Эмбрионы, гены и эволюция - [4]

А. Нейфах

Предисловие

В течение нескольких последних лет авторы этой книги читали в Университете штата Индиана курс лекций по эмбриогенетическим механизмам, порождающим в процессе эволюции морфологические изменения. По материалам этих лекций и была написана книга. В ее основе лежит мысль о том, что эволюцию нельзя понять, не поняв процессы развития, приводящие к становлению формы в онтогенезе. Эта мысль не нова; в конце XIX в. она составляла, в сущности, важнейшую часть эволюционной теории. Однако на протяжении большей части XX в. очевидной связи между филогенетическими преобразованиями формы организмов и вызывающими их изменениями генетических систем, регулирующих онтогенез, уделяли чрезвычайно мало внимания. Исключение составляли несколько ученых, стоящих в стороне от неодарвинистской синтетической теории эволюции, которая строилась из других элементов. Синтез этот был неполным.

Что касается авторов книги, то нас эти проблемы увлекли еще в далекие дни студенчества, когда нам впервые пришлось столкнуться с невероятным разнообразием планов строения морских беспозвоночных и с элегантной функциональной анатомией позвоночных. Столь же важно, что мы оба в своей научной работе пытались, хотя и несколько различными путями, установить, как гены направляют те процессы, из которых слагается развитие зародыша. Таким образом, в нашем подходе и к эволюции, и к развитию существует определенная направленность, и это повлияло на выбор тем, рассматриваемых в книге. Наш основной тезис заключается в том, что существует некая генетическая программа, управляющая онтогенезом, и что в процессе развития важные решения принимаются относительно небольшим числом генов, несущих функции переключателей между альтернативными состояниями или путями. Подобная точка зрения, если она верна, означает, что эволюционные изменения в морфологии происходят как бы механически как результат изменений в системе генетических переключателей. Если верно наше предсказание о том, что число таких генетических переключателей относительно невелико, то тем самым возникает возможность для быстрых (в геологическом смысле) и резких эволюционных изменений. Возникновение новых групп организмов, по-видимому, связано с такими макроэволюционными событиями.

Всю книгу можно было бы разделить на четыре части. В первых главах излагается история проблемы, рассматриваются скорости эволюции и несогласованность между морфологической и молекулярной эволюцией. Главы второй части посвящены эволюционной роли процессов развития, организации яиц и ранних зародышей, взаимодействиям между разными частями зародышей и сроками наступления различных событий в ходе их развития. Изменение сроков наступления различных процессов развития представляет собой один из наиболее хорошо документированных механизмов для достижения эволюционных изменений формы. В сущности, в большинстве прежних работ, посвященных роли процессов развития в эволюции, особенно в книгах де Бера (de Beer) и Гулда (Gould), главное внимание уделялось этим срокам (явление гетерохронии). Другие способы диссоциации - отделения одних процессов развития от других - обсуждались не так часто, но они могут иметь не менее важное значение. В третьей части книги рассматривается генетика развития. Здесь показано, что гены регулируют онтогенез весьма специфическими способами и что генетически детерминированная программа развития в самом деле существует. И наконец, хотя онтогенез можно анализировать методами классической генетики, при анализе экспрессии генов мы не ограничиваемся этими методами. Успехи, достигнутые в разработке методов клонирования генов и методов, позволяющих проводить чрезвычайно тонкие исследования ДНК и РНК, дают возможность непосредственно изучать гены и их экспрессию в процессе развития. Результаты таких исследований рассмотрены в последних главах книги. В заключительной главе мы пытаемся создать некую единую эмбриогенетическую основу для морфологической эволюции.

Следует также упомянуть и о другой структурной особенности книги. Чтобы не нарушать плавности изложения ссылками на литературу или примечаниями, мы в большинстве случаев ограничиваемся лишь упоминанием фамилий авторов оригинальных исследований, не указывая годы; этого достаточно для того, чтобы найти цитируемую работу в приложенной к книге библиографии.

Как и в любом начинании такого рода, советы и поддержка многих лиц имели для нас важнейшее значение. Мы выражаем благодарность многим нашим коллегам, которые терпеливо отвечали на наши бесчисленные вопросы и предоставляли нам результаты своих исследований, подборки данных, оттиски, препринты, наброски и фотографии. Мы хотим поблагодарить также студентов, которые, слушая наши лекции, изучали эту проблему вместе с нами, за их проницательные вопросы и проявленную интуицию. Особую благодарность мы хотим выразить нашей коллеге Элизабет Рэфф, которая так прекрасно иллюстрировала книгу и так безжалостно подчеркивала красным карандашом неудачные места в первых вариантах текста.

Поскольку многие затрагиваемые здесь темы выходят далеко за рамки нашей узкой специальности, нам было чрезвычайно важно, чтобы соответствующие главы были критически прочитаны специалистами. Эти читатели великодушно затратили на свои рецензии немало времени, усилий и размышлений, сделали бесценные критические замечания и предложения, а также оказали нам поддержку, в которой мы очень нуждались. Мы глубоко благодарны John Tyler Bonner, Peter Bryant, Hampton Carson, Robert Edgar, Gary Freeman, Stephen J. Gould, Donna Harraway, Vernon Ingram, Burke Judd, Raymond Keller, William Klein, Jane Maienschein, Elizabeth Raff, Steven Stanley, Alan Templeton, Robert Tompkins, David Wake и J. R. Whittaker. Конечно, подобно всем добропорядочным ученым, мы не последовали всем полученным советам и, несомненно, наделали ошибок, ответственность за которые несем только мы сами.