Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Эти данные также указывают на симпатрическое видообразование – появление видов без географической изоляции. С этой идеей категорически не согласны биологи, верящие в то, что вид не может распадаться на две разновидности без предварительной физической изоляции. Но приверженцы симпатрического направления ухватились за результаты исследований колюшек, а также мтДНД ряда других видов, которые, похоже, также подтверждают данную идею.

Симпатрическое видообразование остается спорным мнением, однако некоторые исследования объясняют, как оно могло происходить. Подтверждения теории получены от группы рыб, подвергшейся самому выдающемуся взрыву видообразования: цихлиды Великих Африканских озер. Озера Ньяса, Виктория и Танганьика, образующие Великие Африканские озера, содержат порядка 1700 видов цихлид, многие из которых развились после последнего ледникового периода, то есть 12 500 лет назад. Одна загадка, связанная с цихлидами, могла бы объяснить появление более 500 видов рыб в озере Виктория без каких-либо физических барьеров, препятствующих скрещиванию. Половой отбор – это логичный ключ к объяснению: яркоокрашенные самцы и разборчивые самки, выказывающие различные цветовые предпочтения. Именно так популяции рыб, на удивление схожие во всех остальных отношениях, могли стать репродуктивно изолированными, а половой отбор в конечном итоге привел к появлению новых видов.

Эта отдельно взятая форма полового отбора основана на способности самок различать самцов разного окраса. Но поскольку воды Великих Африканских озер страдают от загрязнения, цихлиды начинают терять эту способность. В мутных водах активно распространяется гибридизация. А поскольку виды цихлид эволюционно близки, у них часто получается жизнеспособное гибридное потомство. Как ни парадоксально, но некоторые биологи начинают думать, что именно гибридизация могла стать тем самым творческим процессом, создающим новые виды. Вероятно, так все и происходило в озере Виктория – многократно и естественно. Гибридизация могла стать важным фактором и в некоторых других эволюционных взрывах, которые мы называем адаптивной радиацией.

Теоретически, у нас есть возможность проверить, являются ли виды результатом параллельной эволюции, полового отбора или гибридизации, путем поиска «видообразующих генов» – тех, которые ответственны за предотвращение межвидового скрещивания. К сожалению, данное направление исследований не позволило найти большое количество генов, оказывающих значимое влияние. Как оказалось, наоборот, отбор часто влиял на генетическую вариацию, обусловленную действием нескольких генов с меньшими проявлениями. Зачастую, популяции организмов уже содержат вариацию, необходимую для значимых адаптивных изменений. Это означает, что эволюции не нужно ждать мутаций, и она может сразу браться за дело, как только того потребуют экологические обстоятельства. Вот такого эволюционные биологи двадцатого столетия точно не ожидали.

Видообразование все еще остается животрепещущей областью исследований, а удешевление секвенирования генома означает, что мы вступаем в захватывающую эру популяризации геномных исследований, посвященных образованию видов.

Удивительное разнообразие жизни на Земле является грандиозным свидетельством изобретательности эволюции. В течение 500 миллионов лет естественный отбор создавал крылья для полета, плавники для плавания и ноги для ходьбы – и это только среди позвоночных. Предрасположенность к эволюционным новшествам (или, говоря научным языком, «эволюционируемость») уже заложена в канву жизни.

В теории эволюции есть лишь несколько более фундаментальных вопросов, чем эволюционируемость. Но в обиход биологов она вошла лишь в 1987 году, когда это определение придумал блистательный фразер Ричард Докинз. За прошедшие десятилетия данное понятие было у всех на устах, однако лишь недавно реальные данные стали укреплять каркас теоретических знаний.

Многочисленные современные исследования пытаются пролить свет на факторы, которые способны повышать или ограничивать способности организма к развитию. Они также объясняют важнейшие события в эволюции человека – переход к хождению на двух ногах и появление наших ловких рук, использующих инструменты.

Первой трудностью было точное определение «эволюционируемости». Суть в том, чтобы выявить способность вида или популяции реагировать на естественный отбор. Поскольку генетическая изменчивость является исходным материалом для отбора, степень этой вариации в популяции должна была стать приближенным показателем эволюционируемости.

Всякий раз, когда большинство исследователей говорят о эволюционируемости, они имеют в виду нечто более абстрактное. Это не только количество генетических изменений в организме, но и то, способна ли подобная вариация перерасти в адаптивные изменения внешнего вида или поведения особи, сформированные естественным отбором. Поэтому Гюнтер Вагнер – пионер в данной области из Йельского университета, определяет эволюционируемость как «способность генерировать наследственные фенотипические вариации». То есть вариация уже заложена в строение организма и способна передаваться из поколения в поколение.

Устойчивость

Вопрос, конечно, заключается в том, что именно определяет данную способность.

Ключевых факторов здесь два. Возможно, самым основным из них служит «устойчивость к мутациям» – способность организма к нормальному развитию, несмотря на наличие генетических мутаций. Поскольку гены редко действуют обособленно, то, в зависимости от общего генетического фона, определенная мутация может оказывать положительное, отрицательное или нейтральное влияние на организм. Следовательно, достичь большей устойчивости можно с помощью механизмов, ослабляющих влияние мутаций в конкретном гене. В принципе, это должно повышать выживаемость особи, поскольку снижается вероятность потенциально вредных изменений в строении организма. Однако такой защитный эффект становится врагом для изменений, скрывающим потенциально благоприятные вариации и тормозящим эволюционное развитие организма.

Или так может показаться. По сути, нейтрализуя эффекты вредных мутаций устойчивость сохраняет генетические вариации, которые в противном случае могли бы быть отсеяны. Это означает, что внутри популяции особи накапливают множество скрытых мутаций. Дальнейшие генетические или экологические изменения могут отключить защитные механизмы и открыть эффекты сохраненных мутаций, тем самым обеспечивая уже готовыми вариациями в основе организма. Какими же могут быть механизмы, лежащие в основе устойчивости?

По данным исследований, проведенных Сьюзен Линдквист из Массачусетского технологического института, основными участниками, по-видимому, являются «белки теплового шока» (БТШ). БТШ следят за тем, чтобы остальные белки всегда формировали стабильную третичную структуру – это крайне необходимо для выполнения их функций внутри клетки. В суровых условиях (экстремальная температура или высокая засоленность) белки могут складываться в неправильную структуру, из-за чего не смогут выполнять свою функцию. Именно здесь вступают БТШ, выступая в роли шаперонов (наставников), помогающих белкам восстановить свою правильную структуру и качественно выполнять свою функцию даже в сложных условиях.