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

Эта патовая ситуация длилась несколько десятилетий. Эмбриологи были поглощены проблемами, которые можно было решить, работая с яйцеклетками и эмбрионами всего нескольких модельных видов животных, и проблема эволюционных изменений развития выходила за рамки их научных интересов. Эволюционисты изучали генетическую изменчивость в популяциях, игнорируя связь между генами и формой. Хуже того: в некоторых кругах к эволюционной биологии относились так, будто ее место — среди музейных древностей.

Это продолжалось до 1970-х гг., когда наконец были услышаны голоса, призывавшие к объединению эмбриологии и эволюционной биологии. Громче других звучал голос Стивена Джея Гулда, чья книга "Онтогенез и филогенез" оживила дискуссию о том, каким образом изменения развития могут влиять на эволюцию. Кроме того, Гулд встряхнул эволюционную биологию, когда вместе с Нильсом Элдриджем по-новому взглянул на палеонтологическую летопись и выдвинул идею прерывистого равновесия, согласно которой эволюция характеризуется длительными периодами стабильности (равновесие), прерывающимися короткими промежутками активных изменений (прерывистость). Книга Гулда и многие его последующие работы заставили пересмотреть "общую картину" эволюционной биологии и расставили акценты над оставшимися неразрешенными вопросами. Посеянные им зерна проросли в душе многих молодых ученых, к числу которых относился и я.

Для меня и многих других, кто рос в период расцвета молекулярной биологии, объяснившей механизм работы генов, ситуация в эмбриологии и эволюционной биологии казалась удручающей, однако обе науки обладали невероятным потенциалом. Отсутствие знаний в области эмбриологии приводило к тому, что дискуссия по поводу эволюции формы в эволюционной биологии практически полностью сводилась к беспредметным спекуляциям. Как можно достичь прогресса в понимании эволюции формы без научного представления о том, как вообще создается форма? Популяционным генетикам удалось установить, что эволюция происходит благодаря изменениям генов, но это положение не было подкреплено примерами. Не был охарактеризован ни один ген, изменение которого повлияло бы на форму тела и эволюцию какого-либо животного. Чтобы перейти на новый уровень понимания эволюции, был необходим прорыв в эмбриологии.

Революция в эво-дево

Всем было понятно, что в центре загадочных процессов развития и эволюции находятся гены. Зебры выглядят, как зебры, бабочки — как бабочки, а люди — как люди только по той причине, что обладают соответствующими генами. Проблема заключалась в том, что практически ничего не было известно о том, какие гены имеют значение для развития животных.

Длительный застой в эмбриологии, наконец, был прерван усилиями нескольких блестящих генетиков, которые, работая с плодовой мушкой дрозофилой, рабочей лошадкой генетики в последние восемьдесят лет, предложили способ поиска генов, контролирующих развитие. Открытие этих генов и их исследование в 1980-х гг. позволили совершенно по-новому взглянуть на развитие животных и выявить логику и механизмы процессов, на которых основано создание формы.

Практически сразу после того, как были охарактеризованы первые наборы генов дрозофилы, произошел взрыв, способствовавший началу новой революции в биологии. На протяжении более ста лет биологи были уверены, что разные животные и на генетическом уровне устроены совершенно по-разному. Чем сильнее различается форма двух животных, тем меньше общего их развитие имеет на уровне генов (если у них вообще есть что-то общее). Один из создателей направления современного синтеза Эрнст Майр писал, что "поиск гомологичных генов имеет смысл лишь в случае самых близкородственных организмов". Но, вопреки ожиданиям всех биологов, очень многие гены, которые сначала были охарактеризованы как гены, ответственные за формирование плана строения дрозофилы, имеют точные аналоги, которые отвечают ровно за то же самое у большинства других животных, включая нас с вами. Далее выяснилось, что развитие различных частей тела, таких как глаза, конечности и сердце, строение которых кардинально различается у разных видов животных и которые, как долгое время считалось, эволюционировали совершенно разными путями, контролируется одними и теми же генами у разных животных. Сравнительный анализ генов развития у разных видов животных превратился в новую дисциплину, находящуюся на границе между эмбриологией и эволюционной биологией. Эту дисциплину стали называть эволюционной биологией развития, или сокращенно эво-дево.