Вокруг Света 2007 № 11 (2806) - [16]

Лучшая демонстрация теории эволюции — стадии развития лягушки: у похожего на рыбку головастика сначала отрастают задние лапки, потом передние, затем исчезает хвостик, и вот новое существо — амфибия

Общий предок

Коллеги задавали Дарвину массу вопросов, на многие из которых он убедительно ответил и не только потому, что был энциклопедически образованным человеком, но и благодаря силе предложенной им теории. А на что не ответил он сам, ответили следующие поколения ученых, и их ответы породили новые вопросы…

Возможно ли, что никакой преемственности между видами нет и каждый из них возник независимо? На этот вопрос современная наука, которая изучает механизм эволюции на уровне молекул, отвечает отрицательно. У всех известных существ наследственная информация закодирована в виде последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. Нуклеотидов всего четыре, и они одинаковы у микроорганизмов, растений и животных. Этот факт — в пользу родства всех существ. Но порядок следования нуклеотидов различается в молекулах ДНК разных организмов, что, собственно, и служит залогом их внешнего и внутреннего различия. Чем больше таких различий в ДНК двух разных видов, тем раньше они разошлись со своим общим предком.

Используя эти положения, в 1962 году американские биохимики Лайнус Полинг и Эмиль Цукеркандль выдвинули идею «молекулярных часов». Они заметили корреляцию между количеством различий в последовательностях аминокислот гемоглобина — белка, переносящего кислород, который есть у многих животных, и временем расхождения видов согласно палеонтологической летописи. То есть скорость, с которой изменяется последовательность аминокислот, для данного белка постоянна. А значит, по числу различий в одном и том же белке для любой пары видов можно оценить время их расхождения, даже если и палеонтология на этот счет не дает никаких указаний. Как в школьной задаче на расчет времени при известных расстоянии и скорости. Тот же принцип оказался верным и для последовательностей нуклеотидов в молекулах ДНК. В идеальном случае генеалогия живого существа, построенная палеонтологами, должна совпасть с генеалогией, построенной генетиками, и это стало бы одной из лучших демонстраций теории эволюции.

Знания о последовательностях ДНК и белков привели к рождению новой науки, занимающейся их сопоставлением и анализом, — биоинформатики. От нее ответвилась молекулярная филогенетика. По сравнению с традиционной систематикой, основанной на изучении анатомии, эта наука оперирует огромным количеством признаков — ведь число генов у многоклеточных организмов исчисляется многими тысячами, и каждый из них состоит из сотен или тысяч нуклеотидов. Сотни лабораторий во всем мире анализируют ДНК и все глубже разбираются в родственных связях организмов.

  

Лапка мышиного эмбриона сначала похожа на плавник. Со временем из него формируются пальцы, перепонки между которыми пропадают благодаря универсальному явлению апоптоза — запрограммированной смерти клеток

Не только генетический код, но и функциональные участки ДНК — гены — нередко одинаковы. Например, развитие зародыша у разных групп многоклеточных животных управляется одними и теми же генами. Где будет передний конец, а где — задний, задают «гомеозисные» гены, очень похожие у всех животных: от медузы до примата. Одни и те же гены управляют развитием глаза мухи и мыши — а ведь прежде считалось, что эти органы несравнимы, поскольку по-разному устроены: глаз насекомых состоит из множества простых глазков — фасеток, каждый из которых дает изображение одной точки пространства, а глаз позвоночных строит полное детальное изображение. Еще пример, в зародыше любого вида образуются лишние клетки, которые затем самоуничтожаются. Так, наши пальцы формируются за счет гибели клеток между ними, иначе вместо нормальной конечности развивалась бы сросшаяся культя. Точно так же ликвидируются самостоятельно и мутантные клетки, способные стать раковыми. Эти процессы запрограммированной гибели клеток — апоптоза — управляются особыми генами, которые очень похожи и, как оказалось, взаимозаменяемы, у человека, мыши и крошечного червя, состоящего всего лишь из одной тысячи клеток.

А раз во всех существах встречаются одинаковые «кирпичики», значит, они достались им от некоего общего предка? Кто же это мог быть? В мире одноклеточных мы видим организмы, похожие по обмену веществ и на растения, и на животных. Первые путем фотосинтеза создают себе пищу сами, вторые — этого не могут и нуждаются в готовых органических веществах. Например, от такого существа, как эвглена зеленая — полуводоросль-полуживотное, могла пойти дальнейшая эволюция. Чтобы стать многоклеточными, отдельным существам-клеткам нужно было объединиться в колонии. Сейчас полагают, что такой скачок связан с появлением хищничества как образа жизни: большую особь труднее съесть. Вся дальнейшая эволюция — это непрекращающаяся гонка наращивания размеров обеих противоборствующих сторон, в которой хищники и жертвы подгоняли друг друга. Животные, которые жили миллиард лет назад, настолько отличались от современных, что к ним неприменимы привычные принципы классификации. В них причудливо сочетались признаки разных современных типов, никогда не встречающиеся одновременно ни в одном из ныне живущих организмов. Трибрахидиум можно было бы назвать медузой, если бы не диковинная трехлучевая симметрия, более характерная для растений. Дикинсония похожа на кольчатого червя, но назвать ее так мешает «скользящая» симметрия, при которой парные конечности расположены не напротив друг друга, а в шахматном порядке. Такой тип симметрии опять-таки чаще встречается в растительном царстве, но в данном случае ученые уверены, что имеют дело с животным. По непонятной причине эти странные существа вымерли, и более полумиллиарда лет назад (в раннем кембрии) на коротком отрезке времени длительностью порядка десяти миллионов лет появились все известные современные типы животных. Это событие назвали «кембрийским взрывом». И согласно теории эволюции общий предок современных животных вышел из древнего мира докембрийских «чудищ», тех, кто пережил глобальную катастрофу. Данные молекулярной филогенетики подтверждают, что родословная современных типов (как то: губки, погонофоры, хордовые и т. д.) — это не дерево, но куст с пучком ветвей-типов, растущих из единого корня. А вот окаменелые остатки того, кто был этим корнем, палеонтологам еще не попались.