Волшебная эволюция

Ученые, посвящающие себя разгадке больших и малых тайн природы, опираются на опыт своих предшественников, которые ранее искали ответы на схожие вопросы. Приступая к очередному исследовательскому проекту, я в первую очередь пытаюсь найти всю информацию, уже имеющуюся в распоряжении науки, и зачастую нахожу полезные данные как в свежих исследованиях, так и в трудах самых первых биологов. Хотя многие ученые заслуживают уважения в этой связи, ни одну книгу об эволюции невозможно написать без упоминания Чарльза Дарвина. Почти вся деятельность современных биологов основана на принципах, заложенных Дарвином в его труде «Происхождение видов», увидевшем свет в 1859 году.

Вплоть до публикации научной работы Дарвина монополия на объяснение загадок природы принадлежала церкви. Бог поместил на Землю человека и животных, все они были приспособлены к своим задачам, поскольку Бог сотворил их именно такими. И точка. Дарвин же, напротив, аргументировал развитие естественным отбором. Хотя его взгляды были приняты научным сообществом не сразу, сейчас мы располагаем убедительными доказательствами того, что Дарвин был прав.

И все же Дарвин знал довольно мало о лежащем в основе эволюции механизме. Только в 1953 году, почти через сто лет после публикации «Происхождения видов», было совершено открытие, относящееся к структуре ДНК. Розалинд Франклин, Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс выяснили, как устроена ДНК^[2]. После этого открытия стало ясно, как именно наследственная информация хранится и передается потомкам. Когда мы наследуем те или иные качества от своих родителей, происходит копирование их ДНК, то есть генов. Я не стану подробно описывать генетический механизм, скажу лишь, что гены образуют основу, откуда следует все, в том числе и образ жизни животных. Поняв самое главное о генах, мы сможем лучше разобраться в самых странных природных феноменах.

Гены, отдельные участки молекулы ДНК, являются своего рода инструкцией. В них закодирована, то есть прописана, информация о последовательности аминокислот в структуре белков, набор которых определяет все, начиная от цвета глаз и заканчивая даром речи. Жабовидная ящерица разбрызгивает кровь из глаз потому, что в ее генах заложены способности, необходимые для функционирования этого механизма, например способность перекрывать отток крови из головы. Гены располагаются в строго определенном порядке, который называется генoмом. Благодаря сложному взаимодействию миллионов генов внутри генома формируется мышечный каркас, гормоны, нервная система, тип реакции и множество других элементов, сумма которых и составляет модель поведения. Если поведение оказывается полезным, существует высокая вероятность, что отвечающие за него гены передадутся следующему поколению, и тогда, со временем, подобное поведение станет обычным для особей этого вида, поскольку оно будет закреплено в генах. У тех же муравьев-листорезов имеется множество различных генов, благодаря которым муравьи знают, где искать листья, как выстраиваться в колонну, как ухаживать за грибницей; эти гены передаются из поколения в поколение на протяжении миллионов лет.

Группа животных одного вида, проживающих вместе и обменивающихся генетическим материалом, то есть спаривающихся, называется популяцией. Понятия вид и популяция пересекаются, но как правило, вид состоит из нескольких популяций. Например, все проживающие на одном острове лисы составляют одну популяцию. В фокусе внимания эволюции находятся изменения, затрагивающие среднестатистического представителя популяции или вида. Если в Норвегии рождается один человек с очень длинными ногами, это вовсе не означает, что население Норвегии в целом хоть как-то изменилось. Чтобы говорить об эволюционном развитии, должно быть зафиксировано увеличение среднего роста населения. Изменение должно затронуть те гены, которые являются обычными и распространенными.

Существуют три основных способа изменения генов от поколения к поколению: рекомбинация, мутация и селекция. Рекомбинация происходит при спаривании двух организмов, в результате чего потомство получает комбинацию генов обоих родителей. Половина генов достается приплоду от матери, половина — от отца. Так происходит у всех животных, однако иногда случается, что у отпрыска, при объединении свойств родителей, возникают совершенно новые качества, которыми предки не обладали. Такое, например, может произойти, если спариваются представители разных видов и у них рождается потомство. В Южной Америке обитает ядовитая гадюка Bothrops neumedi, яд которой состоит из смеси различных белков. Одни белки вызывают быстрое свертывание крови, другие запускают воспалительные процессы. У предков этой змеи яд был значительно проще по составу и воздействию, однако со временем при спаривании особей с разными свойствами ядов сформировался сложносоставной яд, вызывающий синяки, опухоли и даже смерть клетки у человека, а также способный убить небольшую мышь.