Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Иногда модульное строение той или иной структуры неочевидно. Сложный рисунок на крыльях бабочки может показаться беспорядочным, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что узор всегда составлен из повторяющихся мотивов. Нижняя сторона крыла голубой бабочки Morpho имеет повторяющийся рисунок, состоящий из полосок, шевронов (рисунок в виде буквы V) и пятен, и все элементы рисунка разделены жилками крыла (рис. 1.5). Таким образом, каждый элемент крыла, ограниченный крыловыми жилками, можно рассматривать как структурную единицу. А общий узор крыла создается в результате повторения этих модульных единиц, в какой-то степени различающихся размером либо формой линий, шевронов или пятен.

Рис. 1.5. Сериальный повтор элементов на нижней стороне крыла голубой Morpho. Каждое крыло состоит из нескольких субъединиц (модулей), ограниченных двумя жилками и краем крыла. Каждая субъединица содержит вариации на тему одних и тех же элементов рисунка — пятен-глазков, полосок и шевронов. Бабочка — подарок Нипама Патела, фотография Джейми Кэрролл.

Дизайн, основанный на повторяемости элементов, характерен даже для очень мелких и невидимых невооруженным глазом структур. Изумительно красивые крылья бабочек на самом деле состоят из мельчайших чешуек. Каждая чешуйка — вырост, образованный отдельными клетками, выстроенными в множество рядов. Каждая чешуйка имеет свой цвет, и все они, подобно мазкам на картине художника-пуантилиста, складываются в общий рисунок, когда мы охватываем глазом всю картину целиком. Рисунок на теле рыб, змей и ящериц тоже образован чешуйками (не такими, как у бабочек), выстроенными в упорядоченный геометрический узор. Способность чешуек отражать или преломлять свет зависит от еще более тонких деталей клеточной микроанатомии, определяющей длину волны поглощенного или отраженного света (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Повторение на микроскопическом уровне. Чешуйки на крыле бабочки подобны мазкам на картине художника-пуантилиста: каждому мазку соответствует одна чешуйка специфического цвета. Вместе эти чешуйки (или мазки) формируют геометрический рисунок. Фотография Стива Пэддока.

Этих примеров достаточно, чтобы оценить невероятно сложную задачу развития — создание полноценного организма из одной-единственной крошечной клетки. Здесь задействовано множество деталей, и все эти детали важны. Небольшое изменение на ранней стадии развития приводит к целому каскаду последствий. Что же это за процесс, который позволяет собрать массивного динозавра и аккуратно раскрасить пятна на крыльях бабочки?

Учитывая такое невероятное разнообразие размеров и форм животных, детали развития каждого вида кажутся "почти бесконечным набором особенностей, каждую из которых следует рассматривать в отдельности", как всего четверть века назад заметил молекулярный биолог Понтер Стент. Однако биологи были удивлены и обрадованы, когда обнаружили, что в строении животных существуют закономерности, которые, к счастью, проявляются не только во внешности, но и гораздо глубже — на уровне генетических механизмов развития. Итак, в этой главе я начну рассказывать о внешнем сходстве, а в последующих двух главах мы поговорим о сходстве на более глубоком уровне — на уровне генов.

Эволюция как изменение числа и типа элементов

Модульное строение животных определяет их форму. Анатомы уже давно заметили, что, вне зависимости от внешних различий, тела и части тел животных так или иначе строятся вокруг нескольких явственных тем. Больше столетия назад некоторые из этих тем были очерчены английским биологом Уильямом Бэтсоном. Его идея оказалась очень полезной для понимания логики строения животных и того, как в эволюции появляются варианты одной общей темы.