Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Удивительное разнообразие жизни на Земле является грандиозным свидетельством изобретательности эволюции. В течение 500 миллионов лет естественный отбор создавал крылья для полета, плавники для плавания и ноги для ходьбы – и это только среди позвоночных. Предрасположенность к эволюционным новшествам (или, говоря научным языком, «эволюционируемость») уже заложена в канву жизни.

В теории эволюции есть лишь несколько более фундаментальных вопросов, чем эволюционируемость. Но в обиход биологов она вошла лишь в 1987 году, когда это определение придумал блистательный фразер Ричард Докинз. За прошедшие десятилетия данное понятие было у всех на устах, однако лишь недавно реальные данные стали укреплять каркас теоретических знаний.

Многочисленные современные исследования пытаются пролить свет на факторы, которые способны повышать или ограничивать способности организма к развитию. Они также объясняют важнейшие события в эволюции человека – переход к хождению на двух ногах и появление наших ловких рук, использующих инструменты.

Первой трудностью было точное определение «эволюционируемости». Суть в том, чтобы выявить способность вида или популяции реагировать на естественный отбор. Поскольку генетическая изменчивость является исходным материалом для отбора, степень этой вариации в популяции должна была стать приближенным показателем эволюционируемости.

Всякий раз, когда большинство исследователей говорят о эволюционируемости, они имеют в виду нечто более абстрактное. Это не только количество генетических изменений в организме, но и то, способна ли подобная вариация перерасти в адаптивные изменения внешнего вида или поведения особи, сформированные естественным отбором. Поэтому Гюнтер Вагнер – пионер в данной области из Йельского университета, определяет эволюционируемость как «способность генерировать наследственные фенотипические вариации». То есть вариация уже заложена в строение организма и способна передаваться из поколения в поколение.

Устойчивость

Вопрос, конечно, заключается в том, что именно определяет данную способность.

Ключевых факторов здесь два. Возможно, самым основным из них служит «устойчивость к мутациям» – способность организма к нормальному развитию, несмотря на наличие генетических мутаций. Поскольку гены редко действуют обособленно, то, в зависимости от общего генетического фона, определенная мутация может оказывать положительное, отрицательное или нейтральное влияние на организм. Следовательно, достичь большей устойчивости можно с помощью механизмов, ослабляющих влияние мутаций в конкретном гене. В принципе, это должно повышать выживаемость особи, поскольку снижается вероятность потенциально вредных изменений в строении организма. Однако такой защитный эффект становится врагом для изменений, скрывающим потенциально благоприятные вариации и тормозящим эволюционное развитие организма.

Или так может показаться. По сути, нейтрализуя эффекты вредных мутаций устойчивость сохраняет генетические вариации, которые в противном случае могли бы быть отсеяны. Это означает, что внутри популяции особи накапливают множество скрытых мутаций. Дальнейшие генетические или экологические изменения могут отключить защитные механизмы и открыть эффекты сохраненных мутаций, тем самым обеспечивая уже готовыми вариациями в основе организма. Какими же могут быть механизмы, лежащие в основе устойчивости?

По данным исследований, проведенных Сьюзен Линдквист из Массачусетского технологического института, основными участниками, по-видимому, являются «белки теплового шока» (БТШ). БТШ следят за тем, чтобы остальные белки всегда формировали стабильную третичную структуру – это крайне необходимо для выполнения их функций внутри клетки. В суровых условиях (экстремальная температура или высокая засоленность) белки могут складываться в неправильную структуру, из-за чего не смогут выполнять свою функцию. Именно здесь вступают БТШ, выступая в роли шаперонов (наставников), помогающих белкам восстановить свою правильную структуру и качественно выполнять свою функцию даже в сложных условиях.