Ульяна Батлук

Уважаемый Чарльз Дарвин, это письмо пришло к Вам из далекого 2017 года, от одной студентки биологического отделения Факультета Естественных Наук Новосибирского Государственного Университета, возможно будущего учёного.

В первую очередь, мне хочется поблагодарить Вас за тот бесценный труд и вклад, который Вы внесли в развитие и становление современной синтетической теории эволюции. И по сей день Ваши труды являются фундаментом эволюционного учения. Конечно, за столь долгий промежуток времени до этого апрельского дня 2017 года ученые разных уголков мира сделали важнейшие открытия, которые изменили (или подтвердили) представление об устройстве клеток и механизмах хранения, передачи и реализации наследственной информации, которая заключена в нуклеиновые кислоты –важнейшего компонента всех клеток живых организмов. Науке известно, что существование генетического кода обуславливает возможность записи определенной аминокислоты при помощи всего четырех азотистых оснований. В зависимости от последовательности аминокислот образуется определенный белок. А совокупность белков в свою очередь определит признаки данного организма. Также ДНК содержит последовательности, которые кодируют регуляторные нуклеиновые кислоты, например, такие как siRNA, microRNA, которые участвуют в регуляции экспрессии генов. Все эти открытия смогли объяснить предположения, которые были описаны Вами в работе «Происхождение видов путем Естественного отбора».

Меня заинтересовала последняя, XIV глава, «Взаимное родство организмов; морфология; эмбриология; рудиментарные органы» Вашей знаменитой работы «Происхождение видов путем Естественного отбора». И я попробую прокомментировать ее с точки зрения современной биологии.

Классификация.

В главе точно прослеживается мысль того, что классификации предполагают более «глубокую связь», нежели чем просто сходство, которой руководствовались многие систематики.

С точки зрения современной биологии благодаря методами молекулярной филогенетики можно выявить скрытые конвергенцией расхождения или наоборот, подтвердить родство, не обнаруживаемое из-за адаптаций.

На основе молекулярного сходства организмов их можно классифицировать, составляя молекулярные деревья. По сравнению с систематиками 19 века, основные идеи классификации которых основываются на морфологическом и сравнительно-анатомическом анализе, систематики 21 века основываются на данных, полученных методами молекулярной филогенетики. Поэтому многие классификации, принятые на основе морфологии приходится пересматривать.

Так, благодаря молекулярной филогенетике многощетинковые черви были вычеркнуты из предков членистоногих, или, к примеру, были пересмотрены родственные связи китов и парнокопытных: на основе анализа ядерной, митохондриальной и рибосомной ДНК, белков крови гиппопотамов и китов было установлено, что киты и гиппопотамы имели общего предка, который дивергировал на две группы, одна из которых полностью стала водными, и другая группа четвероногих- антракотеры (anthracotheres) осталась на суше. Эти животные процветали около 40 миллионов лет и распространились по всем континентам, кроме Южной Америки и Океании, но менее чем 2,5 млн лет назад они вымерли, оставив единственного потомка-гиппопотама. Ученые провели филогенетический анализ кита, древнего и нового гиппопотама, а также anthracotheres и на основе полученных данных выявили, что последние и есть связь между китами и гиппопотамами. Хотя морфологических и сравнительно-анатомических аспектов не хватило бы, чтобы установить такую связь.

Также в главе явно прослеживается мысль о том, что общий предок, который подвергся дивергенции на группы, должен был передать свои признаки, модифицированные в разном направлении и степени, всем его потомкам, а те в свою очередь имели бы родственные связи друг с другом.

«Модификации» в нашем понимании –это мутации, которые изменяют генотип, приводя его к приобретению новых признаков, порой полезных или вредных. Полезные мутации сохраняются и наследуются потомками данного организма. Если происходит такая мутация, которая заменит одну составляющую генетического кода на синонимичную или мутация затронет «молчащие» участки ДНК, в фенотипе проявление этой мутации замечено не будет, но методами генетического анализа эту мутацию определить можно. Именно такие мутации в «молчащих» генах являются так называемыми «молекулярными часами» - теория, которая предполагает, что эволюционно значимые замены происходят с приблизительно одинаковой скоростью. Благодаря методу «молекулярных часов» можно датировать расхождение видов, что немаловажно в систематике организмов.

Так, метод «молекулярных часов» изменил представление об эволюционном развитии муравьев. Согласно данным палеонтологии было установлено, что муравьи появились в меловом периоде (древнейшие находки были отнесены к возрасту около 100 млн. лет назад). Однако было выдвинуто предположение, которое твердило, что муравьи исходят от общего предка, жившего не в эоцене, а раньше, поскольку исследователи считали, что события эволюции муравьев совпадают с периодом экспансии цветковых растений. И это было доказано, в статье, опубликованной в журнале Science американскими учеными, которые провели сравнение последовательностей шести генов у 139 родов муравьев. Согласно этим данным ученые построили эволюционное древо, которое описало последовательность эволюционного расхождения муравьев. Далее ученые датировали точки ветвления с помощью метода «молекулярных часов». Оказалось, что общий предок современных муравьев жил около 168–140 млн лет назад, что относит этих насекомых в начало мелового или даже юрского периода.

Эмбриология.

В главе отмечается то, что разные группы организмов, отличных по строению и образу жизни во взрослом состоянии имеют сходное развитие в эмбриональном периоде, что может говорить об их общем предке и их родстве.

