Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов [заметки]

1

Герпетология – раздел зоологии, изучающий пресмыкающихся и земноводных.

2

1 миля – 1609 м, или 1,6 км.

3

Какие-нибудь перфекционисты, увлеченные темой динозавров, могут заметить, что термин «бронтозавр» уже давно не используется. Вместо него по каким-то замысловатым научным причинам применяется термин «апатозавр». Этим брюзжащим всезнайкам я отвечу так: «Ха-ха! Благодаря новым научным открытиям термин «бронтозавр» был восстановлен в 2015 году».

4

На самом деле прототипом этого существа был близкий родственник динозавра дейноних. Одно главное различие между реальным и придуманным существом заключалось в том, что велоцираптор был, вероятно, высотой менее трех футов. Однако вскоре после выхода фильма «Парк Юрского периода» появились публикации, в которых палеонтологи описывали более крупного двоюродного брата велоцираптора под названием ютараптор, который был примерно одного размера с раптором из фильма.

5

Да, это реальная научная дисциплина, которая изучает жизнь во Вселенной, а также ее происхождение здесь, на Земле.

6

1 фут – 0,3048 м.

7

Здесь имеются в виду жесткие прочные иголки, которые наносят наибольший урон противнику. Более тонкие и гибкие иголки зачастую значительно длиннее.

8

В Австралии не только не было волны птичьей колонизации материка, все данные указывают на то, что ряд птичьих семейств, в частности, певчих птиц, зародился в Австралии, и оттуда они распространились по всему свету.

9

Хотя, и это чрезвычайно любопытно, кончики пальцев коал покрыты бороздками и пальцевыми узорами, столь похожими на наши, что специалисты с трудом различают отпечатки пальцев коал и людей.

10

Теперь мы знаем, что не все млекопитающие производят на свет живых детенышей. Утконосы и ехидны, будучи однопроходными млекопитающими, откладывают яйца. Способность вырабатывать молоко и наличие шерсти – два наиболее очевидных признака всех млекопитающих (хотя у некоторых млекопитающих, таких как киты, есть всего несколько усов).

11

Благодаря новым, лучше сохранившимся образцам, теперь мы знаем, что Конвей Моррис реконструировал галлюцигению, поместив ее задом наперед и перевернув не по своей вине. На самом деле эти ее «ноги-ходули» были иголками на спине, а семь извивающихся трубок – ногами. Второй ряд из семи ног в изученных им образцах не просматривался. Кроме того, благодаря лучше сохранившимся образцам выяснилось, что хвост был головой, и наоборот.

12

Пусть и обладающий чисто риторическим смыслом, сегодня аргумент Гулда слабеет в силу того, что к настоящему моменту в сланцах Берджеса было найдено несколько других видов хордовых. Следовательно, даже если бы пикайя погибла, то весь род хордовых не исчез бы вместе с ней.

13

Так, к примеру, Конвей Моррис писал: «Если бы можно было повернуть время вспять и проиграть повторно процесс расхождения многоклеточных на границе докембрийского и кембрийского периодов, то возможно, появившиеся в результате первоначального эволюционного взрыва формы жизни включали бы виваксидов, а не моллюсков». И «гипотетический очевидец кембрийского периода, несомненно, не имел бы средств предсказать, кого из ранних многоклеточных ждет успешный филогенез, а кому суждено сгинуть».

14

На самом деле в некоторых аспектах глазное яблоко осьминога лучше человеческого. У позвоночных нервные волокна внутри глазного яблока прикрепляются к переднему концу каждого фоторецептора сетчатки глаза. И это означает, что свет не только должен пройти по нервам, чтобы добраться до рецепторов, но и что нервные волокна идут от рецепторов поверх сетчатки, собираются в зрительный нерв, который проходит сквозь сетчатку на другую ее сторону, и потому в этом месте отсутствуют светочувствительные рецепторы, образуя так называемое слепое пятно. А глазное яблоко осьминога устроено так, что оно гораздо более чувствительно, и нервные волокна прикреплены к заднему концу фоторецепторов, там, где они не препятствуют прохождению света и не создают визуальной помехи, когда выходят с задней поверхности глазного яблока. Если предположить, что эволюции не было, и жизнь на земле была создана умным творцом, то этот творец попрактиковался на нас, прежде чем создать улучшенный дизайн глазного яблока осьминога.

