Анна Фендик

Введение

Довольно часто, разговаривая с людьми об эволюции, причём с людьми не обладающими особыми знаниями в этой области, я сталкиваюсь с вопросами, которые объяснимы лишь фразой «так получилось, потому что получилось». Но у Дарвина не было возможности отвечать на каверзные вопросы подобным образом, ему необходимо было защищать свою теорию от нападок огромного количества людей. Учёный сделал очень умный ход, описав в своей собственной книге основные проблемы, с которыми сталкивается теория, а затем написал решение этих проблем. Тем не менее вопросы о промежуточных формах и сложных органах (это именно те проблемы, которые Дарвин обсуждал в 6 главе) будоражат общественность до сих пор. Меня лично неоднократно спрашивали о том, как произошёл глаз. Удивительно, что именно этот пример рассмотрел Дарвин в Происхождении видов.

Про переходные формы разговор вообще отдельный, потому что их в настоящий момент настолько огромное количество, что даже запомнить все не представляется возможности. Промежуточные формы находят ежегодно, однако всё равно продолжаются разговоры о том, что этого не достаточно для полного доказательства. Возникает вопрос — будет ли достаточно когда-либо?

На сегодняшний день значительную роль исследований в области эволюции берёт на себя молекулярная биология. С её помощью можно отслеживать родство организмов на уровне ДНК, строить более точные филогенетические деревья. Так же при помощи молекулярной биологии появилась возможность определять время расхождения предковых форм, тем самым дополняя историческую летопись нашей планеты. Вы можете никогда не найти большую часть вымерших форм, но в ДНК всё равно содержится информация о том, как эта молекула жизни изменялась с течением времени. Это, как минимум, позволяет предположить , что промежуточные формы, хотя и вымерли, но всё же существовали. И не есть ли наличие огромного количества одинаковых генов одним из самых убедительных доказательств общего происхождения разных животных, с виду так непохожих друг на друга?

У Дарвина в своё время не было возможности исследовать гены организмов. И даже без этого он смог проделать поистине огромную и величайшую работу. В одной только 6 главе содержится более 15 примеров, на которых учёный объяснил процесс видообразования, ответил на вопрос почему промежуточные формы не всегда можно обнаружить, просто и ясно пояснил последовательность формирования глаза и т.д..

В эволюцию можно не верить, можно требовать новые и новые доказательства её правдивости, это выбор самого человека. Но это никоим образом не повлияет на то, что теория эволюции уже давно не просто теория — это научный факт, оспорить который возможности не предоставляется.

Теперь пришло время поговорить о тех новшествах, которые произошли в науке со времени выхода Происхождения видов. Рассмотрим каждую проблему, выделенную самим Дарвином, в отдельности для более чёткого видения картины.

Проблема №1 «Отсутствие переходных форм»

Хочется отметить в самом начале обсуждения этого вопроса, что отсутствие знаний о находках промежуточных форм совсем не означает, что отсутствуют сами формы. Многие люди почему-то совсем забывают об этом во время споров.

Как писал сам Дарвин в начале 6ой главы, вполне очевиден тот факт, что форма более приспособленная вытеснит ту, которая приспособлена менее. Следовательно менее приспособленные промежуточные формы с течением времени исчезли под давлением более совершенных в данных условиях «конечных» форм. Этот процесс обусловлен естественным отбором. Основной проблемой, возникающей при рассмотрении всех аспектов данного вопроса является существование промежуточных форм в промежуточных по условиям зонах. Но и здесь Дарвин нашёл ответ — как правило, более многочисленные виды населяют довольно обширные территории, в то время как нейтральная полоса между ними заселена менее многочисленной промежуточной формой. В силу своей численности, разновидности в скором времени вытеснят эту промежуточную форму, и более мы её не увидим. Приведу пример современных исследований по данной тематике.

В изучении эволюции болезнетворных бактерий до сегодняшнего момента находилось немало трудностей, связанных с отсутствием их предковых форм. Однако сейчас ситуация поменялось, появились современные методы, которые позволяют выделять ДНК из археологического материала, изучать её и на основе исследований восстанавливать картину древних эпидемий, а так же находить предшественников современных патогенных микроорганизмов.

При рассмотрении возбудителей туберкулёза интереснейшим объектом являются штаммы семейства Beijing. Этот штамм наиболее заразен, а так же обладает способностью быстро приспосабливаться к противотуберкулёзным препаратам. Данные особенности создают определенные проблемы в лечении. При изучении популяций бактерий туберкулёза популярным является метод MIRU—VNTR, основанный на обнаружении в ДНК тандемных повторов. Обладающие родством культуры микроорганизмов имеют одинаковое число тандемных повторов в особых участках хромосомы, участки эти называются MIRU—VNTR-локусами. На основании данного метода можно прослеживать родственные связи между различными штаммами семейства, а затем построить филогенетическое дерево, которое будет отражать эволюционные связи между ними. В результате исследований было выявлено, что наиболее распространённым является штамм М11, располагающийся в центре филогенетического древа. Можно предположить, что именно этот штамм является основоположником всех остальных. При рассмотрении географического распространения штамм М11 встречается по большей части в Китае, с востока на запад до северо-запада РФ численность убывает, а вот в Европе М11 практически отсутствует.

