теория эволюции является синтетической, поскольку Ваша теория была объединена с трудами Менделя, показавшего принципиальную возможность дискретизации признаков; школы Томаса Моргана, установившей функции и положения на общей генетической карте многих дискретных единиц – генов; трудами Роналда Фишера, связанными с количественным выражением процессов внутри популяции. Основная идея заключается в том, что единицей эволюционного процесса является популяция, внутри которой могут возникать мутации, а так же сочетания имеющихся участков генетического материала; вид возникает тогда, когда появляется репродуктивная изоляция популяций, которая не обязана быть географической. Несмотря на то, что благодаря естественному отбору преимущество получают те особи, что имеют оптимальное сочетание вариантов генов (аллелей), существуют такие явления как сцепление генов и дрейф генов, которые могут вносить серьезные изменения в эти процессы и в итоге мы можем видеть некоторые эволюционно закрепленные признаки, не имеющие адаптивного значения. Таким образом, редукция и последующее (почти) полное исчезновение какого-либо органа может быть объяснено следующим образом: некоторый орган перестает быть необходимым в новых условиях, далее статистически накапливаются мутации в геноме: вероятность возникновения мутации в любой точке ДНК одинакова, однако мутация в месте жизненно важного гена приведет к тому, что организм погибнет, не оставив потомства и выведя свой материал из дальнейших эволюционных процессов; мутация же в генах, скажем, рецепторов фактора роста (молекулы, связывающие циркулирующие в крови другие молекулы и включающие клеточный ответ, например, деление) на клетках этого органа совершенно не снижает приспособленности организма, а, возможно, несколько ее увеличивает за счет экономии ресурсов (хотя в очень многих ситуациях организменные системы устроены очень не экономично – стоит сказать, что большую часть нашей генетической информации занимает свалка разлагающихся вирусов). В итоге в какой-то момент на клетках эмбриона, соответствующих месту закладки того самого органа перестают вырабатываться рецепторы и орган попросту не развивается. Схожая ситуация и с неотенией – переходом к размножению стадии, которая обычно не была половозрелой: мутация приводит к выработке рецепторов раньше в эмбриогенезе, чем положено и гонады становятся полноценными раньше. Полученные мутанты могут получить преимущество, что, в конечном итоге закрепит способность к неотении в филогенезе.

Выше было указано два факта: генетическая информация во всех клетках одного организма идентична (опять же, есть исключение у позвоночных, начиная с хрящевых рыб – иммунная система, в которой геном претерпевает выраженные перестрйки, однако в контексте данного письма это не так важно) и подавляющее большинство клеточных функций выполняется белками. Сопоставив можем получить, что очередная мутация, возникшая в ДНК повлияет на какой-то белок (его качество и количество), а, поскольку он может экспрессироваться многими клетками во многих органах, эта мутация заденет все эти признаки. В конечном итоге появляется подоплека для вашего совершенно справедливого заявления о том, что для таксономии имеет значение только совокупность признаков, но не отдельные признаки.

В 1920 году выдающийся ученый, мой соотечественник, Вавилов Н.И. опубликовал первую формулировку закономерностей, обнаруженных при работе с огромным числом сортов злаковых растений, говорящий о том, что у сходных видов в природных популяциях, в сходных условиях существования обнаруживаются очень близкие друг к другу аллели определенных генов. Эта идея позволяет глубже понять выраженную Вами мысль о схожих фенотипических изменениях близкородственных групп живых существ. Таким образом объясняется и наличие так называемых гомопластичных органов – органов, независимо схожим образом развитых у достаточно родственных организмов. Интересно то, что молекулярные механизмы, стоящие за этим могут различаться и с необходимостью различаются и тем сильнее, чем меньше родство между группами живых существ, адаптирующихся к схожим условиям. Что, кстати, не имеет противоречий с Вашей теорией, как это может на первый взгляд показаться.

