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

От понимания роли переключателей в развитии до осознания их вклада в эволюцию нас отделяет совсем небольшой шаг. Переключатели позволяют использовать одни и те же гены развития по-разному в организме разных животных. Поскольку отдельные переключатели представляют собой независимые устройства по обработке информации, эволюционные изменения одного переключателя гена развития или переключателя, контролируемого белковым продуктом гена развития, могут изменить ход развития одной структуры, не влияя на другие структуры. Здесь кроется ключ к пониманию эволюции модульных тел и частей тел животных: так, например, у нас эволюционировал большой палец руки, отстоящий от остальных пальцев, а у мух возникли характерные задние крылья. Многие удивительные загадки эволюции, о которых я расскажу в следующей части книги (от взрыва биоразнообразия в кембрийском периоде до потрясающего разнообразия живущих сегодня бабочек и млекопитающих), объясняются именно эволюционными изменениями генетических переключателей.

Часть II. Окаменелости и гены. Как сделать животных разнообразными

Около десяти лет назад "кабинетные" молекулярные биологи вроде меня, не казавшие носа из лаборатории и занятые своими играми с ДНК, и палеонтологи, "полевые" ученые, раскапывавшие древние сокровища в экзотических точках планеты, были совершенно чужды друг другу. У нас не было ничего общего, мы никогда не пересекались и не искали встреч. Нас по-разному учили, работали мы обычно на разных факультетах и публиковались в разных научных журналах.

Но вдруг все изменилось.

Теперь палеонтологи говорят о Hox-генах, а молекулярные биологи отваживаются использовать в своей речи такие слова, как "кембрийский"!

Во второй части книги я расскажу чрезвычайно счастливую историю союза эмбриологии и эволюционной биологии, который помог открыть тайну эволюции формы тела животных. Толчком к этому объединению во многом послужило развитие в молекулярной биологии мощных технологий, благодаря которым возникли новые методы изучения развития и эволюции животных. То, что мы знаем о геномах ныне существующих видов и о развитии их эмбрионов, позволяет взглянуть на историю животного мира, отраженную в палеонтологической летописи, совершенно с другой точки зрения и понять не только то, что произошло, но и как это произошло — то есть нащупать внутренние механизмы формирования биологического разнообразия. Одна из догм современной геологии гласит: "настоящее — это ключ к прошлому", то есть процессы, которые мы можем наблюдать сегодня, происходили и в прошлом и могут объяснить прошлое. Эта основополагающая идея также является одним из основных принципов новой науки — эволюционной биологии развития, или эво-дево.

В первой части книги мы с вами выстроили сцену, используя четыре основных составляющих развития животных: модульную архитектуру, набор генов развития, географию эмбриона и генетические переключатели, координирующие работу генов развития в эмбрионе.

Во второй части книги начнет разворачиваться действие — эволюция формы животных как следствие изменения географии эмбриона. Мы узнаем о том, как география и форма эволюционируют за счет того, что гены развития начинают использоваться по-новому. Эволюция формы происходит благодаря тому, что очень старые гены обучаются новым приемам.

В следующих главах мы узнаем о том, что эво-дево способна помочь нам заглянуть в далекое прошлое и воссоздать облик давно вымерших животных, а также пролить свет на наиболее драматические события в истории животных. Мы исследуем ход эволюции, начиная с древнейших корней царства животных, возникшего в первобытных морях более 500 млн лет назад, проследим за возникновением новых структур, позволивших животным освоить сушу и воздушное пространство, а также поговорим о самых новых ветвях филогенетического древа животных, из которых складывается невероятное разнообразие современных форм. Это исследование поможет нам понять, каким образом мы с вами произошли от четвероногого гоминидного предка с небольшим мозгом.

Я приведу примеры, которые помогут создать живую картину эволюционного процесса. Эво-дево предлагает абсолютно новый подход и беспрецедентное качество доказательств. Некоторые из этих новых доказательств позволяют окончательно поставить точку в давних научных дискуссиях, другие поднимают новые вопросы, а третьи открывают путь к "Чаше Грааля" эволюционной биологии, т.е. безошибочно указывают на те генетические изменения, которые стали причиной эволюции конкретных видов животных.