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

Уже на первых этапах развития этой новой науки выяснилось, что при всех видимых различиях формы и физиологии сложных животных — мух и птиц-мухоловок, динозавров и трилобитов, бабочек, зебр и людей — их объединяет общий "инструментальный набор" генов, которые контролируют формирование и разметку тела животных и всех его частей. Подробнее я расскажу об открытии этого набора и о замечательных свойствах входящих в него генов в третьей главе. Сейчас важно понять, что обнаружение этих генов перевернуло прежние представления о родственных связях между животными и о том, что делает животных такими разными, а также позволило по-новому взглянуть на эволюцию.

В результате секвенирования полной последовательности ДНК разных видов животных (их геномов) стало известно, что у дрозофилы и человека имеется большой набор общих генов развития; более того: у человека и мыши 29 000 идентичных генов, а человек и шимпанзе на генетическом уровне идентичны почти на 99%. Эти цифры и факты, возможно, унижают тех, кто хочет видеть человека стоящим выше всего животного мира, а не его эволюционировавшей частью. Но я бы хотел, чтобы гораздо больше людей разделяли мнение, которое выразил комик Льюис Блэк. Он сказал, что нет смысла дискутировать с теми, кто нападает на теорию эволюции, поскольку "у нас есть ископаемые. Мы выиграли". Отлично сказано, господин Блэк, хотя у нас есть нечто большее, чем просто ископаемые.

Действительно, новые факты и открытия эмбриологии и эво-дево отметают последние избитые аргументы противников эволюции об отсутствии промежуточных форм и низкой вероятности эволюции сложных структур. Теперь мы понимаем, каким образом полноценный сложный организм строится из единственной клетки. При помощи новейшего набора эффективных методов мы можем наблюдать, каким образом модификации развития приводят к возрастанию сложности и разнообразия. Открытие древнего набора генов развития однозначно доказало происхождение животных, включая человека, от примитивного общего предка. Эво-дево позволяет проследить изменения структур на длительных временных промежутках и увидеть, как плавники рыб превратились в конечности наземных позвоночных, как в результате последовательных преобразований из примитивной трубчатой ноги возникли элементы ротового аппарата, ядовитые когти, плавательные и питающие конечности, жабры и крылья и как самые разные варианты глаз были построены на основе группы светочувствительных клеток. Обилие новых данных, полученных эво-дево, позволяет воссоздать живую картину того, как создается и эволюционирует форма животных.

Парадокс набора генов развития и истоки биоразнообразия

Идея об общности набора генов, регулирующих формирование плана строения, и о сходстве нашего генома с геномами других животных постепенно распространяется среди широкой публики. При этом, однако, остается без внимания некий парадокс. Если наборы генов у разных видов так похожи, откуда берутся различия? Разрешение этого парадокса и выводы из него составляют основную тему моей книги. Парадокс генетического сходства различающихся видов разрешается с помощью двух ключевых идей, которые я изложу и к которым буду постоянно возвращаться по ходу повествования. Эти идеи имеют огромное значение для понимания того, каким образом инструкции, специфичные для каждого вида животного, записаны в ДНК, и как создается и эволюционирует форма. Эти идеи весьма скудно отражены в средствах массовой информации, но они очень важны для понимания таких важнейших эпизодов истории жизни на Земле, как взрыв биоразнообразия в кембрийском периоде, эволюция разнообразия внутри отдельных групп животных, таких как бабочки, жуки или вьюрки, а также наша с вами эволюция от общего предка с шимпанзе и гориллами.

Первая идея заключается в том, что биоразнообразие связано не только с тем, какие именно гены входят в набор генов развития, сколько, говоря словами Эрика Клэптона, "it's in the way that you use it" — с тем, как они используются. Создание формы происходит посредством включения и выключения генов в разное время и в разных местах в процессе развития организма. Различия формы являются следствием изменения времени и места использования генов, особенно тех, которые регулируют количество, форму и размер структур. Мы увидим, что гены могут использоваться множеством способов, и именно за счет этого создается невероятное разнообразие форм тела и его частей.