Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

Эта книга прежде всего о концепциях, идеях и моделях, а не о методах. Тем не менее, прежде чем закончить эту последнюю главу, необходимо сказать несколько слов о новом поколении подходов, которые не только позволили поразительно глубоко проникнуть в ключевые эволюционные процессы, но и должны начать менять сам облик эволюционной биологии в следующем десятилетии (или близко к тому). Эти исследовательские стратегии подпадают под категорию «экспериментальной эволюционистики». В сегодняшних эволюционных экспериментах ход эволюции популяции организмов или молекул можно проследить непосредственно, обрабатывая, за счет применения нового поколения методов секвенирования, тысячи и даже миллионы молекул ДНК или РНК. Эксперименты Ричарда Ленски и его коллег по долгосрочной лабораторной эволюции популяций E. coli, о которых мы не раз говорили в этой книге, являются замечательным примером такого рода опытов (Ostrowski et al., 2008; Barrick et al., 2009; Woods et al., 2011). Эти эксперименты уже дали бесценную информацию о различных режимах отбора и дрейфа, распространенности параллельных мутаций, эволюции способности к эволюции и многом другом. Однако, благодаря появившейся в настоящее время возможности секвенирования тысяч полных бактериальных геномов, самые многообещающие результаты ожидаются в не столь отдаленном будущем, когда будут всесторонне изучены эволюционные траектории популяций в различных условиях окружающей среды и при разных давлениях отбора. Концептуально эти эксперименты продолжают направление исследований, начатое в пророческой работе Шпигельмана и коллег с РНК-бактериофагами в 1960-х годах (см. гл. 8). Эксперименты Шпигельмана почти на полвека опередили свое время и оказали сравнительно небольшое влияние на развитие науки, но в первые десятилетия XXI века статус экспериментального исследования эволюции быстро меняется.

Другое направление эволюционного экспериментирования включает в себя изучение ландшафтов отбора эволюционирующих белков или молекул РНК, которые мы кратко обсудили ранее в этой главе. Имеющиеся в настоящее время экспериментальные данные описывают только крошечные доли ландшафтов, но возможность исследовать большие области уже представляется реалистичной (Kogenaru et al., 2009; Loewe, 2009)[142]. В конечном итоге подробная реконструкция полных ландшафтов отбора изменит наши представления о том, что значит «понимать» эволюционный процесс.

Дивный новый мир вирусов и прокариот

СТЭ ориентируется в основном на изучение эволюции животных и растений — многоклеточных эукариот, размножающихся чаще всего половым путем. Одноклеточные эукариоты и прокариоты, не говоря уж о вирусах, не считались важными для эволюционной биологии. Пожалуй, включение огромного мира микробов в систему эволюционных представлений следует считать главным толчком для перехода от СТЭ к «постсовременному» состоянию эволюционной биологии. Первые попытки разобраться в эволюционных связях между бактериями были в высшей степени обескураживающими, но последующее сравнение последовательностей консервативных генов таких как рибосомные РНК, а затем и полный анализ геномов привели к замечательным успехам. Сравнительная геномика бактерий и архей изменила центральные концепции эволюционной биологии, включая древо жизни (см. гл. 6), и показала крайне динамичный характер геномов и пангеномов (см. гл. 5).

Изучение мира вирусов привело к не менее, а может быть, и более драматическому изменению наших взглядов на эволюцию жизни на Земле. Крошечные паразиты, вирусы являются наиболее многочисленными и генетически разнообразными биологическими объектами на всей планете. Мир вирусов, по всей вероятности, существует с самых ранних, доклеточных стадий эволюции и постоянно взаимодействует с миром клеточных организмов, внося существенный вклад в его эволюцию, но сохраняя при этом собственную автономию.

Империи и домены жизни