Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции - Евгений Кунин

Концептуальная статья, которая количественно определяет «физическую сложность» геномов (связанную с эволюционной сложностью, рассматриваемой в этой главе).

Gray, M. W., J. Lukes, J. M. Archibald, P. J. Keeling, and W. F. Doolittle. (2010) Cell Biology. Irremediable Complexity? Science 330: 920–921.

Обновленное, нетехническое обсуждение гипотезы конструктивной нейтральной эволюции. Достойно цитаты ради кристально ясного резюме: «Многие из макромолекулярных машин клетки кажутся избыточно сложными, имеющими больше компонент, чем требуют их функции. Как мы можем понять эту сложность в свете эволюции? Одной из возможностей является нейтральный храповой процесс, описанный более десяти лет назад и впоследствии названный конструктивной нейтральной эволюцией. Эта модель дает объяснение эволюции, способное противостоять селекционистским, адаптационистским представлениям, пронизывающим молекулярную биологию».

Koonin E. V. (2004) A Non-adaptationist Perspective on Evolution of Genomic Complexity or the Continued Dethroning of Man. Cell Cycle 3: 280–285.

Обсуждение смысла эволюционной сложности в свете неадаптивной теории Линча и общих следствий из новых идей об эволюции сложности.

Lynch M. (2007) The Frailty of Adaptive Hypotheses for the Origins of Organismal Complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 104 Supplement 1: 8,597—8,604.

Краткое обсуждение новой, плюралистической точки зрения на эволюцию организмов, согласно которой естественный отбор является лишь одним из важных факторов эволюции. Цитата: «Истоки многих аспектов биологического разнообразия, от генно-структурных „украшений“ до инноваций на фенотипическом уровне, имеют корни в неадаптивных процессах, при этом популяционно-генетическая среда жестко задает направления, открытые для иследования эволюционным процессом».

Lynch M. (2007) The Origins of Genome Architecture. Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Основополагающая книга по неадаптивной теории эволюции геномной сложности и ее различным следствиям (подробности см. в гл. 8).

Lynch M. (2006) Streamlining and Simplification of Microbial Genome Architecture. Annual Review of Microbiology 60: 327–349.

Применение неадаптивной теории эволюции сложности к эволюции геномов прокариот, с акцентом на роль оптимизации генома под действием сильного очищающего отбора в популяциях с большим Ne.

Lynch M., and J. S. Conery. (2003) The Origins of Genome Complexity. Science 302: 1,401—1,404.

Ключевая статья, представляющая неадаптивную теорию эволюции геномной сложности и описывающая простые популяционно-генетические оценки, лежащие в основе теории.

Novichkov P.S., Y. I. Wolf, I. Dubchak, and E. V. Koonin. (2009) Trends in Prokaryotic Evolution Revealed by Comparison of Closely Related Bacterial and Archaeal Genomes. Journal of Bacteriology 191: 65–73.

Сравнительное исследование режимов отбора в разных эволюционных линиях прокариот, демонстрирующее ограничения прямолинейного популяционно-генетического подхода.

Stoltzfus A. (1999) On the Possibility of Constructive Neutral Evolution. Journal of Molecular Evolution 49: 169–181.

Важная концептуальная статья, сделавшая возможным появление понятий неадаптивной эволюции сложности и храповика конструктивной нейтральной эволюции.

Хотелось бы добавить к этому списку две книги, одна из которых без всяких уважительных причин осталась вне поля внимания автора при работе над этой главой, а вторая специфически рекомендуется читателю русского перевода.

John Maynard Smith and Eörs Szathmáry. (1998) The Major Transitions in Evolution. Oxford University Press, Oxford.

Классическая работа, в которой фундаментальные эволюционные инновации, такие как возникновение клетки и возникновение многоклеточных организмов, трактуются в контексте перехода селекции на новый уровень. Так, при возникновении многоклеточных организмов объектом селекции становится уже не индивидуальная клетка, а сообщество клеток с определенным распределением дополняющих друг друга функций (печальные последствия обратного перехода к клеточному уровню селекции очевидны: опухоль по сути представляет собой колонию одноклеточных организмов).

Марков А. В. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня. Неожиданные открытия и новые вопросы. М.: Астрель; Corpus, 2010.

Великолепный, популярный, но серьезный текст о современном состоянии эволюционной биологии, с упором на эволюцию биологической сложности.

Пер. Д. Тулинова

Драма ламаркизма

Как уже отмечалось в предисловии к данной книге, одной из ключевых заслуг Дарвина явилось то, что ему удалось выявить основополагающее сочетание случая и неизбежности, сопровождающее эволюцию жизни. Согласно Дарвину, большинство наследственных вариаций случайны, а направленность эволюции всецело задается естественным отбором, обусловливающим закрепление либо отсев случайных мутаций (Darwin, 1859). Как мы неоднократно подчеркивали, на стадии фиксации случайность также вносит свой существенный вклад посредством дрейфа и генетической тяги, которые критически зависят от популяционной динамики (см. гл. 8). Между тем Дарвин отводил значимую, хотя и второстепенную роль фундаментально иному типу вариации, так называемому ламарковскому наследованию.

К ламарковскому наследованию относят не случайно приобретенные фенотипические изменения, в особенности те, что непосредственно возникают в связи с использованием тех или иных органов и, соответственно, предположительно имеют адаптивный характер (полезны для организма). Вызывающий множество споров французский натуралист Жан-Батист Ламарк предполагал, что приобретенные изменения наследуются и представляют тем самым основу для эволюции. Ламарк был автором первой логически последовательной теории эволюции, которую представил в своей «Философии зоологии»: «наследование приобретенных (адаптивных) признаков» играло ключевую роль в этой теории (Lamarck, 1809).

Как неоднократно здесь подчеркивалось, в противоположность Ламарку Дарвин поставил во главу угла случайные, ненаправленные изменения, которые, согласно его теории, обеспечивают основной материал для естественного отбора. Правда, в более поздних изданиях «Происхождения видов…» Дарвин придавал гораздо больший вес ламарковскому механизму эволюции, по-видимому из-за опасений, что случайных вариаций и естественного отбора может оказаться недостаточно для обеспечения эволюционного процесса во всей его полноте.

«Наследование приобретенных (адаптивных) признаков» остается фундаментальной проблемой, значимость которой простирается далеко за рамки драматичной и увлекательной истории биологии XIX и XX веков. Взаимодействие между случайными и направленными изменениями генома (если последние вообще существуют) — главная тема данной книги. Здесь мы подходим к самой сути парадокса случая и необходимости, обращаясь к той части биологически важной неслучайности, которая, вероятно, присутствует уже на начальной стадии эволюционного процесса, в момент возникновения вариации. Говоря более конкретно, ключевой вопрос, касающийся ламарковского механизма наследования и эволюции, звучит следующим образом: могут ли факторы среды вызывать адаптивную эволюцию генома напрямую, без обращения к обходному пути естественного отбора?