Читаем Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции полностью

Различные функциональные классы генов проявили значительные различия в отношении древовидных и сетевидных тенденций в своей эволюции, от доминирования древовидного сигнала среди генов для компонентов механизма трансляции и молекулярных шаперонов до практически полностью сетевидной эволюции генов, кодирующих компоненты систем ионного переноса, передачи сигнала и защитных систем (см. рис. 6-8). Такая схема в целом совместима с гипотезой сложности, но, кроме того, выявляет более тонкую картину, с существенными различиями между, например, ферментами метаболизма нуклеотидов, которые эволюционируют преимущественно древовидно, и белками, участвующими в метаболизме и переносе аминокислот или углеводов, у которых сетевидный сигнал куда более заметен (см. рис. 6-8).

Подводя итог, можно сказать, что количественный анализ древовидного и сетевидного сигналов выявляет несомненный парадокс эволюции прокариот: несмотря на то что древовидная эволюция, безусловно, является сильнейшей тенденцией в ЛЖ, количественно в эволюции прокариот доминирует комбинация сетевидных процессов, таких как ГПГ и специфичная для линии утрата генов. Древовидный процесс отражает значительную часть эволюции среди ПУДов; однако, поскольку ЛЖ состоит преимущественно из небольших деревьев, среди которых древовидный сигнал обнаруживается с трудом, сетевидные процессы, которые управляют эволюцией относительно небольших семейств генов, доминируют количественно.

Древовидная эволюция или неслучайный горизонтальный перенос генов?

Гогартен, Лоуренс и Дулитл предложили еретическую (и весьма своеобразную) гипотезу, чтобы объяснить древовидные сигналы, которые можно наблюдать в филогенетическом анализе отдельных генов или ансамблей генов (Gogarten et al., 2002). Согласно этому предположению, древовидная картина эволюции может на самом деле быть последствием (можно сказать, в несколько провокационной манере, артефактом) неоднородного, неслучайного ГПГ, при котором организмы, «близкие» друг к другу на филогенетическом древе, обмениваются генами часто, а среди организмов, «далеких» друг от друга, ГПГ происходит редко. Как мы уже показывали в главе 5, эта возможность определенно имеет биологический смысл: учитывая, что ГПГ переносит ген в чужеродную внутриклеточную среду, можно ожидать, что чем меньше эта среда отличается от исходной (источника перенесенного гена), тем выше шансы для этого перенесенного гена прижиться. Для этой догадки уже даже существуют некоторые экспериментальные подтверждения, хотя и не систематические (Diaz et al., 2011).

Мы использовали структуру ЛЖ, чтобы симулировать эволюцию с переменными градиентами уровня ГПГ, нисходящими от близких к отдаленным организмам, а также чтобы оценить возможность того, что наблюдаемая нами древовидная картина была простым последствием неслучайного ГПГ. В каждой серии симуляций мы проверяли, могут ли характеристики ПУДов, которые мы наблюдали (такие как среднее расстояние между деревьями и степень разделения между археями и бактериями), быть воспроизведены в различных моделях эволюции. Первая серия симуляций началась с топологии супердрева ПУДов, которую мы взяли в качестве репрезентативного сигнала древовидной эволюции, и заключалась в измерении характеристик итоговых деревьев в зависимости от величины градиента ГПГ. Мы и в самом деле обнаружили, что умеренный градиент ГПГ от листьев древа к его центру воспроизводил эмпирически наблюдаемые свойства ПУДов. Вторую серию симуляций мы начали с деревьев-«звезд», в допущении, что древовидная эволюция является статистической аномалией, и затем постепенно развивали градиент ГПГ, присваивая увеличенные уровни ГПГ случайно соединившимся ветвям. В этой симуляции нам не удалось воспроизвести наблюдаемые характеристики ПУДов, даже при экстремально высоких уровнях ГПГ. И хотя эти симуляции, несомненно, являются сверхупрощенными моделями эволюции, они наводят на мысль, что древовидная тенденция и неслучайный ГПГ сосуществуют в ходе эволюции прокариот. И в самом деле, высокий уровень ГПГ между организмами, чьи гены ядра близко связаны древовидной эволюцией, выливается в самоподкрепляющийся процесс, который поддерживает связанные кластеры прокариот на различных уровнях филогенетической глубины.

Краткий обзор и перспектива

Когда Дарвин ввел метафору ДЖ, свидетельства в пользу этой схемы основывались на наблюдениях за эволюцией животных. Однако он с немалой долей уверенности распространил древовидную модель эволюции на жизнь в целом. В узком смысле Дарвин был прав: никто не отрицает, что эволюция животных имеет древовидную структуру. Однако это не древо жизни, это всего лишь описание эволюции отдельной, сравнительно малочисленной, компактной группы эукариот. Распространение этой концепции на всю полноту клеточной жизни на Земле терпит крах из-за сложной сети обширного ГПГ, который чаще всего встречается среди прокариот, но также внес значительный вклад в эволюцию эукариот, в частности при эндосимбиозе (см. гл. 7).

