Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

На самом деле люди без зазрения совести в течение тысяч лет использовали этот процесс для выведения организмов с особыми характеристиками. Это называется искусственным отбором, и в действительности Дарвин разрабатывал свои идеи о естественном отборе, наблюдая за тем, как голубятники отбирают особенные экземпляры для выведения разнообразнейших пород. Искусственный отбор может давать впечатляющие результаты. Мы таким путем превратили серых волков в лучших друзей человека, формируя породы собак от крохотного чихуа-хуа до здоровенного датского дога. Этим же путем из полевой горчицы получили брокколи, кочанную, цветную, кормовую капусту и кольраби. Эти превращения произошли за сравнительно небольшое число поколений, что говорит о великой мощи эволюционного процесса, который может идти своим чередом миллионы лет.

Естественный отбор ведет к выживанию наиболее приспособленных – Дарвин, кстати говоря, такой термин не употреблял – и устранению особей, неспособных конкурировать. Вследствие данного процесса в популяциях накапливаются специфические генетические изменения, в конечном счете приводящие к устойчивым изменениям формы и функции живых существ. Этим объясняется то, как у некоторых жуков возникают красные пятна на крыльях, а другие приобретают умение плавать, скатывать шары из навоза или способность светиться во тьме.

Естественный отбор – глубокая идея, чье значение выходит за пределы биологии. Она обладает как объяснительной способностью, так и практической утилитарностью в ряде других дисциплин, не в последнюю очередь – в экономике и информатике. Например, в наши дни некоторые аспекты программного обеспечения и некоторые проектируемые компоненты таких технических устройств, как самолеты, оптимизируются алгоритмами, имитирующими естественный отбор. Можно говорить, что эти продукты эволюционируют, а не конструируются в обычном смысле слова.

Для того чтобы эволюция происходила путем естественного отбора, живые организмы должны обладать тремя важнейшими свойствами.

Во-первых, они должны быть способны к воспроизводству.

Во-вторых, они должны обладать системой наследования, с помощью которой задающая характеристики организма информация копируется и передается потомству при размножении.

В-третьих, система наследования должна характеризоваться изменчивостью, наследуемой в процессе репродукции. Именно на изменчивости строится естественный отбор. Он превращает медленный и случайным путем образующийся источник изменчивости в представляющийся безграничным и постоянно развивающийся арсенал жизненных форм, существующий вокруг нас.

Добавим, что для успешности отбора живые организмы должны умирать. Тогда следующее поколение, которое в потенциале содержит генетические вариации, дающие конкурентные преимущества, может их собой заменить.

Три обязательных свойства непосредственно вытекают из концепций клетки и гена. Все клетки воспроизводятся в ходе клеточного цикла, и у всех клеток есть система наследования, состоящая из генов, копируемых и наследуемых в виде хромосом в процессе митоза и деления клеток. Изменение вносится появлением случайных мутаций, изменяющих последовательности ДНК, – подобных той, что привела меня к открытию гена cdc2, – как следствий редких ошибок в копировании двойной спирали или же повреждения ДНК воздействием окружающей среды. Клетки исправляют эти мутации, но не совсем успешно, в противном случае все особи какого-либо вида были бы идентичными и эволюция остановилась. Из этого следует, что частота ошибок сама попадает под действие естественного отбора. Если она слишком велика, хранящаяся в геноме информация деградирует и обессмыслится, а если слишком мала, уменьшится возможность эволюционного изменения. В долгосрочной перспективе самыми успешными будут виды, способные сохранять правильный баланс между постоянством и изменением.

В сложных эукариотических организмах дальнейшая изменчивость вносится половым размножением при перемешивании части хромосом в ходе деления клеток, при котором образуются половые клетки (также называемые зародышевыми клетками: сперматозоиды и яйцеклетки у животных, пыльца и семязачатки у цветковых растений) во время мейоза. В этом главная причина, почему родные братья или сестры генетически отличаются друг от друга: если гены их родителей уподобить колоде карт, каждый из них – плод разной генетической «сдачи».