Екатерина Баблюк

Геном человека схож с - Шимпанзе (98%), Мышь (85%), Собака (95%), Банан (50%). Я знал, что мы наполовину бананы».

Классификация

Во времена Дарвина большинство ученых уже ясно осознавали, что пора бы заменить, искусственные системы, созданные еще Ламарком, чем-то более или менее приближенным к реальному положению вещей. Итогом коллективных размышлений стала тенденция расположения групп организмов по их взаимному «сродству».

Что же такое это самое «сродство»? Великие умы прошлого определяли его как ближайшее сходство между организмами, которое устанавливали по совокупности существенных признаков строения, в то время как, приспособительное сходство не рассматривалось, как существенное. Системы, построенные на такой основе, называли естественными. Естественные системы – это большой прорыв в науке. При сравнении внешних признаков форм обнаруживалась и внутренняя связь между ними. Позднее, в XX в. начались попытки найти нечто общее в хаосе приспособительных свойств и построить классификацию жизненных форм.

Таким образом, понятие «сродства» вело к попыткам построения естественной системы, которая, конечно же, в тот период времени не была, да и не могла быть разработана, так как необходима была обширная и долговременная работа по углублению понятий «сродства» и гомологии, чтобы придать им реальный смысл.

Вопросы классификации живых организмов и установления их взаимного родства всегда упираются в поиски чего-то, на основе чего эта классификация будет осуществляться. Наиболее естественно будет действовать в традициях генеалогического родства организмов, без которого любая современная классификация не может быть адекватной и значимой для науки. Филогенетические деревья могут быть разными: от самых простых до наиболее замысловатых, а, следовательно, и запутанных. Многие из ветвей таких деревьев до сих пор остаются не изученными и являются великой тайной, покрытой мраком. Общим является принцип культивирования таких «деревьев»: во главу угла ставится факт общности происхождения включенных форм (факт известный, научно доказанный, или подразумеваемый).

Важным вопросом является то, что не понятно, на какие признаки необходимо обратить внимание, чтобы установить сходство и что, в конце концов, будет анализироваться. Для современной биологической науки истиной в последней инстанции является генетическое сродство, так как безусловна полная зависимость признака от гена (или генов); даже говоря о влиянии среды на признак, следует заметить и принять как факт, что никакая среда не сможет изменить организм до неузнаваемости, если не существует каких-либо генетических предпосылок.

Таким образом, современная биология и любая ее область, опирается на эволюционные древеса сходств и различий, которые наблюдаются в генах, отвечающих за тот или иной признак. Исследовать можно все, что только душа пожелает, любые вещества, последовательности и гены, кодирующие все что угодно – почти всегда можно построить более-менее удовлетворительнуюфилогенетическую зависимость и понять, что является «бабушкой», а что – «внуками».

В общем и целом, не так важно какой признак выбран для анализа и значим ли данный признак, данный орган в жизни взрослого организма, насколько активно он его использует. Отдавая предпочтение тому или иному признаку можно окончательно запутаться в анализе родства.

Например, интересными являются исследования по построению эволюционного древа глобиновых генов. Важен ответ на вопрос: существовал ли некий предковый ген глобина, и возможно ли проследить за эволюцией существующих в настоящее время глобиновых генов от одного гена-предка? Современные методы филогении дают ответ. У птиц и млекопитающих имеются раздельные кластеры генов альфа- и бета-глобинов. Следовательно, так как мы понимаем их родство между собой через предковую форму, они, вероятно, разделены в геноме до дивергенции млекопитающих и птиц от их общего предка. Однако у некоторых земноводных эти гены сцеплены вместе. В настоящее время известно время разделения живых существ от предка на млекопитающих и птиц (270 млн. лет назад) и время отделения амфибий от ветви "млекопитающие-птицы" (350 млн. лет назад). Эти же данные можно использовать, говоря о дивергенции генов глобинов.

Изучая аминокислотные последовательности белков, можно обнаружить следующие варианты: одни из белков весьма изменчивы и отличаются даже между особями популяции одного вида (полиморфны). Другие белки менее изменчивы, но все же имеются различия различны. Третьи, несмотря на дивергенцию и прочие катаклизмы, изменились очень мало и являются консервативными. Сегодня понятия "сравнительно недавно" и "рано" можно обозначить конкретными цифрам, и совершенно реально узнать время фиксации того или иного варианта гена, используя временя образования той или иной филогенетической группы организмов.