Этот пример показывает основополагающую роль в сегодняшних научных исследованиях молекулярной биологии.

Если посмотреть на всех существующих в мире животных, бактерий, то иногда сложно даже представить, что они имеют хоть что-то общее. Однако ученые смогли найти гены, которые совпадают для эукариот и прокариот. Из этого следует вывод, что должен был быть кто-то, от кого они эти гены получили. LUCA (Last Universal Common Ancestor) или последний всеобщий предок — это одноклеточный, напоминающий бактерию микроорганизм, живший на земле примерно четыре миллиарда лет тому назад. По всей видимости, именно он являлся родоначальником современных организмов.

Ученые показали, что LUCA жил в бескислородных условиях (анаэроб), при высоких температурах (термофил), а энергию получал из неорганики (CО2-фиксирующий водородзависимый автотроф).

Плавномерно от этого примера перейдём к следующему, показывающему, что такое событие, как происхождение многоклеточных, несомненно, являющееся интеграционным многих факторов, тоже поддаётся объяснению, а сами причины этого в настоящей момент активно исследуются.

Примерно 800 миллионов лет тому назад на Земле появились многоклеточные. Само по себе наличие множества клеток подразумевает определенные трудности в поддержании их в определённой форме, а так же обеспечении согласованной работы. До сих пор не установлено, что же именно позволило перейти к состоянию многоклеточности, однако, одно из недавних предположений говорит о том, что в этом сыграло свою роль изменение функций фермента гуанилаткиназы (GK), превратившейся в GK-PID, определяющий ориентацию веретен деления в клетках.

Если гены ДНК GK-PID содержат мутации - геометрия деления клеток нарушается. Новые ткани уже не образовывают упорядоченные структуры, они становятся бесформенными. То же самое могло происходить с клетками в составе самых ранних протомногоклеточных.

Для понимания, имело ли это действительно место в образовании многоклеточных, ученые решили реконструировать древние варианты GK-PID. Они сравнили эту молекулу с ферментом гуанилаткиназой, которая у человека и других млекопитающих помогает «строить» цепи ДНК. Для этого ученые сравнили гены, кодирующие эти два белка, у представителей 200 различных видов животных и простейших. Оказалось, что у многоклеточных организмов последовательность ДНК, кодирующая GK-PID, отличается от аналогичной последовательности одноклеточных всего на один триплет нуклеотидов — группу, кодирующую одну аминокислоту. Именно это отличие (замена Ser на Pro) дало предковой форме GK-PID способность цепляться за белки-маркеры у плазматической мембраны. У одноклеточных его аналог, как и гуанилаткиназа, служит для сборки ДНК.

Проблема №2 «Органы высокой степени совершенства и сложности»

Теперь переходим ко второй проблеме, указанной в 6ой главе. Я не совсем понимаю, почему многим людям так не верится в то, что в ходе эволюции возник глаз и совсем никто не удивляется, как же мог возникнуть мозг.

На счёт глаза - Дарвин в своей книге указал примерную последовательность стадий его развития, привёл как пример этих стадий развитие глаза в эмбриогенезе и наличие у разных животных глаз различной сложности (перечислять конкретные примеры, приведённые в книге смысла не имеет, если кому-то интересно, то можно прочитать мысли Дарвина собственно в книге Дарвина).

Хочу всё же вернуться к интересующему конкретно меня вопросу, а именно, вопросу об эволюции мозга. По моему мнению, этот орган заслуживает отдельного внимания, как минимум потому, что является признанно самой сложной и удивительной структурой, созданной природой. В мозге взрослого человека содержится около 1011 нейронов, которые связаны еще бόльшим количеством связей — примерно 1011–1013. Для того, чтобы проследить эволюцию мозга на клеточном уровне, необходимо, как минимум, детально разобраться в схеме этой клеточной работы, что до сих пор не совсем удалось. Корреляции между различными отделами мозга, их сходным эмбриональным развитием, выполнением этими отделами одинаковых функций у различных животных известны уже довольно давно, и только это в общем-то уже является достаточно веским основанием предполагать, что мозг развивался в ходе эволюции последовательно, путём наложения новых более совершенных структур на старые и модификациями размеров отделов мозга.

Однако, современные технологии позволяют нам узнать немного больше об этом сложнейшем органе. Довольно новое направление в нейробиологии - конструирование структур, подобных мозгу, для лучшего понимания работы его отдельных частей и их интеграции между собой.

