Случайный отбор также может произойти, когда популяция берет свое начало всего от нескольких иммигрантов, как происходит в ситуации, когда отдельные особи колонизируют острова или новую территорию. Например, практически полное отсутствие генов третьей группы крови (аллель B) у коренных американцев, возможно, отражает утрату этого гена малочисленной популяцией людей, которые колонизировали Северную Америку примерно 12 000 лет назад, прибыв из Азии.
И дрейф генов, и естественный отбор порождают генетические изменения, которые мы считаем эволюцией. Но между ними есть существенная разница. Дрейф генов – процесс случайный, в то время как отбор – противоположность случайности. Генетический дрейф может изменить частоту аллелей независимо от того, насколько они полезны для своего носителя. Естественный отбор, наоборот, всегда избавляется от вредных аллелей и повышает частоту полезных.
Будучи абсолютно случайным процессом, генетический дрейф не может порождать эволюционных адаптаций. Он никогда не смог бы создать крыло или глаз. Для этого нужен неслучайный естественный отбор. Зато генетическому дрейфу под силу повлиять на эволюцию признаков, которые для организма ни вредны, ни полезны. Дарвин, который, как всегда, оказался пророком, выдвинул эту идею в «Происхождении видов»:
Сохранение благоприятных индивидуальных различий и вариаций и уничтожение вредных я назвал естественным отбором, или выживанием наиболее приспособленного. Вариации бесполезные и безвредные не подвергаются действию естественного отбора; они сохраняются как колеблющийся элемент, как это наблюдается у некоторых полиморфных видов, либо же, в конце концов, закрепляются в зависимости от природы организма и свойств окружающих условий.
По сути, генетический дрейф не только бессилен породить адаптации, но на практике способен победить естественный отбор. Эффект случайной выборки, особенно в маленьких популяциях, может оказаться столь масштабным, что повышает частоту вредоносных генов, хотя естественный отбор работает в противоположном направлении. Именно это почти наверняка и служит причиной огромной распространенности генетических заболеваний в изолированных человеческих сообществах, включая болезнь Гоше у северных шведов, болезнь Тея – Сакса у луизианских каджунов и пигментную дистрофию сетчатки у жителей острова Тристан-да-Кунья.
Поскольку некоторые изменения в строении ДНК или белков могут быть, как выразился Дарвин, «ни полезными, ни вредными» (или, как мы сейчас их называем, нейтральными), то в таких случаях, например, некоторые мутации в гене не влияют на структуру и функцию белка, который он производит, и поэтому не меняют приспособленность своего носителя. То же самое касается мутаций в неработающих псевдогенах – остатках когда-то функционировавших генов, все еще присутствующих в геноме. Любые мутации в этих генах никак не влияют на организм и потому способны эволюционировать только путем генетического дрейфа.
Таким образом многие аспекты молекулярной эволюции, такие как определенные изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, скорее окажутся отражением генетического дрейфа, чем отбора. Возможно также, что многие внешние признаки организмов могли развиться путем генетического дрейфа, особенно если они не сказываются на воспроизводстве. Разнообразие форм, которые имеют листья у разных видов деревьев, скажем различие между дубовыми и кленовыми листьями, когда-то предположительно считалось нейтральной чертой, которая развилась путем дрейфа. Однако сложно доказать, что эта черта не приносит своему носителю вообще никаких преимуществ при отборе. Даже крошечное преимущество, такое маленькое, что биологи не в состоянии заметить или измерить его в реальном времени, может с течением веков привести к важным эволюционным изменениям.
Сравнение роли генетического дрейфа и отбора в эволюции остается предметом горячих дискуссий среди биологов. Каждый раз, когда мы наблюдаем явную адаптацию, например верблюжий горб, мы отчетливо видим доказательство естественного отбора. Но черты, эволюцию которых мы не понимаем, вполне могут объясняться не генетическим дрейфом, а нашим собственным незнанием. Тем не менее нам известно, что генетический дрейф должен иметь место, потому что в любой популяции ограниченного размера в ходе репродукции всегда есть эффекты выборки. И дрейф, возможно, сыграл существенную роль в эволюции маленьких популяций, хотя мы в состоянии привести тому лишь считаные примеры.
Разведение животных и растений
Теория естественного отбора предсказывает, какие именно типы адаптаций мы, скорее всего, найдем в природе и (что гораздо важнее), каких ожидать не стоит. Все эти предсказания сбылись. Но многим людям хочется большего: они желали бы видеть естественный отбор в действии, пронаблюдать эволюционные изменения при жизни. Нетрудно принять, например, идею о том, что естественный отбор мог вызвать эволюцию китов из сухопутных животных много миллионов лет назад, но это было очень давно, а идея естественного отбора почему-то становится более притягательной, если увидеть его своими глазами.
Это требование увидеть отбор и эволюцию в режиме реального времени – явление вполне понятное, но любопытное. В конце концов, мы с легкостью принимаем тот факт, что Большой Каньон образовался за счет незаметного воздействия реки Колорадо в течение многих миллионов лет, хотя сами мы на протяжении своей жизни не можем увидеть, как он становится глубже. Однако некоторым людям не удается приложить к эволюции свою способность экстраполировать воздействие времени на геологические процессы. В таком случае, как нам определить, что естественный отбор был важным эволюционным фактором? Понятно, что нам не по плечу проиграть заново эволюцию китов из сухопутных животных, чтобы проследить репродуктивное преимущество каждого маленького шага, который привел китов обратно в воду. Однако если бы мы могли посмотреть, как отбор порождает маленькие изменения в течение лишь нескольких поколений, то, возможно, нам стало бы легче принять мысль, что за миллионы лет подобные типы отбора могли породить крупные адаптивные изменения, которые зафиксированы в палеонтологической летописи.
Доказательства отбора можно найти в самых разных областях. Самая наглядная и очевидная – это искусственный отбор (селекция), применяемый при разведения растений и животных. Он, как ясно представлял Дарвин, служит отличной параллелью естественному отбору. Мы знаем, что заводчики и селекционеры творили и творят чудеса, преображая дикие растения и животных в совершенно иные формы, которые съедобны или удовлетворяют наши эстетические потребности. Мы также знаем, что эти новые породы были выведены за счет отбора по признакам, которые присутствовали у дикого предка растения или животного. Кроме того, нам известно, что искусственный отбор произвел крупные изменения за удивительно короткий период, потому что разведением животных и растений люди занимаются всего несколько тысяч лет.
Давайте возьмем для примера одомашненную собаку (Canis lupus familiaris) – один вид, который представлен множеством форм, размеров, окрасов и темпераментов. Любая собака, чистопородная или дворняга, происходит от единственного предкового вида, вероятнее всего, от евразийского серого волка, которого люди начали разводить примерно 10 000 лет назад. По данным Американского кинологического клуба, существует около 150 различных пород, многие из которых вам отлично знакомы: крошечные нервные чихуахуа, возможно, изначально выведенные тольтеками в Мехико для употребления в пищу; могучие сенбернары с густой шерстью, обученные отыскивать занесенных снегом путешественников и приносить им фляжку с бренди; борзые, приспособленные для охоты и потому длинноногие, с обтекаемой формой тела; длинные, приземистые, коротконогие и остромордые таксы, идеальные охотники на норных животных; ретриверы, выведенные, чтобы приносить подстреленную дичь из водоемов; пушистые шпицы, пригодные в качестве комнатной собачки, живой игрушки. Селекционеры буквально лепили облик каждой из этих собак по своему вкусу и требованиям, меняя окрас и густоту шерсти, длину и остроту ушей, размер и форму скелетов, повадки и темперамент и почти все остальное.
