Есть ли у эволюции цель?

22 февраля 2014 в 07:00

Возможно, практически все — от богатства земной фауны до человеческой культуры — проистекает от способности организмов направлять собственную эволюцию полезным для себя образом

 

Наследники Ламарка

Если хотите, чтобы у биолога-эволюциониста повалил дым из ушей, скажите ему, что эволюция преследует какую-то цель. На протяжении столетия эта идея подвергалась резкой критике — с тех пор, как научное сообщество отвергло мысль Жана Батиста Ламарка о том, что жирафы, которые вытягивались в попытках достать до высоких ветвей, могли передать потомству свои длинные шеи. Как мы знаем, эволюционные изменения есть результат случайных мутаций и естественного отбора, и любое предположение о существовании у этих процессов цели попахивает креационизмом. «Тот, кто осмеливается делать подобные высказывания, серьезно рискует своей репутацией», – говорит Питер Корнинг, директор Института изучения комплексных систем в Фрайдей-Харборе (штат Вашингтон, США).

Корнинг — один из немногих смельчаков, на цыпочках прокрадывающихся в опасную зону. Он предполагает, что живые организмы могут управлять собственной эволюцией. И речь идет вовсе не о горстке редких видов. Если такая способность действительно есть, она должна была сыграть ключевую роль в истории жизни на Земле, и в частности в развитии человечества.

Прежде всего необходимо отметить то, о чем не говорят эти радикально настроенные биологи. Например, о том, что существует тенденция к увеличению размера, сложности или интеллекта организмов. Или о том, что живые существа могут по необходимости «заказывать» нужные  мутации, хотя отдельные особи в неблагоприятных условиях чаще бросают генетические «кости», чтобы повысить свои шансы на удачу. Наконец, ученые не говорят, что животные могут передавать по наследству привычки, приобретенные в течение жизни, как считал Ламарк.

А говорят они следующее: в процессе жизнедеятельности организмы всячески приспосабливаются к окружающим физическим условиям — формируется так называемый фенотип, который специалисты противопоставляют генотипу — совокупности генов. В результате особи развиваются по-разному в зависимости от того, как они пользуются своими телами. Они активируют одни гены и выключают другие, приобретают новые повадки и так далее.

Такие изменения не считаются эволюционными, потому что не оказывают непосредственного влияния на геном организма. Однако они определяют вектор естественного отбора и тем самым направляют эволюцию по другим рельсам. Образно говоря, гены, которые всегда считались неким «рулевым», передают штурвал фенотипу и помогают закрепить произошедшие изменения, когда тот меняется ради какой-то цели.

 

Козленок прямоходящий

Одним из процессов, позволяющих фенотипам изменяться в потенциально полезных направлениях, является индивидуальное развитие особи — онтогенез. «Его замечательная особенность состоит в том, что даже в необычных условиях все преобразования направлены на достижение благоприятного результата», — отмечает Ричард Палмер из Альбертского университета в Эдмонтоне (Канада). Классический пример — несчастный козлик, описанный в 1940-х годах голландским анатомом И. Дж. Слийпером. Рожденное с парализованными передними ногами животное было вынуждено научиться ходить на задних. При посмертном вскрытии выяснилось, что кости его ног, грудной клетки и позвоночника по форме были не такими, как у обычных козлов. Мышцы задних конечностей прикреплялись к костям почти таким же способом, как у двуногих животных, например людей. Аналогичным образом у крабов, которые едят моллюсков с твердыми панцирями, развиваются клешни более массивные и сильные, чем у тех, кто питается исключительно мягкотелой добычей, говорит Палмер.

Все это не вызывает никаких сомнений. Вопрос вот в чем: когда фенотип выбирает определенный путь развития, подключаются ли к процессу гены?

По результатам некоторых исследований выходит, что да. Взять, например, колюшек. Мэтью Вунд и его коллеги из Колледжа Нью-Джерси в Юинге (США) обнаружили, что у этих рыб, обычно мигрирующих между солеными и пресными водами на востоке Канады, форма тела зависит от того, что они едят. Так, особи, питающиеся планктоном, имеют большие глаза и приподнятую вверх челюсть, тогда как те, что охотятся у самого дна, крупнее, тяжелее и имеют горизонтальную челюсть и глаза меньшего размера. Однако не так давно появились колюшки, постоянно живущие в пресноводных озерах. Они тоже специализируются на каком-то одном источнике пищи, но у них форма тела определяется в основном генотипом, а не особенностями питания. Иными словами, гены взяли контроль над признаком, который некогда был обусловлен особенностями развития.