15

Трофическая цепь – цепь питания, взаимоотношения между организмами при переносе энергии пищи от ее источника через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими.

16

Конвергентная модель распространяется и на наших ближайших родственников – неандертальцев, которые тоже жили на севере, и светлый цвет их кожи стал результатом мутации, не обнаруженной ни у одной популяции хомо сапиенс.

17

Десять других были завезены с Карибских островов в последние несколько десятилетий.

18

Процесс видообразования – то, как происходит деление анцестральных видов на множественные последующие виды – один из главных вопросов эволюционной биологии, который мог бы стать темой отдельной книги (на самом деле, несколько таких книг уже существует). Две популяции животных считаются разными видами, если они не могут скрещиваться друг с другом и производить здоровое потомство. В случае анолисов подгрудок является, похоже, значимой частью истории: анолисы способны отличать ящериц своего вида от других по цвету и узору кожной складки, таким образом предотвращая возможное скрещивание. Так что у анолисов видообразование является зачастую результатом возникновения разных узоров на подгрудке. Как это происходит – у анолисов и вообще в целом, – вопрос до сих пор обсуждаемый. В данном случае географическое разделение могло сыграть важную роль, так как оно допускает расхождение генных пулов двух видов без постоянного смешивания. Естественный отбор, который толкает популяции в разных направлениях, также может ускорять расхождение. В настоящее время эволюционные биологи обсуждают важность взаимосвязи двух этих факторов.

19

Я никогда прежде не бывал на Гаити, потому что несколько лет назад, когда подумывал о том, чтобы пересечь границу Доминиканской республики, мне сказали, что меня в этом случае, возможно, и не убьют, но точно посадят в тюрьму. Некоторые из моих более смелых коллег отправились туда и увидели нечто изумительное. К сожалению, большинству самых уникальных гаитянских видов – ящериц и других животных – грозит серьезная опасность из-за масштабного уничтожения лесов Гаити.

20

Исключением здесь являются пальмы: кокос – это семя, плавающее в океане и прорастающее на берегу.

21

Часто используемый термин «теплокровные» на самом деле не подходит по нескольким причинам, и главным является то, что даже те животные, которые не вырабатывают большого объема внутреннего тепла, способны поддерживать высокую температуру тела, греясь на солнце.

22

На самом деле существуют пять близко родственных и очень похожих видов киви, и все они обитают в Новой Зеландии.

23

Или, по крайней мере, изобиловала. К сожалению, многие из этих птиц – включая моа, адзебила и огромного орла, – были истреблены в течение последнего тысячелетия, по большей части, в результате охоты на них и разрушения экосистемы.

24

И те, и другие были истреблены первыми поселенцами Мадагаскара в течение последних двух тысячелетий, как и все остальные крупные лемуры.

25

Этот мотылек прославился в кругу эволюционных биологов, потому что Дарвин предсказал его существование, изучив строение орхидеи.

26

Лишь у нескольких видов млекопитающих, в основном поедающих муравьев и термитов, нет зубов.

27

История с пяденицей березовой требует не одного, а трех примечаний. Во-первых, история расцвета мотыльков темного цвета имеет приятно симметричное продолжение. В 1956 году Англия приняла Закон о чистом воздухе в ответ на случившийся в Лондоне в 1952 году «великий смог». И очень скоро уровень загрязнения воздуха снизился, как и численность темных мотыльков. Сегодня в Великобритании темная форма мотыльков стала нераспространенной, а в некоторых регионах исчезла полностью. Во-вторых, данная история – отличный пример конвергентной эволюции. Пяденица березовая встречается не только в Великобритании, но во всем Северном полушарии, и частота появления темной формы точно так же возросла, а потом упала и в других местах. Данное явление было подробно описано, в частности, в Северной Америке, и хроника событий выглядит практически одинаково. Межконтинентальная конвергенция идет на один шаг дальше: мутация одного гена ответственна за темный окрас мотыльков как в Англии, так и в Соединенных Штатах.