Перейти на страницу:

Все книги серии Занимательная наука (Центрполиграф)

Откуда приходят герои любимых книг. Литературное зазеркалье. Живые судьбы в книжном отражении
Откуда приходят герои любимых книг. Литературное зазеркалье. Живые судьбы в книжном отражении

А вы когда-нибудь задумывались над тем, где родилась Золушка? Знаете ли вы, что Белоснежка пала жертвой придворных интриг? Что были времена, когда реальный Бэтмен патрулировал улицы Нью-Йорка, настоящий Робинзон Крузо дни напролет ждал корабля на необитаемом острове, который, кстати, впоследствии назвали его именем, а прототип Алеши из «Черной курицы» Погорельского вырос и послужил прототипом Алексея Вронского в «Анне Карениной»? Согласитесь, интересно изучать произведения известных авторов под столь непривычным углом. Из этой книги вы узнаете, что печальная история Муму писана с натуры, что Туве Янссон чуть было не вышла замуж за прототипа своего Снусмумрика, а Джоан Роулинг развелась с прототипом Златопуста Локонса. Многие литературные герои — отражение настоящих людей. Читайте, и вы узнаете, что жил некогда реальный злодей Синяя Борода, что Штирлиц не плод фантазии Юлиана Семенова, а маленькая Алиса родилась вовсе не в Стране чудес… Будем рады, если чтение этой книги принесет вам столько же открытий, сколько принесло нам во время работы над текстом.

Юлия Игоревна Андреева

Языкознание, иностранные языки
Знаем ли мы все о классиках мировой литературы?
Знаем ли мы все о классиках мировой литературы?

…«И гений, парадоксов друг» – гений и впрямь может быть другом парадоксов своей биографии… Как только писателя причисляют к сонму классиков – происходит небожественное чудо: живого человека заменяет икона в виде портрета в кабинете литературы, а всё, что не укладывается в канон, как будто стирается ластиком из его биографии. А не укладывается не так уж мало. Пушкин – «Солнце русской поэзии» – в жизни был сердцеедом, разрушившим множество женских судеб, а в личной переписке – иногда и пошляком. Можно умиляться светлым отрывкам из недавно введённого в школьную программу «Лета Господня» Ивана Шмелёва, но как забыть о том, что одновременно с этой книгой он писал пламенные оды в поддержку Гитлера? В школе обходят эти трудности, предлагая детям удобный миф, «хрестоматийный глянец» вместо живого человека. В этой книге есть и не слишком приглядные подробности из биографий русских классиков. Их вполне достаточно для того, чтобы стряхнуть с их тел гранитно-чугунную шинель официозной иконы. Когда писатели становятся гораздо более живыми, чем на страницах учебников, то и их позитивное воздействие на нас обретает большую ценность.

Мария Дмитриевна Аксенова

Литературоведение
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

В этой амбициозной книге Евгений Кунин освещает переплетение случайного и закономерного, лежащих в основе самой сути жизни. В попытке достичь более глубокого понимания взаимного влияния случайности и необходимости, двигающих вперед биологическую эволюцию, Кунин сводит воедино новые данные и концепции, намечая при этом дорогу, ведущую за пределы синтетической теории эволюции. Он интерпретирует эволюцию как стохастический процесс, основанный на заранее непредвиденных обстоятельствах, ограниченный необходимостью поддержки клеточной организации и направляемый процессом адаптации. Для поддержки своих выводов он объединяет между собой множество концептуальных идей: сравнительную геномику, проливающую свет на предковые формы; новое понимание шаблонов, способов и непредсказуемости процесса эволюции; достижения в изучении экспрессии генов, распространенности белков и других фенотипических молекулярных характеристик; применение методов статистической физики для изучения генов и геномов и новый взгляд на вероятность самопроизвольного появления жизни, порождаемый современной космологией.Логика случая демонстрирует, что то понимание эволюции, которое было выработано наукой XX века, является устаревшим и неполным, и обрисовывает фундаментально новый подход — вызывающий, иногда противоречивый, но всегда основанный на твердых научных знаниях.

Евгений Викторович Кунин

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука

Похожие книги

Психология стресса
Психология стресса

Одна из самых авторитетных и знаменитых во всем мире книг по психологии и физиологии стресса. Ее автор — специалист с мировым именем, выдающийся биолог и психолог Роберт Сапольски убежден, что человеческая способность готовиться к будущему и беспокоиться о нем — это и благословение, и проклятие. Благословение — в превентивном и подготовительном поведении, а проклятие — в том, что наша склонность беспокоиться о будущем вызывает постоянный стресс.Оказывается, эволюционно люди предрасположены реагировать и избегать угрозы, как это делают зебры. Мы должны расслабляться большую часть дня и бегать как сумасшедшие только при приближении опасности.У зебры время от времени возникает острая стрессовая реакция (физические угрозы). У нас, напротив, хроническая стрессовая реакция (психологические угрозы) редко доходит до таких величин, как у зебры, зато никуда не исчезает.Зебры погибают быстро, попадая в лапы хищников. Люди умирают медленнее: от ишемической болезни сердца, рака и других болезней, возникающих из-за хронических стрессовых реакций. Но когда стресс предсказуем, а вы можете контролировать свою реакцию на него, на развитие болезней он влияет уже не так сильно.Эти и многие другие вопросы, касающиеся стресса и управления им, затронуты в замечательной книге профессора Сапольски, которая адресована специалистам психологического, педагогического, биологического и медицинского профилей, а также преподавателям и студентам соответствующих вузовских факультетов.

Борис Рувимович Мандель , Роберт Сапольски

Биология, биофизика, биохимия / Психология и психотерапия / Учебники и пособия ВУЗов