Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз

Весь набор гомеобокс-генов представляет собой очень большое множество, разделенное на семейства и подсемейства, так же как сами животные разделены на семейства и подсемейства. Это похоже на случай гемоглобина, который мы исследовали в «Рассказе Миноги». Там мы узнали, что человеческий альфа-глобин действительно является более близким кузеном, скажем, альфа-глобина ящерицы, чем кузеном человеческого бета-глобина, который, в свою очередь, более близкий кузен бета глобина ящерицы. Точно так же человеческий tinman – более близкий кузен tinman плодовой мушки, чем человеческого Pax6. Есть возможность построить очень полное генеалогическое дерево гомеобокс-генов, которое существует бок о бок с генеалогическим деревом содержащих их животных. Оба генеалогических дерева одинаково обоснованны. Оба – настоящие родословные деревья, сформированные событиями расколов, которые случались в особые моменты геологической истории. В случае генеалогических деревьев животных события расколов представляют собой видообразования. В случае генеалогических деревьев гомеобогс-генов (или генов глобина), события расколов – дупликации гена в геномах.

Дерево гомеобокс-гена животных раскалывается на два больших класса, на AntP и PRD классы. Я не буду обстоятельно объяснять, что обозначают эти сокращения, потому что оба являются упрямо сбивающими с толку. Класс PRD включает Pax-гены и различные другие подклассы. Класс AntP включает Hox и ParaHox, и тоже различные другие подклассы. В дополнение к этим двум большим классам гомеобокс-генов животных существуют различные, более отдаленно связанные гомеобокс-гены, которые (ошибочно) называют «дивергентными». Они обнаружены не только у животных, но и у растений, грибов, а также у «простейших».

Только животные имеют истинные Hox-гены, и они всегда используются для одной и той же цели – чтобы установить информацию о местоположении внутри тела, независимо от того, разделено ли тело четко на дискретные сегменты. Хотя Hox-гены еще не были найдены у губок и гребневиков, это не означает, что такого не случится. Было бы не удивительно обнаружить, что они есть у всех животных. Это воодушевило бы моих коллег Джонатана Слэка (Jonathan Slack), Питера Холланда и Кристофера Грэма (Christopher Graham), тогда всех из Оксфорда, предложивших новое определение самого понятия «животное». До настоящего времени животные были определены в противоположность растениям, довольно неудовлетворительным негативным способом. Слэк, Холланд и Грэм предложили позитивный, особый критерий, имеющий результатом объединение всех животных и исключающий всех неживотных, таких как растения и простейшие. История с Hox показывает, что животные – не очень пестрая, несвязанная смесь типов, каждый со своим собственным фундаментальным планом тела, приобретенным и сохраненным в одинокой изоляции. Если Вы забудете морфологию и посмотрите только на гены, выяснится, что все животные – незначительные вариации на очень специфическую тему. Какое удовольствие быть зоологом в такое время.

Рассказ Коловратки

Блестящий физик-теоретик Ричард Фейнман, как известно по слухам, сказал: «Если Вы думаете, что Вы понимаете квантовую теорию, Вы не понимаете квантовую теорию». Заманчива аналогия эволюциониста: «Если Вы думаете, что понимаете пол, Вы не понимаете пол». Три современных дарвиниста, от которых, я полагаю, мы можем наибольшему научится – Джон Мэйнард Смит (John Maynard Smith), У. Д. Гамильтон (W. D. Hamilton) и Джордж К. Уильямс (George C. Williams) – все посвятили значительные части своих длинных карьер борьбе с полом. Уильямс в 1975 году так начал свою книгу «Sex and Evolution with a challenge to himself»: «Эта книга написана из убежденности, что распространенность полового размножения у высших растений и животных несовместима с нынешней эволюционной теорией... это своего рода кризис в эволюционной биологии...» Подобные вещи говорили Мэйнард Смит и Гамильтон. Над разрешением этого кризиса трудились все три дарвинистских героя наряду с другими подрастающими поколениями. Я не буду пытаться описать их усилия и, конечно, я не могу предложить никакого альтернативного решения. Вместо этого «Рассказ Коловратки» демонстрирует малоизученные последствия полового размножения для нашего взгляда на эволюцию.