Еще пример: у некоторых общественных насекомых самая крупная и сильная самка становится маткой. Но у большинства высокоразвитых видов все самки имеют гены «царицы», которые, однако, активируются только у тех, кого кормят специальной пищей. Это говорит о том, что в процессе эволюции развитие маток стало подчиняться более совершенной генетической программе, комментирует Мэри Джейн Вест-Эберхард из Смитсоновского института тропических исследований, расположенного в окрестностях Сан-Хосе (Коста-Рика).

Идея о том, что эволюция может действовать по такому плану, отнюдь не нова. Впервые ее высказал около ста лет назад биолог Дж. М. Болдуин, однако лишь недавно эта гипотеза заинтересовала ученых всерьез. Палмер подчеркивает, что лежащие в основе изменений мутации все-таки случайны, а вот пути развития — нет. Так как новые фенотипические признаки, формируемые в процессе онтогенеза, весьма полезны для организма, при естественном отборе преимущество получают те, у кого эти признаки подкрепляются генетически.

 

Случайная асимметрия?

Подобные примеры довольно интересны, но можно ли утверждать, что управляемая фенотипом эволюция распространена достаточно широко для того, чтобы быть ведущей силой, определяющей развитие жизни на Земле? Вопрос довольно сложный. Возможно, наилучшим доказательством на сегодня можно считать наличие в природе лево-правой асимметрии — взять хотя бы крабов, у которых одна клешня больше другой, камбал с обоими глазами на одной стороне головы или улиток с раковинами, закрученными в одном направлении. Палмер проштудировал литературу о группах животных с выраженной асимметрией тела и изучил их родословные древа, чтобы понять, откуда взялись различия между левой и правой сторонами. Он обнаружил 35 видов, у которых дефект формы был изначально обусловлен чисто генетическими мутациями, и почти столько же видов (33) у которых асимметрия была приобретена в результате травмы или вынужденной смены повадок. Более того, еще в 28 случаях изначально случайная разница между правой и левой частями тела позднее зафиксировались в генотипе — и это прямое доказательство того, что генетические изменения часто следуют за изменениями, полученными в ходе индивидуального развития.

Ряд других исследований подтверждает, что гены в эволюционном процессе нередко исполняют роль ведомого, а не ведущего. «Примеров так много, что игнорировать их просто нельзя», — говорит Карл Шлихтинг из Коннектикутского университета в Сторрсе (США).

Во многих случаях онтогенетические изменения бывают обусловлены личным поведенческим выбором индивидов — например, их предпочтениями в еде или привычкой пользоваться одной рукой чаще, чем другой. Пожалуй, поведение — самый яркий пример того, как организмы подчиняют свое взаимодействие с окружающим миром определенной цели. Наиболее показательно в данном случае так называемое построение ниш — целенаправленное преобразование животными среды обитания. Так, бобры строят плотины, превращая луга в болота и создавая глубокие запруды, к которым они адаптированы, говорит Кевин Лаланд из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания). По сути, они подстраивают под себя окружающие условия, вместо того чтобы самим приспосабливаться к ним.

«Это очень важный момент, — отмечает Лаланд. — Посмотрите вокруг, и вы увидите, как идеально подходят друг другу организм и его среда. Мы привыкли считать, что идеальная адаптация к конкретным условиям жизни — это результат длительной выбраковки. Но на самом деле имеет место и обратный процесс. Да, естественный отбор никто не отменял, но не стоит забывать и об участии самих организмов в строительстве их собственных экологических ниш, в результате чего состояние окружающей среды изменяется выгодным для них образом. Это, так сказать, дорога не с односторонним, а с двусторонним движением».

 

Культурная эволюция

Безусловно, одна из самых сложных форм построения ниши — человеческая культура. Идея о ее влиянии на наш геном очень хорошо обоснована. Например, свершившийся 10000 лет назад переход к земледелию способствовал развитию дополнительных генов, кодирующих ферменты, которые участвуют в переваривании крахмала и позволяют взрослым людям усваивать молоко. Кроме того, когда люди научились готовить пищу на огне, их диета стала более питательной. Организм человека стал получать больше энергии, и это, вероятно, сделало возможным развитие большого, энергоемкого мозга.

Геномные исследования показывают, что с момента зарождения сельского хозяйства естественный отбор проявлял необычно высокую активность в отношении широкого спектра генов, утверждает Питер Ричерсон из Калифорнийского университета в Дэвисе (США). Функции большинства этих генов неизвестны, говорит он, но совершенно очевидно, что культура, которая, бесспорно, является целенаправленной деятельностью, оказывает огромное влияние на геном человека.

