Родственный отбор
Выражение «эгоистичный ген» часто встречается в популярных книгах по биологии. Это не означает, что все организмы эгоистичны. Термин появился, когда ученые пытались объяснить, почему животные иногда помогают друг другу.
Иногда животное ведет себя парадоксально: увеличивает шансы на выживание менее приспособленных особей, но лишает себя возможности успешно воспроизводиться. Например, львица выхаживает чужих львят, а рабочие пчелы, защищая колонию, обрекают себя на гибель, нападая на противника. В конце 1960-х гг. британский биолог Уильям Д. Гамильтон придумал концепцию генетического родства, объясняющую подобный альтруизм. Ученый утверждал, что демонстрируемый альтруизм помог выжить и укорениться генам, общим для этих животных. Концепция получила название кин-отбор, или родственный отбор.
В семье
Гамильтон вывел формулу, согласно которой альтруизм это r × В > C, где r – степень генетического родства между двумя животными (пропорция общих генов), В – выгода (численность потомства), полученная тем, на кого направлен альтруизм, и С – цена (численность нерожденного потомства), которую платит альтруист. То есть, по правилу Гамильтона, гены, которые уменьшают шансы особей на размножение, могут распространиться в популяции, если величина вклада в размножение других особей больше цены помощи. Это означает, что особь производит больше копий своих генов, не тратя ресурсов на самостоятельное размножение. Биолог-эволюционист Ричард Докинз популяризировал этот взгляд на естественный отбор в своей книге 1976 г. «Эгоистичный ген». Книга описывает естественный отбор с точки зрения генетики и утверждает, что организмы – только носители и распространители генов. Этой цели служат и все анатомические признаки, и поведение, в том числе альтруистическое.
Здесь показано, какое количество генетического материала общее для вас и ваших родственников. Четвероюродные братья и сестры так же близки вам, как и посторонний человек – с точки зрения генетики.
Прерывистое равновесие
Согласно этой теории, организмы развиваются нерегулярно – в периоды стремительных изменений в части популяции. В результате новый вид ответвляется от своего прямого предка.
Прерывистое равновесие обычно противопоставляют теории филетического градуализма, которая предполагает, что в ходе эволюции целый ряд поколений трансформируется постепенно. Детально изучив палеонтологическую летопись, Найлз Элдридж и Стивен Джей Гулд в 1972 г. выдвинули теорию прерывистого равновесия. Палеонтологи утверждали, что виды имеют тенденцию неожиданно появляться в каменных пластах и затем оставаться почти неизменными, то есть статичными. Значительные перемены ограничены довольно тесными временными рамками и приводят к отпочковыванию новых видов от родительских. Некоторые неверно истолковали теорию и решили, что внезапные перемены случаются в одном поколении и распространяются на следующее Однако имелось в виду, что эволюционная вспышка охватывает нескольких десятков тысячелетий, что очень немного в контексте геологической шкалы.
ГИПОТЕЗА ЧЕРНОЙ КОРОЛЕВЫ
Теория, предложенная Ли Ван Валеном в 1973 г., отсылает к цитате из книги Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье». Черная Королева говорит Алисе: «…здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте» (пер. Н. Демуровой). Согласно гипотезе, организмы должны постоянно адаптироваться и развиваться, чтобы только выжить в состязании с постоянно адаптирующимися конкурентами, иначе они вымрут. Гипотезу также называют «эволюционной гонкой вооружений».
Филетический градуализм предполагает, что виды постепенно развиваются (извилистые линии) и медленно разветвляются. Согласно теории прерывистого равновесия, виды почти не меняются (прямые вертикальные линии), а новые виды появляются в ходе эволюции лишь временами (горизонтальные ответвления).
Неровный ритм перемен
Мысль о том, что темп эволюции меняется, не нова. Дарвин признавал, что одни виды развиваются быстрее, а другие медленнее. В 1950-х гг. Эрнст Майр писал о «генетических революциях», происходящих, когда небольшая популяция оказывается изолированной, и изменения из-за генетической мутации начинают доминировать – если они выгодны. Гулд и Элдриж развили эту идею и предположили, что постепенные эволюционные изменения редки в геологической летописи, и когда вид закрепился, он имеет тенденцию оставаться в состоянии покоя. Не все палеонтологи поддерживают эту теорию, но никто не отрицает, что статичность вида – распространенное явление. Имеются даже особенно яркие примеры, такие как папоротник Osmunda claytoniana, который остается неизменным уже в течение 180 млн лет, и лингулы из отряда плеченогих, которые практически не менялись уже 500 млн лет.
Генная инженерия
Манипуляции с геномом живого организма с помощью биотехнологий называются генной инженерией. Она подразумевает перемещение генов внутри видов и за их пределы для создания усовершенствованных или абсолютно новых организмов.
Люди тысячелетиями меняли геномы животных с помощью селективного разведения, но это процесс медленный и неточный. Когда ученые осознали роль ДНК, они стали искать способы манипулировать ею. В 1972 г. Пол Берг объединил ДНК вируса обезьяны с ДНК фага лямбда и создал «трансгенный» вирус. Два года спустя Рудольф Йениш вывел трансгенных мышей, поместив в клетки их эмбрионов ДНК ретровируса (который воздействует на ДНК хозяина). Это были первые генетически сконструированные млекопитающие. Ученые также стремились сделать посевы более устойчивыми к холоду и заболеваниям. Первые испытания генетически измененных растений прошли в 1986 г.: биологи вывели табак, устойчивый к гербицидам (то есть веществам для уничтожения определенных видов растительности). Несмотря на разногласия, к 2009 г. 11 трансгенных зерновых выращивались в коммерческих целях в 25 странах.
Рудольф Йениш – поинер в области создания генномодифицированных организмов. Он впервые модифировал мышь и с тех пор использовал этих животных для поиска способов борьбы с неврологическими заболеваниями и раком.
Ученые использовали ген медуз в качестве маркера – чтобы понять, успешна пересадка гена эмбрионам мышей. Ген отвечает за производство белка, благодаря которому медузы имеют зеленоватое свечение. Ген прижился, и от органов и тканей мышей стало исходить флуоресцентное свечение.
