Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Несмотря на кажущуюся ограниченность предиктивных возможностей эволюции, эта теория может использоваться – и используется – для создания всевозможных предсказаний. Для начала, Дарвин предсказал, что будут найдены ископаемые переходные формы, и миллионы (даже триллионы, если считать микроорганизмы) из них уже были обнаружены. Кроме того, исследователи сначала предсказали виды пород и эпохи, в которых могли бы проявиться переходные формы, а затем взялись за работу и обнаружили их (как это случилось с тиктааликом – полурыбой, полуамфибией).

Или вспомним знаменитую березовую пяденицу, которая с развитием промышленности приобрела черный окрас – для лучшей адаптации к загрязненным деревьям. Уберите загрязнение, и, согласно теории эволюции, светлый окрас снова возьмет верх – что в данный момент и происходит.

Этим предиктивным возможностям можно найти куда более практическое применение. Например, теория эволюции предсказывает, что если вы генетически создадите культуры, способные производить пестициды, то это приведет к развитию линии резистентных к данным пестицидам насекомых. А еще вы сможете замедлить распространение генов резистентности, если будете выращивать обычные растения рядом с генно-модифицированными. Все действительно оказалось именно так. Многие исследователи, разрабатывающие методы лечения инфекционных заболеваний, пытаются предсказать пути развития резистентности и найти способы ее предотвращения. Например, выписывая комплекс определенных лекарств. Это замедляет развитие резистентности, поскольку тогда для своего выживания в процессе лечения патогенным микроорганизмам потребуется сразу несколько различных мутаций.

Естественный отбор – это единственное средство эволюции

«Значительная часть изменений обусловлена дрейфом генов, а не положительным отбором. Это можно назвать “выживанием самых везучих”».

Посмотритесь в зеркало. То, что вы видите в отражении, сильно отличается от лица неандертальца. Почему? Ответ: дрейф генов. Если говорить о таких свойствах, как форма черепа, которая может разниться в сочетании с небольшими изменениями в функционале, то случайность способна сыграть куда более важную роль в процессе эволюции, нежели естественный отбор.

ДНК постоянно подвергается воздействию химических веществ и радиации, и в процессе ее копировании допускаются ошибки. В результате каждый человеческий эмбрион содержит не менее 100 новых мутаций. Естественный отбор устранит самые вредные из них (например, способные убить эмбрион). Большинство мутаций не играют никакой роли, поскольку встречаются в «мусорной» ДНК, которая составляет подавляющую часть нашего генома. Некоторые мутации вызывают незначительные изменения, не являющиеся особо вредными или полезными.

И хотя большинство новых нейтральных мутаций исчезнет, какая-то часть из них совершенно случайно передастся через следующие поколения. Вероятность этого чрезвычайно мала, но огромное количество возникающих мутаций наделяет дрейф генов мощной силой. Чем меньше популяция, тем мощнее дрейф генов (см. рис. 6.1).

Узкие места в популяции имеют тот же эффект. Представьте себе остров. Большинство живущих там мышей имеет однотонный окрас, а несколько особей – полосатый. Если извержение вулкана уничтожит всех однотонных мышей, то полосатые мыши восстановят популяцию на острове. Это выживание самых везучих, а не самых сильных.

Подобные процессы почти наверняка сыграли важную роль в эволюции человека. Популяции людей были крошечными вплоть до 10 000 лет назад. Согласно генетическим данным, мы прошли через самые главные сдерживающие факторы порядка 2 миллионов лет назад.

Большинство генетических различий между людьми и другими приматами (и даже между различными человеческими популяциями) обусловлено дрейфом генов, а не отбором. Но поскольку основная часть мутаций находится в основном в «мусорном» геноме, то такие изменения не имеют никакого значения. Среди тех, что действительно влияют на наш организм или поведение, часть распространились путем дрейфа генов, а не отбора.

Полукрыло не имеет смысла

«Точно так же, как объекты, созданные для одной задачи, но используемые в решении другой, гены, структуры и модели поведения приспособляются для реализации новых задач».

Какой прок от полукрыла? Этот вопрос слабо верящие в эволюцию впервые задали более века назад. Если говорить о насекомых, то ответом могут стать гребные движения и скольжение. У нимф веснянки имеются жабры, которые с помощью махообразных движений извлекают кислород из воды. Находясь на поверхности воды, древние насекомые могли использовать эти жабры для получения кислорода и одновременного осуществления гребных движений. Некоторые веснянки до сих пор «стоят» на поверхности и «гребут» по воде, используя свои крылья.

Со временем маховые движения заменили греблю и стали основным средством передвижения, позволив животным осуществлять скольжение по водной поверхности. Низкие уровни трения такого масштаба означают, что при скольжении протокрыльям (первичным крыльям) не требовалось генерировать большие потоки воздуха.

Рис. 6.1. Мощные возможности дрейфа генов: естественный отбор – не единственная сила эволюции. Слабо влияющие на приспособляемость мутации могут распространиться по всей популяции или исчезнуть по воле случая. На графиках показаны десять прогонов имитационного моделирования из одной и той же отправной точки.

Эффективность и специализированность протокрыльев возрастали, поэтому древние насекомые стали предпринимать дальнейшие шаги к осуществлению полета. Некоторые скользящие насекомые держатся на поверхности воды всеми шестью лапками. Их более быстрые сородичи удерживаются только на четырех или двух ногах. Гипотеза поверхностного скольжения об эволюции полета насекомых объясняет, каким образом жабры с махообразными движениями смогли со временем превратиться в крылья, сохранив свою полезность на каждом переходном этапе.

Но как появились крылья птиц? У некоторых динозавров чешуя, покрывающая тело, превратилась в волосообразные перья, которые, скорее всего, поддерживали тепло в теплокровных организмах и помогали согревать яйца. Динозавры с перьями на конечностях могли начать пользоваться аэродинамическими свойствами перьев (возможно, речь шла о планировании между деревьями или более быстром беге по земле). В ископаемых прослеживается постепенный переход от пуховых и волосообразных перьев до жестких маховых перьев, образующих основную часть крыла.

Другая идея, завоевывающая популярность, заключается в том, что взмахи передних конечностей помогали предкам птиц взбираться по крутым склонам или лазать по деревьям – этим методом до сих пор пользуются многие современные птицы.

Без машины времени довольно трудно доказать, для чего ранние птицы или насекомые использовали полукрыло. Тем не менее ясно одно: полукрыло могло использоваться для чего угодно. И действительно, существует множество примеров физических структур и моделей поведений, которые развивались для какой-то одной цели, а затем обретали новую. Данный процесс называется экзаптацией.