На основе исследований эмбрионального развития можно проследить родство групп организмов. Ярким примером эмбриологического исследования в установлении эволюционных ветвей являются усоногие раки, также известные, как морские уточки. Эти животные имеют удивительное зародышевое развитие, что создает проблемы с установлением их родства. Так, сравнительная эмбриология подтверждает родство круглых червей и членистоногих, образующих вместе «группу линяющих животных».

Важнейшим признаком эволюционного родства организмов является схожесть их типа дробления. Поэтому в современной систематике двустороннесимметричные делятся на вторичноротые (с радиальным дроблением), спиральнодробящиеся (со спиральным дроблением) и Ecdysozoa (линяющие). Именно в группу линяющих включают круглых червей, членистоногих и огромный класс насекомых.

До такой систематики ученые включали членистоногих и кольчатых червей в группу членистых (Articulata). Молекулярная генетика и палеонтология же подтверждали существование гипотезы Ecdysozoa, но эмбриологические данные ставят под сомнение эту гипотезу. Имеют ли членистоногие, как потомки кольчатых червей спиральное дробление? Такой вопрос был исследован с помощью карт дробления усоногих ракообразных. В результате чего был сделан вывод о том, что усоногие раки не унаследовали никаких особенностей «спирального» типа дробления, что говорит о том, что ракообразные имеют близкие родственные связи к круглым червям, но не к кольчатым, что и подтверждает гипотезу Ecdysozoa. На основе данных палеонтологии, молекулярной генетики и эмбриологическому анализу удалось установить реальность существующей ветви Ecdysozoa.

Рудиментарные органы.

Согласно главе, существование рудиментарных органов является неоспоримым фактом эволюции. Они служат «наследством», переданным нам от предков и не несут никакой физиологической функции. Но также прослеживается мысль о том, что редуцированный орган может выполнять малозначимые функции. И это находит свое подтверждение в современных научных взглядах, так, например, сохранившиеся рудименты тазовых костей у некоторых видов китообразных. Эти кости утратили свою связь с позвоночником, но информация о них, закодированная в генетическом коде сохраняется и наследуется поколениями. Согласно современным представлениям, эволюция действительно нашла новое применение рудиментам. Американские исследователи в 2014 году опубликовали интересную работу в журнале Evolution. Они выявили корреляцию размера тазовых костей и размеров пенисов китов. В зависимости от размера тазовых костей, к которым крепятся мышцы пениса определяется размер самого полового органа, а тот в свою очередь, чем большие размеры имеет, тем предопределяет больший успех в оплодотворении.

Также приведу всем известный пример аппендикса, полезного органа для травоядных животных, участвующий в ферментации целлюлозы, но рудиментарного органа для человека, который тоже имеет определенные функции: выступает как емкость кишечной палочки, посредством которой осуществляется поддержание нормальной микрофлоры организма, также аппендикс выполняет функции иммунной системы.

В главе описано, и то, что если функции органа исчерпались, то он подвергается редукции и в силу неких причин размеры этого органа продолжают редуцироваться и дальше, пока от него не останутся «ничтожные следы», и в конце концов полному исчезновению. Объяснение этому Дарвин не нашел. Так вот это объясняется тем, что существует определенный генетический механизм.

Этот механизм можно проследить на примере потери фаллоса у птиц. У 97% всех птиц такой орган редуцирован или отсутствует вовсе. Ученые установили, что это связано с активацией гибели клеток в половом бугорке на эмбриональной стадии развития. Можно проследить за постепенной потерей этого органа: у древних бескилевых птиц гениталии развиты хорошо, у гусеобразных тоже, для курообразных половой орган представлен рудиментом, а Neoaves не имеют фаллоса вовсе. Ученые сравнили эмбриональное развитие половых органов гусеобразных и петухов. Было выявлено, что закладка половых бугорков происходит на одной стадии эмбрионального развития, и их развитие сходно до определенного момента. После, развитие фаллоса петухов прекращается и половой бугорок исчезает, а у селезней рост бугорка продолжается. За рост полового бугорка отвечают специальные гены, и у петухов на определенной стадии происходит апоптоз клеток кончика полового бугорка-именно тогда происходит редукция полового органа. Исследователи выявили, что апоптоз клеток бугорка— эволюционное приобретение курообразных. И его вызвали гены Bmp4 и Bmp7, которые у петухов в отличие от селезней экспрессируются по всей длине полового бугорка. Также активность генов Bmp4 обуславливает потерю у птиц зубов, первого и последнего пальца. Скорее всего редукция фаллоса усиливает роль самки в выборе партнера: чтобы произошло оплодотворение самка выворачивает свое влагалище, и птицы должны совместить клоаки. Так самка контролирует отцовство.

Заключение.

Все вышеизложенное является лишь небольшим примером того, насколько продвинулась наука в изучении теории эволюции, того, сколько открытий было сделано за почти 160 лет, и удивительно, то, что те идеи, которые были заложены Вами нашли свое подтверждение в современной биологии на основе методов, которые опираются на знания устройства клеток и механизмах передачи, хранения, реализации наследственной информации. И тот фундамент, который был заложен Вами навсегда останется той отправной точкой, с которого началась эволюционная теория, переросшая в синтетическую теорию эволюции.

Теперь остается лишь сказать то, что это письмо вряд ли дойдет до Вас когда-то, но если Вы держите его в руках, то будьте уверены в том, что будущее поколение продолжает Ваше великое дело!

С уважением, Ульяна.