Гены, именуемые «гомеозисными», играют роль в повторении определенных органов, например сегментированного брюшка насекомых или ребер у позвоночных, и в их дифференциации. Малейшая модификация этих генов приводит к зримым последствиям у эмбриона – например, у насекомого вместо усика может возникнуть ножка. Сегодня это проявляется чаще всего в нежизнеспособных аномалиях, но у более простых организмов в результате могут родиться жизнеспособные особи, заметно отличающиеся от своих сородичей.
Именно так произошло, по всей видимости, в начале кембрийского периода, 540 миллионов лет назад. В ту эпоху было еще совсем немного видов животных. В природе резко сократилось количество хищников, и перед животным миром раскрылись океаны пищи. Геномы в то время, вне всяких сомнений, также были проще. Мутации, проявлявшиеся на ранних стадиях развития эмбрионов, привели к появлению самых разных структур. Некоторые из них оказались выигрышными, а другие исчезли или выжили скорее случайным образом. Представьте, что в менее требовательной, чем сегодня, среде обитания у всех мутаций имелся шанс на выживание! Рождались самые странные животные, сколь бы мало жизнеспособными они ни были. Из этого периода благополучия ведут начало несколько линий, предки большинства современных биологических типов. Так, насекомые и млекопитающие унаследовали одинаковые гены-архитекторы от общего предка, обитавшего именно в ту эпоху. Впоследствии возникали только вариации на существующие темы. Некоторые типы строения, например позвоночных или моллюсков, оказались благоприятны для появления самых разных форм. Но эта эволюция шла уже гораздо более низкими темпами, чем в период «кембрийского взрыва», хорошо изученного палеонтологами.
Горизонтальный перенос генов
Случается, что два совершенно разных организма (например, гриб и животное) обладают предельно схожими генами, при том что такие гены отсутствуют у большинства близких видов и не являются унаследованными от общего предка. Такое сходство объясняют «горизонтальным переносом генов», передачей их не наследственным путем, (например, через вирус или пищу), произошедшей у прямого предка одного из этих видов. Встроившись в новый геном, эти гены ведут себя так же, как обычные гены, и передаются из поколения в поколение.
Это явление распространено у бактерий и архей
[11], которые могут обмениваться ДНК или заимствовать ее из окружающей среды. У таких организмов до 50 % генома может формироваться методом горизонтального переноса. Этот механизм предоставляет бактериям и археям молекулярные инструменты, прошедшие естественный отбор, которые позволяют им получить доступ к новым источникам пищи или устойчивость к антибиотикам. Полезные мутации быстро распространяются среди разных видов как путем обмена фрагментами ДНК, так и путем прямого заимствования участков ДНК у мертвых бактерий, плавающих в среде обитания живых бактерий.
Этот механизм реже встречается у эукариотных организмов, организмов с настоящим клеточным ядром, то есть у грибов, растений и животных, но биологи регулярно обнаруживают новые примеры его действия. Гороховая тля (Acyrthosiphon pisum) обычно имеет зеленую окраску, но некоторые особи приобрели красно-оранжевую. Этой окраской они обязаны каротеноидным пигментам, которые тли вырабатывают благодаря отдельному гену. Этот ген не встречается ни у одного из близких видов, но очень похож на ген, присутствующий у многих видов плесени (например, у Mucor circinelloides или Aspergillus oryzae). Предполагается, что он передался тлям несколько десятков миллионов лет назад, возможно, через гриб-паразит или в процессе питания. Но если ген сохранился на протяжении стольких лет, значит, он чем-то полезен виду. На гороховых тлях паразитируют осы, которые откладывают в их тела свои яйца. Но ос не привлекают красные особи, потому что на красную тлю чаще нападают божьи коровки. Так двойной отбор поддерживает полиморфизм популяции.
Последние двадцать лет изучение горизонтального (или латерального) переноса генов переживает настоящий расцвет. Геном оказался изменчивее, чем мы думали, но частота горизонтальной передачи остается дискуссионным вопросом. Однако значимость этого механизма для микроорганизмов меняет наше представление об их эволюции. После обмена генами история их развития внутри нового вида уже отличается от истории внутри исходного вида. Для бактерий кустовая модель эволюции становится неадекватной, потому что могут возникать связи как между близкими ветвями, так и между далекими. Построенное по принципу простого деления дерево превращается в сеть с горизонтальными связями. Однако, даже если метод передачи характеристик модифицируется, это не отменяет действия на организмы принципов естественного отбора!
Глава 5. Ложные друзья Дарвина
С момента выхода книги «Происхождение видов» идеи Дарвина сразу стали объектом недопонимания и искажения. Некоторые были просто неправильно поняты, но и в целом предлагаемый подход радикально противоречил идеологии той эпохи. Отпор встретила не только идея эволюции, но и механизм естественного отбора, причем в основном по религиозным или философским (от ультралибералов до сторонников евгеники), а не по научным причинам.
Недостающее звено
В 1859 году палеонтология еще только едва появилась на свет, и найденных ископаемых останков было недостаточно, чтобы составить полную картину предков существующих видов. И даже если какая-то окаменелость идеально подходила для встраивания в общую логику, то не хватало промежуточных видов. Эти гипотетические виды стали называть «недостающим звеном» – в частности, такого звена не хватало между ископаемой обезьяной и человеком. Противники теории эволюции упирали на недостаточность доказательств и утверждали, что теория не может считаться надежной, пока эти звенья не будут обнаружены. Однако в 1861 году находка археоптерикса – древней птицы, являющейся очевидным родственником динозавров, – подарила Дарвину необходимую переходную форму между птицами и рептилиями. В 1869 году, в пятом издании «Происхождения видов», он добавил эту информацию, дав таким образом ответ критикам, чем он систематически занимался в каждом новом издании книги.
С тех пор палеонтологи обнаружили множество «недостающих звеньев». В XIX веке настоящую проблему представляли собой киты: как можно представить себе переходную форму между сухопутным четвероногим видом и современными китообразными, строение которых отличается так принципиально?
Филогенетическое дерево китообразных
В конце концов необходимые для достраивания этого перехода находки были сделаны в Пакистане в конце XX века.
Пакицеты и амбулоцетусы жили примерно 50 миллионов лет назад, были четвероногими, но первый вид вел образ жизни амфибии (примерно, как выдра), а второй являлся скорее водным видом (его научное название переводится как «ходящий кит»). В их черепах найдены структуры, типичные для ископаемых китов, в частности зубы и кости внутреннего уха. Не являясь прямыми предками китообразных, они дают нам убедительный пример того, как могла происходить постепенная адаптация сухопутных млекопитающих к морской среде. Они обладали копытами, что сближает их с теми видами, от которых произошли парнокопытные – свиньи и жвачные животные. Анализ ДНК подтвердил это родство, поэтому сегодня китообразные объединены с парнокопытными в кладу «китопарнокопытные» (лат. Cetartiodactyla), общий предок которой дал рождение и коровам, и оленям, и дельфинам. Что касается рода Aetiocetus, описанного в 1966 году, то он позволяет представить, как китообразные с зубами дали рождение китообразным с китовым усом, поскольку зубастые челюсти находок этого рода имеют четкие следы наличия усов.
