Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Приведенная цитата показывает, что данные эмбриологии всегда составляли неотъемлемую часть доказательств в пользу эволюции и происхождения видов от общего предка. Задача ученых на протяжении 100 лет, прошедших со времен Дарвина, заключалась в том, чтобы объяснить, как меняется эмбрион (и, таким образом, развивающаяся из него взрослая форма). Теория современного синтеза (синтетическая теория эволюции, СТЭ) добавила в поддержку эволюции данные генетики, однако генетики того времени ограничивались изучением небольших внутривидовых вариаций и не знали химической природы гена (т.е. ДНК), не говоря уже о влиянии генов на форму. Важнейшее достижение синтетической теории эволюции состоит в том, что она связала между собой палеонтологические представления о так называемой макроэволюции, или эволюции на надвидовом уровне, с генетическими представлениями о микроэволюции, или внутривидовой изменчивости. СТЭ постулировала, что значительные изменения формы, которые мы наблюдаем в палеонтологической летописи, можно объяснить естественным отбором, действующим на протяжении длительного времени, а материалом для него служат небольшие генетические изменения, являющиеся источником внутривидовой изменчивости. Это была экстраполяция, по поводу которой в научной среде существовал консенсус, но на самом деле никто не знал, одинаковые ли генетические механизмы отвечают за крупномасштабные изменения и за небольшие внутривидовые вариации. Ничего не было известно о том, каким образом гены влияют на форму, какие гены определяют эволюцию формы и какого рода изменения генов отвечают за эволюцию. Более того, когда структура ДНК и белков была расшифрована, среди создателей и сторонников современного синтеза возобладала точка зрения, что случайные мутации и естественный отбор так сильно нарушают последовательности ДНК и белков, что гомологичные гены могут сохраняться лишь у близкородственных видов. Почти все, о чем я рассказал в предыдущих главах, было открыто за последние двадцать лет. Выводы, сделанные на основании этих открытий, не просто заполнили огромный пробел в нашем понимании эволюционного процесса, но заставили биологов совершенно иначе взглянуть на эволюцию формы. Вы смогли убедиться, что именно различия в способах использования древних генов развития задали основные направления эволюции формы у самых разных животных — от Urbilateria до Homo sapiens. В этой главе я расскажу о том, как эти новые данные повлияли на судьбу основных концепций эволюционной биологии: какие из этих концепций получили дальнейшее развитие и были приведены в более четкую и ясную форму, а какие были пересмотрены.

О происхождении и модификации

Царство животных создавалось с помощью древних инструментов

Первое и, пожалуй, самое неожиданное открытие эво-дево заключается в древнем происхождении генов, задействованных в формировании всех животных, независимо от их строения (главы 3 и 6). Никто не мог предположить, что совершенно разные животные создаются с помощью очень похожих наборов белков — продуктов генов развития. Результаты этого открытия очень важные и многоплановые.

Во-первых, это совершенно новое и мощное доказательство одной из важнейших идей Дарвина — о происхождении всех животных от одного или лишь нескольких общих предков. Наличие общего набора генов развития указывает на глубокую связь между разными таксономическими группами, которую нельзя было увидеть раньше из-за выраженных морфологических различий между ними.

Во-вторых, тот факт, что такие структуры как глаза, сердца или конечности (структуры, про которые считалось, что разные животные изобрели их независимо друг от друга) имеют общие генетические ингредиенты, контролирующие их развитие, заставил нас полностью пересмотреть наши представления о создании сложных структур. Оказывается, глаза, сердца и конечности не изобретались каждый раз заново, а эволюционировали за счет древних регуляторных сетей под управлением одних и тех же генов развития (глава 3). Отдельные фрагменты этих сетей можно проследить до общего предка всех билатерий (Urbilateria) и еще более ранних форм (глава 6).

В-третьих, уходящая далеко в прошлое история набора генов развития говорит о том, что появление этих генов не было пусковым механизмом эволюции. Набор генов развития билатерий сформировался еще до начала кембрия (глава 6), набор генов развития млекопитающих появился еще до начала быстрой диверсификации этой группы в четвертичном периоде, а гены развития человека существовали задолго до появления человекообразных обезьян и других приматов (глава 10). Очевидно, что сами по себе гены не являются двигателями эволюции. Их наличие только обеспечивает возможность эволюции, а реализуется эта возможность за счет экологических механизмов.

О сложности и разнообразии