В проекте Blue Brain ученые создали участок соматосенсорной коры размером 0,29 мм3, называющийся колонкой. Нейроны этой области управляют движениями тела, а также анализируют тактильную информацию. В пределах колонки коры нейроны более тесно связаны друг с другом, чем с нейронами соседних колонок, это позволяет увидеть сию структуру анатомически. Колонка имеет схожую структуру в зрительной, слуховой и прочих областях коры. Именно поэтому изучение такого, на первый взгляд, небольшого участка позволяет довольно много сказать о работе мозга в целом. Чтобы смоделировать колонку, ученые записали активность 14 тысяч нейронов в срезах мозга и воссоздали около 8 миллионов связей между ними. Эта работа проходила в течении 10 лет!

Можно подумать, что этот пример не совсем связан с темой эволюции и не отражает решения поставленной Дарвином проблемы. Однако, я считаю, что если человек научится конструировать части мозга, а затем изменять какие-то их составляющие, то можно будет посмотреть на эволюцию мозга в реальности. Путём добавления или изъятия основных функциональных центров, с помощью современной науки, можно будет создавать организмы с различными мозговыми структурами, а затем смотреть какими свойствами они обладают и сравнивать с уже имеющимися данными по поведению существующих животных. Чем не доказательство эволюции путём воссоздания этого самого процесса изменения мозга с течением времени. Да, до таких масштабных исследований ещё довольно далеко, но я уверена, что подобное будет возможно.

Так же одним из убедительных примеров эволюции мозга является корреляция между умственными способностями и отношению массы мозга к массе тела. Мозг млекопитающих в 10-100 раз более массивен, чем мозг современных рептилий сопоставимого размера. Различия между млекопитающими и динозаврами ещё больше.

Можно сказать, что это всего-лишь совпадение : расположение животных в хронологическом порядке по ходу эволюции, относительные размеры их мозга и интеллект очень красиво пересекаются между собой, но всё же слишком гладко для совпадения.

Последний пример, который я бы хотела привести будет связан с беспозвоночными — осьминогами. Головоногие моллюски по праву считаются наиболее интеллектуальными из беспозвоночных.

В Чикагском университете было проведено полногеномное секвенирование и секвенирование транскриптома (RNA-Seq) двенадцати тканей калифорнийского двупятнистого осьминога. В итоге удалось выявить экспансию некоторых семейств генов в его геноме.

Одним из этих семейств являются гены протокадгеринов — белков клеточной адгезии. В геноме осьминога обнаружено 168 генов этих белков (почти в два раза больше, чем у человека), в то время как у дрозофилы и круглого червя генов протокадгеринов нет. Млекопитающим прогадгерины нужны для правильного развития НС и формирования синапсов. Видимо, для осьминога, у которого усиленная экспрессия этих генов происходит именно в нервной ткани, прогадгерины тоже имеют важное значение.

Примечательно, что увеличение набора генов протокадгеринов у осьминогов и позвоночных происходило скорее всего независимо, что является примером конвергентной эволюции на уровне молекул.

Таким образом, можно провести параллель между развитием мозга у совершенно разных таксонов таких как позвоночные и беспозвоночные, а ведь конвергенция сама по себе является одним из доказательств эволюции.

Заключение

В завершении хотелось бы сказать, что наша природа настолько удивительна сама по себе, что уже не вызывает сомнения тот факт, что все те структуры, наблюдаемые нами ежедневно, все организмы с их великим разнообразием морфологии, но при этом сходные на клеточном и молекулярном уровне, были созданы в ходе эволюции. Поэтапно на протяжении миллиардов лет вселенная развивалась, развивалась наша планета. Сейчас мы видим достаточно подтверждений того, что это в действительности происходило подобным образом. Чарльз Дарвин же увидел и доказал это ещё в 19 веке, может быть поэтому спорные вопросы, существовавшие тогда, продолжают иногда всплывать и сейчас. Однако, мы располагаем всеми средствами для того, чтобы в далёком будущем на Земле не осталось ни одного человека, который скажет, что эволюция не является доказанным фактом.

Список литературы:

1. https://biomolecula.ru/articles/mamonty-kosti-i-lekarstvennaia-ustoichivost-novye-tekhnologii-pozvoliaiut-izuchat-evoliutsiiu-vozbuditelei-infektsionnykh-zabolevanii

2.https://biomolecula.ru/articles/perekhod-k-mnogokletochnosti-gk-meniaet-professiiu

3.https://biomolecula.ru/articles/v-dikikh-usloviiakh-kak-zhil-poslednii-vseobshchii-predok-luca

4.https://biomolecula.ru/articles/blue-brain-project-sviazi-i-khaos

5.https://biomolecula.ru/articles/osminozhii-genom

6. Карл Саган «Драконы Эдема»