Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина

Они также научили нас тому, что развитие организма не строго определено ДНК своих клеток. Внешние неблагоприятные факторы могут направить ход развития по патологическому пути. Кроме того, генетика организмов, в том числе диких, обычно устроена таким образом, что «нормальное» развитие происходит, несмотря на изменения в некоторых генах. Это так называемое «канализированное» развитие имеет большое значение для процессов эволюции, из-за постоянных перепадов температуры, химического дисбаланса, паразитических бактерий и вирусов; растущий организм должен быть «огражден» от этих вариаций. Пути развития должны быть гибкими, чтобы «такие же» хорошо приспособленные создания происходили на свет, независимо от поведения окружающей среды. По крайней мере, в допустимых пределах.

Существует множество тактик и стратегий развития, которые помогают это исполнить. Они варьируются от простых уловок вроде белков HSP90 до весьма хитрых различающихся признаков млекопитающих.

HSP – это «белки теплового шока» («heat shock protein»). Существует около 30 таких белков, и они производятся в большинстве клеток в ответ на внезапные, но не очень значительные перепады температуры. В ответ на другие потрясения производятся другие белки. Но HSP90 называется так потому, что находится в более длинном списке клеточных белков. Как и большинство HSP, он является шаперонином – его задача состоит в том, чтобы окружать другие белки во время их создания, чтобы длинные цепочки аминокислот сворачивались, образуя «правильную» форму. HSP90 справляется с этим очень хорошо – даже в тех случаях, когда ген, кодирующий этот белок, накопил много мутаций. Тогда организм их не «замечает», обладает «нормальным» белком, а его внешний вид и поведение ровно такие же, что и у его предков.

Однако если во время развития наступает тепловой шок или другая критическая ситуация, HSP90 выходит из своей роли шаперонина и другие, менее мощные шаперонины, позволяют мутационным изменениям проявиться у большинства потомков. Для эволюции это означает сохранение организмов без изменений до тех пор, пока он не испытает резкое давление внешней среды – тогда в нем внезапно, за одно поколение, проявятся многие из скрытых ранее, но передаваемых по наследству изменений.

Большинство книг, описывающих эволюцию, похоже, признают, что окружающая среда сразу же оценивает каждую мутацию, определяя, хорошая она или плохая… но одна маленькая уловка, HSP90, присутствующая у большинства животных и многих бактерий, превращает это утверждение в бессмыслицу. А из открытия Левонтина, который показал, что треть генов имеет распространенные варианты в диких популяциях и что ими обладают все организмы, ясно, что древние мутации непрерывно тестируются в различных современных комбинациях, тогда как потенциальные эффекты от более недавних скрываются HSP90 и ему подобными белками.

Уловка, к которой прибегают млекопитающие, оказывается гораздо сложнее и имеет значительные последствия. Приняв более новую и более управляемую стратегию развития, они перестроили свои гены и избавились от многих генетических сложностей, на которые полагались их предки-земноводные.

Большинство лягушек и рыб, чьи яйца во время эмбрионального периода обычно испытывают огромные изменения среды и перепады температуры, заботятся о том, чтобы на свет появлялись «такие же», как они, головастики, которые вырастают в «таких же» взрослых особей. Представьте лягушачью икринку в замерзшем английском пруду, который в течение дня нагревается до 35°C, когда зародыш находится в ранней хрупкой стадии развития; затем испытывать те же перепады приходится и едва вылупившимся головастикам. И представьте, наконец, лягушек, которыми становится лишь малая их часть.

Скорость большинства химических реакций, в том числе многих биохимических, изменяется в зависимости от температуры. Для превращения икринки в лягушку необходимо, чтобы все процессы ее развития были подогнаны друг к другу, и критическое значение при этом имеет выбор подходящего времени. Так как же происходит развитие лягушки, если среда изменяется столь часто и быстро?

Ответ таков, что геном лягушки «содержит» много аварийных планов на случай различных сценариев поведения внешней среды. Существует много разных ферментов и других белков, необходимых для ее развития. Все они вводятся в икринку, пока та находится в яичнике лягушки-матери. Каждый из них имеет, вероятно, с десяток вариантов, предназначенных для различных температур (быстрые ферменты для низких температур, медленные – для высоких, для того чтобы продолжительность развития была более-менее одинаковой[67]), а также «ярлыки», помечающие их группы, чтобы эмбрион мог выбрать тот, который ему нужен в зависимости от температуры. Животные, чье развитие должно быть таким образом ограждено от неблагоприятного воздействия, используют значительную часть своей генетической программы, чтобы составлять аварийные планы для многих других вариаций – в дополнение к перепадам температуры.