Наталья Леванова

Трудности в теории.

— Вот видишь, все куда-то движется и во что-то превращается, чем же ты недовольна?

Большинство «проблем» в теории эволюции легко и изящно могут быть решены ее же средствами. Сейчас уже не идет речь о невозможности найти ответ, а скорее о том, какое из множества предоставляемых решений выбрать, как понять, как действительно развивалась жизнь на Земле. Восстанавливая шаг за шагом эволюционные пути современных групп и их менее удачливых дальних родственников, мы все потихоньку приближаемся к истине.

Неразрешимые вопросы с течением лет рассыпались на множество маленьких головоломок, для которых, к счастью, есть стандартные методы решения, общие для всех организмов закономерности. Нам остается применять их к каждой конкретной ситуации и искать подтверждения своих догадок – в пластах породы, геномах, компактных лабораторных экспериментах и в природных полигонах эволюции. Обзор трудностей превращается в показательный разбор типичных и наиболее показательных головоломок с параллельной демонстрацией способности эволюционной теории объяснять нескладные факты и предсказывать прошлое.

Где переходные формы?

— Я расскажу все, что случилось со мной сегодня с утра, — сказала неуверенно Алиса.

— А про вчера и рассказывать не буду, потому что тогда я была совсем другая...

Умерли. Породив из себя более совершенные биологические машины, были уничтожены собственными детьми. Предковые формы не могли конкурировать с более приспособленными потомками, нуждаясь в тех же самых ресурсах и находясь на смежных территориях, и закономерно вымерли.

Но умерли – не значит дезинтегрировались, и мы можем обнаружить ископаемые останки предковых форм современных организмов и следы «тупиковых ветвей», которые, однако, тоже могут быть использованы для воссоздания облика и путей эволюции переходных форм.

Мало? Время беспощадно, и оставляет нам мало свидетельств. Через миллиарды лет мало кто разыщет кассетную ленту, а ведь это – тоже веха в истории развития носителей информации. Вероятность консервации останков небольшая, этот процесс требует специфических условий, некоторые виды тканей сохраниться не могут, в результате сохранилось немного материала, пригодного для анализа и построения гипотез. Но даже то, что мы имеем, вкупе с современными методами сравнительного анализа геномов ныне живущих существ дает представление о филогении организмов. Древо жизни сейчас постоянно перестраивается, обрастает новыми ветвями, наши представления о систематике меняются. Даже самые контринтуитивные результаты вписываются в палеонтологическую историю: изменение, распространение и расселение форм коррелирует с тектоническими перестройками. Интеграция палеонтологии, геологии и эволюционной генетики позволяет предсказывать местонахождение останков гипотетических ископаемых форм и их вид, и эти предсказания сбываются. Если сто лет назад находки были случайными, то сегодня мы знаем, что и где можно найти.

Заинтересованные лица успели нарыть много организмов, которые претендуют на звание переходных форм между различными группами (еще больше - существ им конвергентных). Сейчас за примерами далеко ходить не нужно, поэтому приведу только один. Яноконодон (Yanoconodon allini), найденный в Китае в 2007 году и его собрат Маотерий (Maotherium asiaticus, 2003), мелкие млекопитающие, жившие около 125 млн лет назад, отличились особой переходной формой уха – у их взрослых особей сохранялся Меккелев хрящ (у современных форм он теряется в эмбриогенезе), соединяющий среднее ухо с нижней челюстью. Эта находка подтвердила теорию происхождения слуховых косточек от костей нижней челюсти. Интересно, что при мутации, ведущей к экспрессии активной формы BMPRIa у мышей, наблюдается аномалия сохранения во взрослом состоянии этого хряща. Получается живая модель ушей существ, вымерших миллионы лет назад.

Хорошо, это все история, а почему нет переходов между близкими видами, соседями, живущими на смежных территориях? Тоже умерли.

Если представить группу C из которой пошли А и В, приспособленные каждый к специфическим условиям (например, горная и равнинная формы), каждый из них будет вытеснять С с насиженного места, пока с двух сторон не выживут С в узкую полоску местности, лежащую между двумя контрастирующими ареалами. Популяция С будет неумолимо сокращаться и станет неспособной к самоподдержанию из-за малочисленности, меньшей устойчивости и того, что их более специализированные сибы могут нагло залетать на их территорию. Как следствие – вымирание.

Как мелкие мутации привели к крупным преобразованиям?