Бделлоидные – большой класс типа коловраток. Существование бделлоидных коловраток является эволюционным скандалом. Не мое собственное острое словцо – это звучат легко узнаваемые интонации Джона Мэйнарда Смита. Многие коловратки размножаются без пола. В этом отношении они напоминают тлей, палочников, различных жуков и некоторых ящериц, и не особенно скандальны. Не по вкусу Мэйнарду Смиту пришлось то, что коловратки в целом размножаются только бесполо – каждая современная коловратка, очевидно, произошла от общего предка коловраток, который, должно быть, жил достаточно давно, чтобы породить 18 родов и 360 видов. Останки в янтаре свидетельствуют, что эта отвергающая самцов самка-матриарх жила, по крайней мере, 40 миллионов лет назад, вполне вероятно, больше. Коловратки – очень преуспевающая группа животных, удивительно многочисленная и господствующая часть мировой пресноводной фауны. Ни один самец никогда не был обнаружен (Чтобы быть безупречно точным, почти за 300 лет научных исследований было сделано одно сообщение о самце бделлоидной коловратки датским зоологом Везенберг-Лундом (C. Wesenberg-Lund, 1866-1955). «С большим сомнением я рискую заметить, что дважды видел среди тысяч Philodinidae (Rotifer vulgaris) маленькое существо, бесспорно самца коловратки..., но оба раза я был не в состоянии его изолировать. Он вертелся среди многочисленных самок с чрезвычайной скоростью» (понятное дело, спору нет). Даже в присутствии убедительных свидетельств Марка Уэлша и Меселсона зоологи не были склонны считать ни разу не подтвержденное наблюдение Везенберг-Лунда достаточным доказательством существования самца бделлоида.).

Что в этом такого скандального? Что ж, представьте, что мы берем генеалогическое дерево всего животного мира. Кончики веток повсюду вокруг внешней стороны дерева представляют виды. Главные ветви представляют классы или типы. Существуют миллионы видов, что означает, что эволюционное дерево ветвится намного более замысловато, чем любое лесное дерево, которое Вы когда-либо видели. Имеется всего лишь несколько десятков типов и не так много классов. Тип коловратки – одна ветвь дерева, и она разделяется на четыре подветви, одна из которых – класс бделлоидных. Эта классовая ветвь все разделяется и разделяется дальше, и, в конечном счете, приводит к 360 тонким веткам, представляющим каждая один вид. То же самое продолжается для всех других типов, каждый со своими собственными классами, и так далее. Мелкие внешние ветви дерева представляют настоящее время; немного внутрь от веток внешней кроны означает короткое расстояние в прошлое; и так далее до главного ствола, который эквивалентен, скажем, миллиарду лет назад.

Это понятно, теперь мы берем краску для нашего серого, зимнего дерева и раскрашиваем кончики отдельных тонких веток, чтобы обозначить специфические особенности. Мы могли бы закрасить красным все тонкие ветки, которые представляют летающих животных – летающих с помощью силы, в отличие от пассивно планирующих, которые намного более распространены. Если мы теперь отступим назад и рассмотрим дерево в целом, то мы заметим большие области красного, отделенные еще большими областями серого, представляющими все главные группы животных, которые не летают. Большинство тонких веток насекомых, веток птиц и летучих мышей являются красными, и они – соседи других красных тонких веток. И ни одной из других. За несколькими исключениями, такими как блохи и страусы, все три класса составлены из летающих животных. Красный цвет распространен в широких очагах однородно красного на фоне однородно серого.

Подумайте, что это означает для эволюции. Три участка красного, должно быть, начались давно с трех предковых животных – древнего насекомого, древней птицы и древней летучей мыши – обнаруживших, как летать. Полет, очевидно, оказался действительно хорошей идеей, когда он был открыт, потому что он сохранился и распространился через все потомственные ветви, поскольку три вида, в конечном счете, дали начало трем большим скоплениям потомственных видов, почти все они сохраняют предковую способность летать: класс насекомых, класс птиц и отряд рукокрылых.

Но теперь мы делаем то же самое не для полета, а для бесполого, без самцов (Ни в коем случае без самок. В отличие от яиц, сперма  слишком мала, чтобы действовать в одиночку. Бесполое размножение у животных означает обходиться без самцов.), размножения. На нашем дереве жизни мы раскрашиваем тонкие ветки всех бесполо размножающихся видов синим. Теперь мы замечаем совершенно другой рисунок. Там, где полет выделялся как большие полосы красного, бесполое размножение обнаруживается как крошечные спорадические синие точки. Бесполый вид жука обнаруживается как синяя веточка, полностью окруженная серыми. Возможно, группа из трех видов в одном роду является синей, но соседние рода серые. Вы понимаете, что это означает? Бесполое размножение время от времени возникает, но оно быстро исчезает, прежде чем у него появляется время, чтобы превратиться в крепкую ветвь со многими синими отростками. В отличие от полета, привычка к бесполому размножению не сохраняется достаточно долго, чтобы дать начало целому семейству, отряду или классу бесполых существ.