Аналогичные сходства

Данное явление можно объяснить достаточно просто. Известно, что отбор действует на организмы в определенном направлении, т.е. остаются те мутации, которые так или иначе сделали организм более приспособленным к данным условиям. Значит разумно считать, что где-нибудь в сходных районах генома (ответственных за развитие сходных частей организма) у двух разных видов отбором будут сохраняться сходные мутации. В поколениях генетические изменения приведут к определенному фенотипу, фенотипам (в разных группах). Можно предположить, что эти группы и морфы будут сходны. Грубо говоря, такие формы эволюционируют, движутся в одном направлении. А если что-то движется в одну сторону, то логично предположить вариант возникновения аналогичных черт в органах, которые развивались различными способами и между которыми нет видимого родства. Классический пример - крыло (бабочки, птицы, летучей мыши). Глупо считать, что все эти организмы развивались одинаково. Достаточно взглянуть на них, чтобы удостовериться в ошибочности гипотезы. Однако орган, предназначенный для одной цели – полета, имеет общее строение т.к. именно в таком направлении действовал на него отбор. Полет сам по себе основан на свойствах крыла и воздушной среды. Таким образом, постоянство физических законов приводит к консервативности тех структур живых существ, которые необходимы для полета. В итоге: имея аналогичную цель, мы получаем аналогичные средства для ее достижения.

Собственно по этой причине невозможно использовать аналогичные органы в качестве классификационного признака, так как сами по себе они не имеют никакого отношения к генеалогии и не являются доказательством генеалогического родства. Древо, в основе которого ляжет принцип аналогичности органов будет похоже на древо экологических ниш, ибо все существа расположатся на нем в таких группах, в каких они обитают в природе.

Сюда же, собственно говоря, можно отнести все примеры мимикрии одних форм под другие. Нельзя говорить о родстве таких организмов.

Морфология

Антиэволюционисты, которые зачастую являются религиозными фанатиками, утверждают, что все живые организмы были созданы Великим Разумом. Этот Творец имел возможность придумывать всех заново, то есть, давая волю фантазии, разрабатывать для каждого вида свой уникальный план строения, наилучшим образом соответствующий тому, что по Его великому замыслу, данный вид должен выполнять на Земле. Т

Другими словами, говорится о существовании множества совершенных, уникальных и никак не связанных между собой планов строения (что, как мы знаем, не соответствует наблюдаемой действительности). Кроме того, настойчиво призывается отказаться от предсказаний и от возможности что-либо понять и объяснить в окружающем мире, ссылаясь на «волю Господа и неисповедимость путей его» (все равно мы не в состоянии понять Его великих умыслов).

Мы же, последователи науки, считаем, что виды в ходе эволюции происходили друг от друга по стечению естественных обстоятельств, без какого-либо постороннего вмешательства. При этом каждое новшество не моделировалось с нуля, а достигалось с помощью неких небольших модификаций предкового вида; наследовалось большинство его свойств - в том числе и те, которые новому виду могли быть бесполезны и не давали никаких преимуществ в тех условиях, в которых живет новый вид. Таким образом, если верить эволюции, то можно наблюдать следы модификаций, изменений и «подгонки» старых признаков под новые условия (экологические ниши) и новые задачи (функции). Примерами таких «следов» могут служить гомологичные органы, рудименты, атавизмы и случаи несовершенного строения организмов.

Гомологичные органы

Многочисленные примеры гомологии в организации существ позволяют подтвердить следующую мысль: несмотря на различную специализацию органов в зависимости от образа жизни организма, они имеют сходство в своем генеральном строении. Говоря о роли отбора надо заметить, что изменения в этом общем плане органа зачастую уменьшали шансы особи в борьбе за существование, и поэтому были убраны отбором.

Логично, что чем раньше в онтогенезе была запущена система генов, тем большую роль она играла в формообразовательных процессах. Тогда, чем раньше в развитии участвовала эта система, тем в более сохраненном виде передадутся потомкам эти гены. Поэтому малейшие изменения в этих генах дадут колоссальные сбои в функционировании или формировании органа, так как проблемы возникнут еще на этапе формирования модели в эмбриогенезе. Отбор в этом процессе действует как стабилизатор, сохраняя эти важнейшие системы без изменений.