И, наконец, в последние годы был предпринят ряд попыток подвергнуть сомнению историю с пяденицей березовой: главными инициаторами здесь являются креационисты. Да, конечно, методы Кетлвелла были достаточно примитивными по современным меркам: за последние шестьдесят лет изучение естественного отбора очень сильно продвинулось вперед. Тем не менее, недавние исследования, проведенные другими учеными, решительно подтверждают открытия Кетлвелла.

28

Согласно последним данным (2008 г.) это количество возросло до пятисот пятидесяти трех.

29

На самом деле, изначально это не было их целью, когда они впервые оказались там, но проект быстро трансформировался в долгосрочное исследование естественного отбора и эволюционных изменений.

30

Вероятно, потому что он мыслил геологическими, а не человеческими временными рамками: стремительная эволюция за десятки тысяч лет совсем не обязательно приравнивается к стремительной эволюции за десятки лет

31

Причем настолько скользко, что после того как я несколько раз чуть не шлепнулся в первый же день, надел профессиональные ботинки с металлическими набойками на подошве.

32

После выхода книги в своей статье, опубликованной в «Нью-Йорк уорлд телеграм», он писал: «Это поразительные существа. Когда они конфликтуют друг с другом, то обмениваются резкими ударами, впрыскивают яд и отрезают друг другу головы. Они порабощают слабые «племена» и держат рабов. Но они также могут быть добрыми. Ничто не доставляет им большее удовольствие, чем иметь рядом в качестве «питомца» жука». И еще: «Подобно людям, это самые легко адаптирующиеся организмы в своей группе. И точно так же их самыми опасными врагами являются другие представители их вида. Как и люди, они способны на все».

33

Работа Винге не ограничивалась одними рыбами. Он изучал целый ряд различных организмов, но известен, в первую очередь, как отец дрожжевой генетики и, следовательно, является интеллектуальным родоначальником отдельных лабораторных экспериментов, которые мы обсудим в девятой, десятой и одиннадцатой главах.

34

Институт Карнеги – престижная частная научно-исследовательская организация, основанная Эндрю Карнеги в 1902 году.

35

В этом, а также во многом другом мы с Резником одного поля ягоды. Я тоже в детстве гонялся за ящерицами, а во время написания данной книги я узнал, что в пору нашего взросления мы оба посещали один и тот же летний лагерь Prairie Trek, где подростков водили в походы по юго-западу США. В итоге мы оба оказались в университете Вашингтона в Сент-Луисе – он в качестве студента, а я, спустя годы, в качестве профессора. Но, возможно, самое поразительное в том, что и его, и мою работу высмеяли в журнале National Enquirer: его в статье под названием «Дядюшка Сэм тратит девяносто семь тысяч долларов, чтобы узнать, в каком возрасте умирают гуппи», а меня в статье с заголовком «Прыгающие ящерицы! Шестьдесят тысяч долларов ваших налогов потрачено на изучение причины, почему у них есть любимые острова».

36

О'Стин выиграла золото на Олимпиаде 1984 года в качестве члена американской женской команды по гребле в восьмерке с рулевым.

37

Конечно же, в теории причинная обусловленность может работать и противоположным образом. Возможно, только люди с асимметричными руками становятся профессиональными теннисистами.

38

На этом проекте к нам с Шёнером и Спиллером присоединились Джейсон Колби и Мануэль Лил.

39

Для ученых экология – это наука о том, как организмы взаимодействуют с окружающей средой. В 1970-е годы этот термин был экспроприирован природоохранным движением, придавшим ему более широкое значение. И теперь он более или менее синонимичен термину «окружающая среда».

