Дарвин на отдыхе. Размышляем над теорией эволюции

Наблюдение за эволюцией в действии на примере животных по-прежнему играет важную роль для науки. Естественный отбор был главной темой исследования галапагосских вьюрков, продолжавшегося несколько десятилетий (см. главу 4), а половой отбор – предметом изучения популяции благородных оленей, обитающих на удаленном острове Рам в Шотландии. Эксперименты позволили проверить некоторые гипотезы, связанные со скоростью эволюции. На несколько островков во Флориде была завезена ящерица из рода анолисов, где она столкнулась с уже существующим местным близким видом. Этот вид изменил свое поведение, переместившись на более высокие ветки, недоступные вновь прибывшим конкурентам. Менее чем за двадцать поколений у этого вида пальцы стали заметно шире, адаптировавшись к перемещению по более тонким веткам. Другие ящерицы, из рода стенных (Podarcis), были завезены в 1971 году на один из островов в Адриатическом море. В 2004 году их потомки, ставшие заметно крупнее и медленнее, частично превратились в вегетарианцев с анатомическими изменениями в системе кишечника.

Беззащитные слоны

В Африке сегодня все чаще встречаются слоны, лишившиеся основного средства обороны. Это изменение связывают с браконьерами, главная цель которых – добыча слоновой кости из бивней. В газетах встречаются такие заголовки: «Слоны теряют бивни, чтобы не пасть жертвой браконьеров» или «Африканские слоны, возможно генетически мутировали, чтобы рождаться без бивней, предполагают ученые!». Но ученые этого никогда не говорили. Такие формулировки предполагают, будто слоны заинтересованы остаться без бивней и могла произойти мутация для защиты от браконьеров. Такое «телеологическое», типично ламарковское объяснение кажется очевидным, однако оно ошибочно.

В действительности речь идет об отборе (не вполне естественном, в данном случае). Мутация, вызывающая отсутствие бивней, существовала уже довольно давно, но слоны-мутанты проигрывали в повседневной жизни, поэтому такая мутация распространялась крайне мало. Сегодня браконьеры не трогают этих слонов-мутантов. И пока обладатели бивней погибают и реже оставляют потомство, мутанты выживают и размножаются, передавая мутацию детенышам. Доля слонов без бивней возрастает довольно быстро. В ближайшие десятилетия африканские слоны, возможно, выживут исключительно ценой потери бивней.

Полевые эксперименты систематически дополняются анализом ДНК, позволяющим оценить эволюцию отдельных особей на генетическом уровне. Исследователи прибегают к математическим моделям структуры популяции, используя принципы теории игр для анализа поведенческих стратегий животных. Поведенческая биология включила теорию эволюции в свой анализ динамики экосистем.

Похожие процессы коснулись и эмбриологии, которая долгое время развивалась вне пределов теории эволюции. Одна из ветвей этой дисциплины, «эволюционная биология развития», получила изящное название «эво-дево»[15]. Значение развития в эволюции видов было продемонстрировано на многочисленных примерах заметных модификаций органов под воздействием изменений в хронологии экспрессии генов (см. пример с вьюрками, в главе 4). Сегодня «эво-дево» стала весьма активной отраслью наук об эволюции.

Эпигенетика, возвращение к ламаркизму?

Все клетки одного растения или животного (включая, разумеется, и человека) идентичны с точки зрения генетики. Однако каждый организм состоит из комплекса совершенно разных клеток: мышечных, нервных, энтероцитов, яйцеклеток или сперматозоидов и т. д. «Генетической программы», для которой, как предполагалось, возникла ДНК, недостаточно для определения судьбы клетки (см. главу 4).

Дифференциация клеток связана с их окружением, а также с использованием генов, свойственных этой клеточной линии или особи. Каждый тип клетки отправляет часть генов отдыхать, пока другие гены экспрессируются. Именно поэтому один и тот же геном производит клетки, различающиеся формой и назначением.

Один из методов, используемых клеткой, состоит в присоединении к генам для их ингибирования или активации одной молекулы в качестве своеобразного сигнального флажка. В зависимости от сути этого флажка ученые говорят о метилировании или ацетилировании ДНК. Обычно метилирование приводит к деактивации гена, но итог такой маркировки значительно различается в зависимости от типа затронутого органа, природы генов или количества проставленных флажков!

Самые разные события способны провоцировать появление или снятие такой метки. Они могут быть связаны с окружающей средой, плохим питанием, стрессом и т. д. В большинстве случаев в процессе формирования половых клеток в момент оплодотворения или первых делений клеток эмбриона эти метки обнуляются. Но некоторые гены сильнее других сопротивляются перепрограммированию. Тогда их флажок сохраняется и у следующих поколений. Другими словами, приобретенный признак может быть унаследован!