 

Так кто же лидер?

«Часто единый процесс культурно-генетической эволюции людей сравнивают с самоодомашниванием, — отмечает Ричерсон. — Думаю, никто не станет спорить с тем, что, отбирая растения и скот по признаку урожайности и способности к обучению, мы преследуем определенные цели. Если считать, что человечество занимается самоокультуриванием, то можно сказать, что мы целенаправленно воздействуем на наш геном».

Хотя все это звучит вполне логично, большинство эволюционистов не могут согласиться с тем, что гены способны занимать позицию не только ведущего, но и ведомого. Поскольку эволюция — не что иное, как постепенное изменение частоты встречаемости генов, именно они и должны играть первую скрипку. Формированию такого взгляда во многом способствовала изданная в 1976 году книга Ричарда Докинза «Эгоистичный ген», которая не оставила поведению и индивидуальному развитию никаких шансов на лидерство в эволюционном процессе. «Какие элементы, — пишет Докинз, — имеют способность воспроизводиться с огромной точностью, позволяющей им передаваться неограниченно большому числу поколений? Безусловно, этому критерию отвечают гены. Если есть другие варианты, давайте их рассмотрим». На просьбу New Scientist прокомментировать свою позицию ученый ответил коротко: «Мне нечего добавить». Однако сторонникам более тонкого подхода есть что сказать. «Эволюция — это фенотипические изменения, в основе которых лежит смена частоты встречаемости генов, — говорит Вест-Эберхард. — Вместе с тем ошибкой было бы утверждать, будто эволюция — это генетические изменения. Те, кто так думает, полностью упускают из виду фенотип и воспринимают естественный отбор только как процесс, влияющий на частоту встречаемости генов. А ведь так считает целое поколение ученых».

Кажется, что это лишь небольшая разница в расстановке акцентов, но она имеет огромное значение. Способность фенотипа определять дальнейшее направление эволюции крайне важна: гибкость поведения и индивидуального развития помогает организмам адаптироваться к таким условиям, к которым они могут быть генетически не приспособлены, говорит Ричерсон. Например, у птиц с крупным мозгом — и, соответственно, более гибким поведением — больше шансов прижиться в незнакомой среде. «Домашние вороны и попугаи, вырвавшиеся из клетки, быстро привыкают к жизни на воле», — отмечает ученый.

Нечто подобное может быть причиной диверсификации видов при освоении ими новой территории обитания. Исследования подтверждают, что наибольшего эволюционного разнообразия достигают популяции, в которых наблюдается гибкость в отношении выбора еды. «Представьте себе, что было бы, если бы первые вьюрки, прилетевшие на Галапагосы, не имели поведенческой способности пробовать новые виды пищи, — говорит Корнинг. — Дарвину пришлось бы искать доказательства своей теории в другом месте».

Возможно, это лишь верхушка очень большого айсберга. «Я думаю, важнейшую роль в эволюции играет способность к обучению, — заявляет Ева Яблонка из Тель-Авивского университета (Израиль). — Едва появившись у живых организмов, она сразу стала движущей силой эволюционного процесса». Исследовательница полагает, что именно развитие ассоциативной формы обучения привело к так называемому кембрийскому взрыву — внезапному всплеску таксономического разнообразия, который 550 миллионов лет назад дал начало почти всем современным типам животных. Если Яблонка права, тогда практически все — от богатства земной фауны до человеческой культуры — проистекает от способности организмов направлять собственную эволюцию полезным для себя образом.

 

Источник: Bob Holmes Life's purpose: Can animals guide their own evolution? — www.newscientist.com / www.strf.ru

 

На заставке изображение с сайта img216.imageshack.us

 
Опубликовано: Теги: эволюция, человек, фенотип, теория эволюции, растения, окружающая среда, ламарк, животные, дарвин, генотип, адаптации

В ленту раздела Факты, мнения, комментарии | Обсудить тему на форуме

ООО «Издательство Агрорус»
+7 (499) 500-10-84
119590, город Москва, ул. Минская, 1Г, корп. 1, офис 19
ООО «Издательство Агрорус»

Популярное

Угадайте самое быстрое животное на Земле

Угадайте самое быстрое животное на Земле

16.02.2018 | 06:15

Почему млекопитающие уступают насекомым в скорости



Комментарии (0)