40

1 акр – 405 м².

41

Вы можете взглянуть на них на Google Earth, набрав в поисковике «Поместье Ротамстед». Благодаря чуду интернета вы быстро окажетесь «парящим» над сельской местностью графства Хартфордшир. Если увеличить снимок, то вы увидите внизу слева от поместья маленькие цифровые стикеры. Поставьте курсор над одним из стикеров, и обнаружите надпись: «Эксперимент с парковой травой». Увеличьте изображение чуть больше, и перед вами предстанут экспериментальные поля.

42

На самом деле это была вторая попытка. Вскоре после того как были построены пруды, Шлутер попробовал поставить эволюционный эксперимент, но потерпел неудачу, и это подвигло его сконцентрироваться на изучении процесса естественного отбора в рамках одного поколения.

43

Это напомнило мне историю, рассказанную Джоном Эндлером о том, как он летел однажды на самолете и читал книгу о видообразовании. Мужчина, сидевший на соседнем кресле, спросил у него, что он читает, и они погрузились в беседу, во время которой Эндлер объяснил ему все о естественном отборе, эволюции и видообразовании, не используя при этом ни один из этих терминов. Мужчина заинтересовался, внимательно слушал его и даже задавал очень хорошие вопросы.

Наконец, он попросил Эндлера посоветовать ему дополнительные источники для чтения. И тогда Эндлер начал объяснять тому, что лучше всего начать с Дарвина. Но как только он произнес эту фамилию, мужчина покраснел, отвернулся от него и не произнес ни одного слова до самого окончания полета.

В похожем ключе национальный научный фонд США требует, чтобы ученые давали сводную информацию о финансируемых грантах для представления широкой публике. Как-то не так давно эволюционным биологам посоветовали описывать свою работу, не используя слово «эволюция». Очевидно, у многочисленных оппонентов нет проблем с базовыми представлениями о естественном отборе, но они теряются, столкнувшись с неизвестным для них словом «эволюция».

44

Опубликованный в 1943 году научный труд «Мутации бактерий: от восприимчивости к вирусам до их сопротивляемости» продемонстрировал, что наследственность у бактерий так же генетически обусловлена, как у растений и животных, и что мутации возникают стихийно. За эту работу Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк получили Нобелевскую премию.

45

Были и другие ученые. Помимо Левина, Ленски особо выделяет Лин Чао, Дэна Дикхьюзена и Барри Холла, как первопроходцев в этой области.

46

REL происходит от инициалов Ленски.

47

Тринадцатая колба с жидкостью, но без E.coli, служила в качестве контрольной, чтобы определять заселение среды. По непонятным для меня причинам несколько лет спустя в лаборатории появилась четырнадцатая колба, составив, таким образом, два ряда по семь колб, которые я и наблюдал во время визита в лабораторию.

48

Включая людей. Когда мы жалуемся на пониженный уровень сахара в крови, мы имеем в виду количество глюкозы, растворенной в нашей крови.

49

На самом деле, это не совсем точно. Ленски ввел мутацию в половину популяций просто на тот случай, чтобы одну популяцию можно было отличить от другой с целью определить возможное перекрестное заселение. Мутация не влияла на фенотип, следовательно, не подвергалась воздействию естественного отбора.

50

Несколько популяций E.coli, обитающих в природе, способны питаться цитратом в аэробной среде. Но во всех случаях это происходит потому, что они могут воровать необходимые гены у других видов микробов, а не развивать эту способность самостоятельно.

51

Блаунт допускает, что по стандартному определению она должна обозначаться «cit+», но к тому времени, когда они обнаружили свою ошибку, они уже так привыкли к заглавной С, что продолжили и дальше придерживаться такого написания.

52

К 2013 году стоимость упала более чем на девяносто девять процентов от уровня 2007 года. А качество при этом стало намного выше.

53

Термин придумал Блаунт.

