Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов - Джонатан Б. Лосос

Близкородственный эффект особенно очевиден при сравнении популяций одного и того же вида, который часто повторно развивает один и тот же признак, сталкиваясь с похожими условиями обитания. В первой главе я привел много примеров: мыши в песчаных дюнах, пещерные рыбы, ядовитые тритоны и их хищники, подвязочные змеи, люди. И еще один пример.

Трехиглая колюшка[45] – это маленькая рыбка, обычно около двух дюймов в длину, которая обитает в прибрежных водах северной части Северного полушария. Самой отличительной характеристикой этой тонкой рыбки, как можно догадаться по ее названию, являются три длинных иглы, расположенные в ряд вдоль хребта перед спинным плавником. А снизу, там, где должен быть брюшной плавник, находится еще одна игла.

Вероятно, хищники представляют серьезную угрозу для этих обитателей океана, потому что кроме того, что эти иглы могут вставать дыбом, бока рыбы защищены броней в виде костистых щитков. У некоторых особей их количество достигает сорока штук.

Во время последнего ледникового периода большая часть Северного полушария была скрыта ледниками. Когда примерно десять тысяч лет назад лед растаял, в океан стекли новые потоки рек. Как и лосось, колюшка размножается в пресной воде, и местные популяции быстро использовали преимущества этих новых мест для нереста.

Но потом ландшафт снова изменился. Когда толща льда высотой в милю накапливается на земле, то поверхность прогибается под его весом. Но как только лед исчезает, земля медленно возвращается в исходное положение. И когда подобное произошло на территории нынешней Канады, часть водных потоков оказалась отрезанной от океана, в результате чего образовались озера. В итоге в этих озерах осталась бывшая ранее морской колюшка.

Подобный процесс происходил с бессчетными тысячами рек, ручьев и протоков, в особенности вдоль западного побережья Северной Америки. Эти водоемы были в геологическом отношении новыми образованиями, недостаточно заселенными: лишь несколько других видов океанической рыбы составили компанию колюшке. Как итог эти новые озерные популяции оказались в абсолютно новых для себя условиях обитания там, где практически отсутствовали хищные рыбы.

Как следствие этого, популяции озерной колюшки, каждая из которых была изолирована в своей собственной «лоханке» и эволюционировала независимо от других, менялись параллельно. Зачем терять энергию и ресурсы, строя защиту против несуществующих хищников? Популяции конвергентно потеряли большую часть своей брони, и их иголки усохли. Генетические исследования показали, что эта параллельная эволюция затронула геном. Во всех озерных популяциях одинаковые генетические изменения воздействовали на эволюцию брони и иголок.

Распространенность конвергенции среди близкородственных популяций и видов вполне понятна. Близкие родственники, как правило, похожи генетически, так что естественный отбор, вероятней всего, будет задействовать одинаковые генетические системы. Более того, родственники чаще похожи во многих фенотипических признаках.

Из-за этих похожестей близкородственные виды и популяции имеют одинаковые эволюционные предрасположенности, которые с большой долей вероятности будут развиваться так, а не иначе. Некоторые эволюционные биологи считают эти предрасположенности привязками или эволюционными тенденциями, которые могут действовать несколькими разными способами. Самый очевидный – это генетическая похожесть близких родственников, но при этом могут возникнуть более незаметные качества. Эволюционировавший у предка признак может мешать каким-то эволюционным вариантам, в результате чего развитие среди потомков данного вида произойдет ограниченным количеством других способов. Либо же предок сможет развить у себя признак, который проложит путь для эволюции второго признака.

Подобное потенцирование, как называют сейчас данный феномен молекулярные биологи, будет обладать таким эффектом, что у всех близкородственных видов разовьется второй признак, тот, который вряд ли возникнет у вида, произошедшего не от этого предка.

На основе всех этих факторов родственные виды, вероятней всего, конвергентно разовьют одинаковые качества, столкнувшись с похожими селективными требованиями. Но это вовсе не означает, что дальние родственники не могут конвергировать. Это, конечно же, происходит, только менее часто.

СЕЙЧАС САМОЕ ВРЕМЯ ненадолго отклониться от темы и подчеркнуть, что конвергенция не обязательно отражает адаптацию к одинаковым обстоятельствам или вообще является результатом адаптации. Причина в том, что естественный отбор – не единственный процесс, заставляющий признаки эволюционировать. Периодически характерные черты эволюционируют случайным образом, в частности, в маленьких популяциях. Признак также может развиться, потому что генетически он связан с другим признаком, который предпочел естественный отбор, или как результат устойчивой миграции из другой популяции. Как следствие, конвергентная эволюция может происходить по случайному совпадению, если у двух популяций развились одинаковые свойства, не связанные с адаптацией. Подобная неадаптивная конвергенция может быть наиболее превалирующей среди родственных популяций или видов из-за их общих эволюционных предрасположенностей.

Примером здесь могут служить пальцы саламандры. У большинства саламандр конвергентно эволюционировали пальцы: их четыре вместо стандартного наследственного комплекта из пяти пальцев. Количество пальцев[46] у взрослой саламандры определяется тем, сколько клеток участвует в процессе формирования конечностей на стадии эмбрионального развития. Все, что сокращает число клеток в зачатке конечности – например, увеличение размера клетки или общее уменьшение размера тела, – может привести к сокращению количества пальцев. У нас нет доказательств, что подобное конвергентное эволюционное сокращение было вызвано естественным отбором: четырехпалые виды не появляются в каких-то определенных средах обитания, и нет никакого преимущества в том, чтобы иметь меньше пальцев (насколько нам известно).

Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что уменьшение количества пальцев происходило конвергентно по причинам, не связанным с адаптацией. Возможно, у отдельных видов произвольно развились более крупные клетки, а другие были выбраны за маленький размер тела.

В идеале нам следует напрямую проверить гипотезу о том, что естественный отбор направлял конвергенцию[47]. Соответствующие данные можно получить с помощью прямой оценки естественного отбора, детального анализа преимуществ, которые дает признак, если таковые есть, и знания эволюционной истории вида. Даже простое наблюдение, что признак эволюционировал неоднократно в похожих условиях окружения, наталкивает на мысль об адаптационной подоплеке: связь между развитием свойства и окружением не прослеживалась бы без вовлечения естественного отбора. Но, к сожалению, иногда у нас нет никакой соответствующей информации.

Возьмем для примера тираннозавра рекса. Каким бы устрашающим и грозным ни был этот деспотический властелин, у него имелся один недостаток: его лапы. Худосочные, с двумя пальцами: своими передними конечностями он не мог дотянуться даже до собственного рта. Ученые выдвигали самые разные предположения, одно безумнее другого. Может быть, суперхищник ел в такой безумной спешке, что его лапы укоротились в процессе эволюции, чтобы он случайно не откусил их и не съел. Возможно, маленькими конечностями было удобно отталкиваться от земли, чтобы встать после сна. А может быть, самцу тираннозавра более короткие конечности нужны были для того, чтобы щекотать своего партнера. Нет нужды говорить, что ни одна из этих идей не получила поддержки.