С другой стороны, малейшие модификации в организации того же самого органа могут сказаться положительно и увеличить шансы особи в борьбе за существование. Например, возьмем в рассмотрение формирование органов чувств. Если произойдет сбой в общем плане формирования глаза или уха, то орган не будет функционален. Если же измениться количество нервных окончаний и чувствительных клеток в анализаторе, что в онтогенезе является более поздним процессом, вполне вероятно, что чувствительность органа возрастет, что может дать организму некие преимущества.

Заметим, что гомологичные органы, в отличие от аналогичных, могут служить систематическим признаком в генеалогической классификации, исходя из идеи, что первоначальный план органа унаследован от предковых форм и не так значительно изменен в связи с адаптацией к внешним условиям. Сейчас, анализируя планы строения органов представителей разных групп организмов, можно сделать вывод о существовании некоего общего предка. Да что там органы! На уровне регуляторных веществ, таких как стероидные гормоны, можно заметить родство организмов: экдизоны членистоногих и кортикостероиды высших позвоночных по сути - видоизмененный холестерол (это генеральный план строения вещества). Меняются только боковые радикалы (по аналогии с вышесказанным, небольшие изменения).

Рудиментарные органы

Непременным и безоговорочным доказательством взаимного родства организмов являются рудиментарные органы и атавизмы. Почему же происходит рудиментация органа? Причин масса. Во-первых, на каком-то этапе развития организм мог получить такие преимущества, что некий орган стал неиспользуемым. Например, человек слез с дерева, стал передвигаться в вертикальном положении, что сделало его хвост ненужным, т.к. дополнительная «лапа» для передвижения по лианам стала бесполезна, из-за смещения центра тяжести, случившемся при достижении прямохождения, хвост стал дополнительным грузом, усложнявшим передвижение на двух конечностях. Такая функция хвоста, как привлечение самок и коммуникация были возложены на речь и интеллект. Кроме того, рудиментация может происходить не только при прогрессе организма, но и при его регрессе. Вспомним про паразитов. Такие совершенные органы, как органы чувств им просто не нужны. Пищеварительная и половая система! Берем с собой все только самое необходимое. Если рассуждать далее, то можно заметить, что рудиментация сложного с сохранением относительно простого привела паразитов к биологическому прогрессу на фоне морфофизиологического регресса. Используя современные данные можно привести разговор к тому, что если происходит деградация какого-либо признака, следовательно, выключается или совсем уничтожается ген или группа генов, ответственная за наследование этого признака. Недавние исследования показывают наличие рудиментарных генов, аналогичных генам рыб, ответственных за формирование костных лучей в плавниках, в геноме птиц и млекопитающих. Иногда эти гены проявляют себя, что выглядит как полидактилия.

В общем и целом, причина рудиментации кроется главным образом в исчезновении органа за ненадобностью.

Возникает вопрос – почему и как происходит атрофия органа, который в зародышевом состоянии довольно развит? Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить принцип генетической иерархичности. В эволюции ничего не происходит скачками. Большие и резкие перемены не приводят ни к чему хорошему. Процесс должен идти постепенно, иначе крупная и значительная мутация, резко исключающая какой-либо орган, может привести к смерти и не закрепится в поколениях. «К наследованию возможны только происходящие шаг за шагом, небольшие, порой ничтожные изменения, и это не исключение для дегенеративных изменений». Из сказанного выше, ясно, что небольшие изменения происходят на поздних стадиях онтогенеза. Из эмбриогенеза человека видно, что на ранних этапах имеются и жаберные дуги, и хвост, и вообще не идентифицирован пол. Далее все развивается в соответствии с генетической программой. Последовательно выключаются те гены, которые хранят информацию о наиболее ненужных органах: сначала отбраковываются жабры (хотя я бы от них не отказалась, наверное), затем хвост, после формируется пол: под командованием генов начинают вырабатываться те или иные гормоны, вследствие чего, происходит регресс или Мюллерова протока, или Вольфова канала.