— А ещё я хотела подняться на вершину холма.

— Разве ж это холм? Видала я такие холмы, рядом с которыми это — просто равнина.

— Ну нет! Холм никак не может быть равниной: это уж совсем чепуха!

— Разве это чепуха? Слыхала я такую чепуху, рядом с которой это разумно, как толковый словарь!

Если медленные преобразования клювов у вьюрков в связи с приспособлением к определенному способу питания еще кажутся вероятными достопочтенному горожанину, то вот появление крупных метаморфозов методом маленьких шажков уложить в голове уже сложнее. Эволюционист, как фокусник на детском утреннике, помещает рыбу в шляпу и выуживает кролика, утверждая, что тот возник из рыбы - чистой воды шарлатанство, ну или же черная магия на худой конец. Если отложить в сторону вилы, и перейти от демонстрации фокусов к их разоблачению, то можно обнаружить, что все логичнее и проще, чем кажется, хотя менее прямолинейно.

Мелкие мутации на пути к новому великому ароморфозу кажутся невозможными и бессмысленными в свете теории: яркая окраска некоторых насекомых служит для мимикрии под ядовитые виды и отпугивания хищника, но переходные формы между типичными «камуфляжными» и яркими отталкивающими родственниками - обречены. Но это только на первый взгляд. Переходные формы могли существовать, используя яркую окраску в половом отборе, понемногу преобразуя метку смерти в сигнал о собственной опасности для хищника, коэволюционируя с ядовитыми видами. Сходным образом можно представить эволюцию камуфляжа на разных поверхностях. Такие переходы не только возможны, но и осуществляются постоянно и предсказуемо. На островах Гавайского архипелага несколько видов пауков-тенетников Ariamnes, в условиях изоляции друг от друга эволюционировали совершенно одинаково, они приобрели три формы: золотистые обитатели нижней стороны листьев, черные – на коре и камнях и светлые, маскирующиеся в белых лишайниках. По ошибке пауков даже сначала классифицировали по цветам, разделив на три разномастных вида. Эволюционные преобразования могут повторяться с удивительной точностью.

Кроме того, новшества не возникают из ниоткуда. Для каждого нового построения должна быть существующая генетическая база, на которой, порой достаточно ухищренно, и возникает новое свойство. При этом не обязательна полная утеря предкового признака. Например, если возникает дупликация, одна копия может сохранить старую функцию, а вторая – стать материалом для мутаций.

Колобины – обезьяны, питающиеся листьями, имеют особый одел желудка с симбионтами-бактериями, способными переваривать целлюлозу, а обезьяны переваривают уже их. Они имеют специфическую РНКазу RNase1B, способную к работе в кислой среде их кишечника, которая переваривает бактериальную РНК. Этот фермент - измененная девятью мутациями RNase1, фермент, имеющийся у всех обезьян и имевшийся у предков колобин в том числе.

Она работала в щелочной среде и была противовирусным агентом, обезвреживая двухцепочечную вирусную РНК. Ген, кодирующий ее не мог бы преобразовываться безболезненно, если бы не был представлен в двух копиях, одна из них сохраняла функцию, а вторая могла спокойно мутировать и закрепиться, освобожденная от действия очищающего отбора. Образующиеся путем дупликации новые гены могут приобретать новые функции, могут разделяться и специализироваться прежде многофункциональные гены, уходя от адаптивного конфликта – копии исходного гена смогут оптимизироваться в разных направлениях.

«Совершенные» органы.

План, что и говорить, был превосходный; простой и ясный, лучше не придумать. Недостаток у него был только один: было совершенно неизвестно, как привести его в исполнение.

Если присмотреться к провозглашаемому совершенству внимательнее, то станет совершенно очевидно, что это – конструкция, сходная с машиной, к которой все детали вроде руля, тормозов и даже окон, прикручивались прямо по ходу движения, по мере необходимости. Рассмотрим зрение, как классический образец божественного вмешательства в серые эволюционные будни.

Пигменты – белки многофункциональные, защитные, регуляторные, окрашивающие в конце концов. В общем ничего необычного в них нет. Они хорошо поглощают свет, и скопления пигментных клеток могут использоваться для его детекции, что дает множество преимуществ: определение источника тепла, ориентация в пространстве, реакция на резкое затемнение – что тоже полезно – кто знает, что за тварь на тебя тень отбрасывает. Забавно, что фиксация движений довольно плотно вошло в зрительный механизм у человека: нам необходимо совершать микросмещения поля зрения при наблюдении, микросаккады – без них изображение на сетчатке становится неподвижным и перестает восприниматься.