54

Верность идеям Гулда, заложенная в ДЭЭ, стала очевидной в примечании первой научной публикации Блаунта, в которой авторы подчеркнули, что повтор эксперимента с Ага-3 начался в третью годовщину смерти Гулда и закончился в день его шестидесятишестилетия.

55

Кто-то может предположить, что если мы отмотаем пленку к какой-то конкретной точке, где все было полностью идентичным, то и история мутаций тоже будет идентичной. Это означает, что должна быть какая-то причина физического или химического характера. И, следовательно, если обстоятельства действительно полностью идентичны, тогда результат должен быть таким же. Подобная точка зрения, имеющая свою интеллектуальную историю и отсылающая нас еще к французскому математику Пьер-Симону Лапласу, означает, что, по определению, повторное прокручивание пленки приводит к одинаковому результату. Но в данном случае игнорируется тот факт, что в квантовой механике существует понятие квантовой неопределенности. Таким образом, есть вероятность, что неопределенность проходит от субатомного до молекулярного уровня. В любом случае в рамках нашего обсуждения я буду считать мутации непредсказуемым явлением, потенциальным источником непараллельной эволюции в реплицированных популяциях.

56

Я с полным правом могу говорить на данную тему, потому что сам испытал на себе деликатность высказываний Битти. В своей работе, посвященной взглядам Гулда на контингентность, он использовал мою публикацию по теме эволюции ящериц на Карибских островах в качестве примера (другим примером случайно стала работа Травизано-Ленски по мальтозе). Так, Битти отмечает, что я написал нечто, не поддающееся логике. Однако вместо того чтобы пояснить свою фразу, он пишет, что впоследствии я объяснил ему, что я имел в виду, и что, в конце концов, все логично, несмотря на то, что в моей работе все очевидно.

57

В поддержку этой версии следует отметить, что записи посещений показывали, что эти пациенты находились в клинике в одно и то же время до того, как один из пациентов заразился.

58

Многие мутации не влияют на фенотип и не имеют последствий.

59

В данном случае это несколько упрощенное представление, так как реальная граница варьировалась в зависимости от размера гена.

60

Что касается двух других из суперпятерки мутаций, то эволюция одной была заранее исключена по техническим причинам, заложенным изначально в эксперименте, но неспособность пятой мутации эволюционировать осталась загадкой.

61

Эти названия описывают изменения позиций аминокислоты. Первая буква – это предковая аминокислота, цифры означают позицию в гене, а вторая буква – это новая аминокислота, порожденная мутацией.

62

Например, почти у шестисот видов членистоногих развилась устойчивость к тому или иному пестициду.

63

А для более продвинутых также отмечу фунгициды, ларвициды, родентициды, моллюскоциды, акарициды и любых вредителей, которых вы вспомните.

64

Ученые обсуждают, насколько данные уменьшения – как в размере тела, так и в конкретных образованиях, таких как рога и бивни, – демонстрируют эволюционное изменение. Если мы уберем самых крупных особей с самыми крупными рогами или бивнями, то это будет означать, что выжившие окажутся менее «оснащенными» даже при отсутствии генетических изменений. Кроме того, здесь также может частично присутствовать фенотипическая пластичность. Тем не менее, как минимум в отдельных этих случаях в основе данных уменьшений лежала генетика.

65

Кластерные короткие палиндромные повторы, разделенные регулярными промежутками.

66

Насколько мне известно, это не так.

67

Формально не было обнаружено окаменелостей перьев троодона или тираннозавра, но были найдены окаменелости близкородственных видов, у которых были перья.

68

Это место никогда ранее не уточнялось, но, очевидно, оно расположено где-то вблизи Денвера.

69

Несколько коренных зубов возрастом шестьдесят миллионов лет, найденных в Аргентине, наводят на мысль о том, что древние родственники утконоса когда-то жили в Южной Америке: вероятно, это стало результатом гондванского объединения двух материков.

70

Мех настолько густой, что утконосы способны плавать в почти замерзающей воде, практически не растрачивая тепла своего тела.