Не стоит думать, что рудименты являются ненужными органами. Они продолжают играть свою роль в жизнедеятельности организма и повышают его шансы в борьбе за существование. Например, вспомним о половых гормонах. Если по генетической программе пол является женским, то андрогены будут считаться рудиментарными гормонами, выделяться будут надпочечниками (т.к. соответствующая железа редуцирована в эмбриогенезе) и свои эффекты будут проявлять только тогда, когда уровень женских гормонов снижен (менопауза). Если пол мужской, то эстрогены являются рудиментами, выделяются так же надпочечниками и проявляют себя на фоне низкого уровня андрогенов. Замещение одних стероидов другими важно, т.к. они выполняют множественные функции (помимо регуляции полового поведения). Следующим примером может послужить конечный отдел позвоночника - копчик. Да, вполне возможно, что для мужчин он не играет никакой роли. Однако для женщин он очень важен (недаром переломы копчика у девочек считаются опасной травмой). Кости копчика необходимы для формирования родовых путей. Если в этом отделе позвоночника «что-то не так», возможны травмы новорожденного при родах (переломы шеи). Сохранение здорового потомства необходимо для эволюции, потому что если нет потомства, то передавать накопленные полезные мутации для закрепления их в веках просто будет некому.

Таким образом, рудиментарные органы являются непременным доказательством родства организмов. Кроме того, с утерей своей основной исторической функции они приобретают другие, дающие некоторые преимущества особям.

Эмбриология

Вернемся к эмбриологии. Идеи о том, что зародыш в период своего развития проходит через все этапы развития предковых форм была сформулирована еще Ф. Мюллером и Э. Геккелем (эти идеи ныне сформулированы в виде основного биогенетического закона).

Почему так происходит? Опять же вспомним о том, что отбор защищает ранние этапы развития, так как именно на самых ранних стадиях формируется основной план органа. "Положительные" мутационные изменения в самом начале развития организма очень редки и не попадают под действие отбора. Действительно, все гены этого этапа отвечают за регуляцию. Если произойдет мутация в регуляции развития организма вероятнее всего, что это привет к летальному исходу. Такие гены, как правило, консервативны. Это гены ферментов, транс-факторов, гистоновых белков, шаперонов и т.д. Как правило такие гены расположены консервативно ( в одной хромосоме в ряду групп организмов). Генов же, работающие на поздних стадиях развития такой консервативностью не отличаются: они могут быть расположены даже в разных хромосомах.

«Итак, сценарии ранних стадий онтогенеза наследуются потомками в практически неизмененном состоянии, что мы и видим в проявлении сходства зародышей между даже эволюционно отдаленными организмами».

Крайне интересен был и остается вопрос – если эмбриогенез повторяет (предковые) взрослые формы организмов, то стоит ли искать реально существующие такие формы организмов? Например, есть ли предки, похожие на бластулу, гаструлу, нейрулу, морулу? Если принимать во внимание, что филогенез шел во много раз медленнее, чем идет онтогенез, то рассматривая, например, губок или кишечнополостных можно условно принять их за свободноживущие морулы и гаструлы. Если смотреть в корень проблемы, то с помощью онтогенеза, вероятно, можно найти и «недостающие звенья» в цепочке эволюции. Ведь существует же проблема отсутствия промежуточных предковых морф?

Подводя итог, можно сказать, что накопленные со времен Дарвина данные только лишь подтверждают его теорию. Гены и нуклеотидные последовательности, белки и гормоны говорят о том, что существует естественное родство организмов. Все организмы произошли от общего предка путем незначительных последовательных модификаций.

P.S. Бороздя просторы интернета, нашла следующее: «Ученые считают, что шимпанзе на 70% по структуре тела, размещению внутренних органов, строению мозга и т. д. совпадает с человеком, а свинья на 70% совпадает с человеком по составу крови, по хромосомному набору, температуре тела и т. д. То есть если скрестить шимпанзе со свиньей, то получится человек?».

Этот вопрос от человека, явно далекого от биологии, только лишь показывает, что как бы сильно мы (организмы) не отличались внешне, генетические сходства очевидны. Остается только удивляться, как мистер Дарвин, не имея ни малейшего представления о генах и ДНК и, тем более, не имея машины времени, так точно понял и описал события, произошедшие миллионы лет назад.