Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Парадоксально, но повторное открытие законов Менделя в начале XX в. поначалу рассматривалось как удар по теории естественного отбора Дарвина — Уоллеса. Эта теория подразумевает постепенность изменений; но в ходе своих экспериментов такие исследователи, как де Фриз, обнаружили внезапные изменения от поколения к поколению — изменения цвета, морщинистости и т. д. Это объяснялось тем, что Мендель и его последователи намеренно выбирали примеры, где были явно видны скачки от одного поколения к следующему, такие как желтый или зеленый цвет, морщинистая или гладкая поверхность. Большинство характеристик у большинства организмов не наследуются в соответствии с таким простым правилом — «или-или». Люди не просто высокие или низкие; они разного роста и телосложения, и эти разные фенотипы формируются в результате взаимосвязанного воздействия всего набора генов (генотипа). Чтобы изучить влияние нескольких аллелей одного и того же гена на конкретную характеристику организма, шведский генетик Герман Нильсон-Эле (1873–1949) изучал сорта пшеницы, скрещивая их, чтобы получить зерна пяти разных цветов; он обнаружил, что частота появления этих цветов точно описывалась статистическими законами менделевского наследования применительно к одновременной передаче двух пар аллелей, расположенных на двух разных хромосомах. Эдвард Ист (1879–1938) из Гарвардского университета провел похожие эксперименты с короткими и длинными цветками табака.

Все это побудило генетиков обратиться к математике. Они поняли, что в большой популяции особей, такой как популяция людей на Земле, у одного гена может иметься огромное число аллелей, распределенных по разным организмам. Каждая особь является носителем только двух аллелей, отвечающих за конкретный признак, но в клетках других особей присутствует множество других версий данного гена. Теоретически любые два из этих аллелей могут соединиться в следующем поколении. Если в результате каких-либо изменений в окружающей среде один конкретный аллель повышает приспособленность особи, то он быстро распространяется по популяции.

Например, сегодня люди рождаются с глазами разного цвета, и у голубых или карих глаз нет никакого явного эволюционного преимущества. Но если бы солнечное излучение вдруг изменилось таким образом, что голубоглазые люди стали бы лучше видеть и эффективнее находить пищу (не будем учитывать современные технологии), то аллель, отвечающий за голубой цвет глаз, распространился бы по популяции, и голубоглазые люди стали бы рождаться чаще. В 1920-х гг. четверо математиков решили провести расчеты того, насколько эффективно аллели могут распространяться в популяции. Это были Рональд Фишер (1890–1962) и Джон Холдейн (1892–1964) из Англии, Сьюалл Райт (1889–1988) из США и Сергей Четвериков (1880–1959) из СССР. В 1930 г. Фишер опубликовал книгу «Генетическая теория естественного отбора» (The Genetical Theory of Natural Selection), где описал мощь воздействия естественного отбора на виды с большим количеством разных аллелей среди особей. Его расчеты показали, что если новый аллель, появившийся в результате мутации, обеспечивает несущим его животным преимущество всего в 1 % по сравнению с теми, у кого его нет, этот аллель распространится по всей популяции за сто поколений. Это достаточно медленно, чтобы соответствовать геологическим данным, но достаточно быстро, чтобы объяснить идеальный камуфляж жуков-скакунов. Даже самого незначительного индивидуального преимущества, которое практически невозможно обнаружить при изучении популяций животных или растений в дикой природе, достаточно, чтобы гарантировать успех мутировавшему гену. Хотя ученые и продолжали спорить о деталях, фактически синтетическая теория эволюции утвердилась в начале 1930-х гг. Дальше мы сосредоточимся на тех процессах, которые происходят на уровне хромосом, и на открытии роли ДНК в эволюции.

Глава 8. Открытие роли ДНК

Тогда же, когда Томас Морган решал проблему роли генов в передаче наследственной информации, ученые проводили эксперименты в, казалось бы, абсолютно не связанной с генетикой области науки, занимаясь разработкой методов, которые в итоге помогли пролить свет на молекулярный механизм наследственности. Эта глава, помимо прочего, рассказ о том, как новое научное открытие может быстро найти экспериментальное применение и открыть путь ко множеству других открытий.