В целом глаз как орган у разных видов имеет разную комплектацию, зависящую от приспособительной необходимости и эволюционной истории. От фасеточных ямок до орлиного глаза, все завязано на необходимости и предковом материале. Эволюция цветового зрения у наземных позвоночных хорошо изучена и достаточно показательна.

У большинства млекопитающих зрение дихроматическое (исключая человека и обезьян Старого Света), в отличие от птиц, система зрения которых основана на четырех опсинах (светочувствительных белках колбочек, реагирующих на разные длины волн) . Опсины различаются между собой аминокислотами, стоящими в ключевых позициях. Скорее всего млекопитающие утратили два опсина в связи с переходом к сумеречному образу жизни, где большее значение для выживания имели палочки, не распознающие цвета, но более чувствительные при малой освещенности. Тетрахроматическое цветное зрение стало избыточным и гены, кодирующие два опсина были утеряны. При этом они были утрачены не одновременно. Общий предок млекопитающих все еще имел три вида колбочек, а вот предок сумчатых и плацентарных – два (один из предковых генов обнаружили в геноме утконоса). Некоторые сумчатые тоже имеют по три вида опсина, но они были приобретены уже вторично.

У обезьян Старого света и человека дуплицировался один из двух исходных генов и две новые копии оптимизировались для двух разных длин волн. В дневном свете трихроматическое зрение уже было эволюционным преимуществом. Кроме того, у обезьян Нового света третий вариант присутствует как аллельный вариант, и гетерозиготы обладают тремя видами колбочек.

Для того, чтобы воспринимать сигнал от нового типа рецептора, даже не нужно ничего менять в нервной системе: мозг адаптирует сложившиеся пути, непосредственно обучаясь отличать сигналы нового рецептора от старых и анализировать их. Это доказывает опыт с трансгенными мышами, экспрессирующими третий, человеческий опсин. Эти мыши лучше отличали красный цвет от зеленого, чем контрольные, а значит, даже без коэволюции с нервной системой мутация могла быть полезной.

«Маловажные» органы.

Важно — неважно... неважно — важно...

Эволюционная теория, при всей своей утилитарности, способна объяснить наличие «бессмысленных» органов. (к примеру у многих рыб с редуцированными глазами пропадают даже зрительные нервы, но остается куцый остаток глаза; могут сохраняться глазницы, которые больше ничего не содержат)

Одна из закономерностей эволюции – наиболее вариативны наименее важные признаки и наоборот. Одна из житейских закономерностей: если что-то работает – не трогай. Гены, кодирующие бесполезный признак, могут быть тесно связаны с жизненно необходимыми, и прятаться за ними от естественного отбора, возможно даже заперты с ними от кроссинговера. Кроме того, сама по себе трансляция гена не способствует его вариабельности, и из-за этого консервативность признака может объяснятся тем, что функция у него все-таки есть, правда, невыясненная. Еще можно заметить, что несмотря на то, что отбор двигает эволюцию, чаще всего мутации выбраковываются, чем приживаются.

Заключение

Отсюда мораль: что-то не соображу.

Теория эволюции объясняет наблюдаемые явления и обладает предиктивной силой. На сегодняшний день нет фактов, которые бы ей полностью противоречили, хотя и остается много белых пятен. Это – текущие направления исследований, а не опровержения.

Видимость невозможности часто – результат неправильного понимания сути процесса и постулатов теории. Иногда говорят, что этого не может быть, потому что этого не может быть никогда, что это просто невозможно представить. Впрочем, даже по этому критерию теория эволюции выигрывает – иначе приходится выдумывать вещи совсем уж невообразимые и непостижимые.

Источники:

1) batrachospermum.ru: «Гавайские пауки и предсказуемость эволюции» (с ссылкой на «Repeated Diversification of Ecomorphs in Hawaiian Stick Spiders», Rosemary G. Gillespie)

2) «Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий», А.С Марков, Елена Наймарк, 2017

3) «Darwin’s Ghost», Steve Jones, 2000

4) Enhanced BMP signaling prevents degeneration and leads to endochondral ossification of Meckel's cartilage in mice.; Wang Y, Zheng Y, Chen D, Chen DOI:10.1016/j.ydbio.2013.07.016