Интересно и то, что некоторые факты, приведенные в «Происхождение видов» входят во многие курсы генетики и эволюции. Например, бейтсовская мимикрия очень показательно демонстрирует тот факт, что какой-то признак является полезным, адаптивным только для очень узкого коридора условий. То есть, подражатели имеют преимущество, позволяющее им существовать только до тех пор, пока особи, подражающие одному виду редки. Как только частота подражателей превышает некоторую критическую, хищники «понимают» обман и истребляют и подражателей и тех, кому подражают.

Современная наука также проливает свет на глубинные механизмы таких явлений, как закладка органов в определенных местах организма. Идея в том, что каким-либо образом достигается неравномерное распределение определенных веществ – морфогенов внутри зародыша. Например, у дрозофилы материнский организм буквально чертит план будущей мухи, располагая определенные белки в определенных частях зародыша. У цветковых развитие лепестка или пестика из зачатка листа определяется присутствием определенных белков в определенных местах. Интересны опыты, с помощью которых были получены эти знания. Первый вариант: некоторое вещество помещали в участки, не характерные для нормального развития организма и получали разнообразные аномалии, например, сдвоенную лапу у цыпленка и другие; второй вариант: «выключение» гена, сейчас есть несколько способов для этого, выключив гены определенных морфогенов были, например, получены растения с листьями вместо лепестков, пестиков, тычинок; либо напротив – тычинки вместо лепестков и т. д. Другой способ выбора пути развития клеткой во время эмбриогенеза – так называемые адгезивные взаимодействия между клетками. В упрощенном виде это две похожих на рецепторы молекулы, закрепленные в мембранах сосдених клеток, запускающие, при взаимодействии друг с другом, определенные процессы в клетке. Два этих способа (адгезия и распределение морфогенов) в некоторой степени независимы, однако всегда встречаются вместе при развитии сложных организмов. Позволю себе отвлечься на интересный пример эволюции в пределах одного организма. Есть адгезивные белки, которые, взаимодействую с другими не запускают, а тормозят процессы в клетке, в первую очередь, ее деление. Идея в том, что может возникнуть мутация, которая качественно или количественно ухудшит работу адгезивных молекул. Итог – клетка имеет отличный от окружающих геном и неоспоримое преимущество перед другими: ее никто не ограничивает в делении. Результат – то, что мы называем злокачественная опухоль. Однако закрепления генетического материала в эволюции очевидно не происходит, поскольку быстро исчерпав ресурсы среды (средой в данном случае является организм) то, что, крайне условно, можно назвать новой разновидностью, погибает целиком и полностью, не оставляя следов своего существования. Полагаю, некоторые аналогии с «настоящими» эволюционными процессами можно провести.

Чередование поколений, отмеченное Вами на примере медуз, достигает апофеоза у таких существ, как паразиты из типа плоских червей. В данном случае развитие особи проходит со сменой хозяев: один конечный, в котором паразит достигает половой зрелости и размножается половым путем и один или несколько промежуточных, в которых паразит размножается бесполым путем. Сложность такого жизненного цикла, делает несомненно интересным установление механизма формирования оного в процессе филогенеза. Вероятно, существовавшие когда-то свободно живущие черви могли попадать в организм другого животного и иметь некоторое от этого преимущество (среди ныне живущих встречаются некоторые подобные существа, их называют факультативные паразиты). Репродуктивная изоляция живущих внутри организма и вне приводила к независимой эволюции этих двух групп (видов), таким образом ранее бывший факультативным, позднее стал облигатным паразитом. Приобретение новых промежуточных хозяев, в принципе, возможно, проходило схожим образом.

В заключение хочу добавить, что сейчас довольно известна фраза Феодосия Дорбжанского «Ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции», что как нельзя точнее отражает суть современной биологической науки. Производятся миллионы экспериментов, позволяющих описывать разнообразных существ с разных точек зрения, однако конечным результатом этих исследований явлется не простое описание полученных данных, а информация о родстве различных организмов, об облике и времени существования их общих предков, что в конечном итоге должно бы выстроиться в единую непротиворечивую карту живого мира.