Жан-Батист Панафье - Дарвин на отдыхе [Размышляем над теорией эволюции] [litres]

Филогенетическое древо живых существ, построенное на основе генома

Сравнение ДНК нескольких видов получило еще одно применение: степень различия между ДНК двух видов в целом пропорциональна времени, на протяжении которого эти виды эволюционировали от своего общего предка. По крайней мере, для тех участков молекулы, на которые не влияет естественный отбор. Если их ДНК во многом схожи, значит, общий предок жил совсем недавно («недавно» по геологическим меркам, разумеется). А если ДНК значительно различаются, значит, общий предок этих видов исчез очень давно. Зачастую период существования общего предка можно датировать благодаря ископаемым останкам. Даже если конкретный вид этого предка определить нельзя, можно сказать, в какую эпоху он обитал на Земле.

Эти данные позволяют оценить скорость модификации ДНК, например рассчитать число мутаций на миллион лет. Если допустить, что объем мутаций постоянен, то далее можно определить время появления различающихся видов. Такие молекулярные часы дают нам общего предка для человека и шимпанзе, обитавшего примерно 6–8 миллионов лет назад, что соответствует возрасту самых древних африканских двуногих приматов, например сахелантропа, известного под именем Тумай. Молекулярные часы работают по-разному в зависимости от эпохи и, главное, от зоологической группы, но, настроенные один раз, они приносят большую пользу при соотнесении с палеонтологическими данными.

Когда мы говорим об адаптивной радиации, то речь ни в коем случае не идет о привыкании к радиоактивному излучению! Этим термином описывают быстрое появление группы близких видов от одного предка, видов, которые питаются ресурсами из одной среды. Это происходит, когда соответствующая среда мало обжита, например на вулканических островах, появившихся из океана, изначально бедных фауной, или – если говорить обо всем периоде жизни на Земле – после случаев массового вымирания. Бывает также, что эволюция создает новые способы освоения среды, например сформировав у птиц перья, а затем крылья. Адаптивная радиация – одна из причин современного биоразнообразия.

Самым известным случаем, разобранным Дарвиным, стал пример с галапагосскими вьюрками, внешне очень похожими, но по сути заметно различающимися: «Наблюдая эту постепенность и различие в строении в пределах одной небольшой, связанной тесными узами родства группы птиц, можно действительно представить себе, что вследствие первоначальной малочисленности птиц на этом архипелаге был взят один вид и видоизменен в различных целях». Формула еще двусмысленна, так как этот текст датируется 1839 годом, когда Дарвин находился еще далеко от окончательного формулирования своей теории, но уже тут мы видим зародыш идеи формирования отдельных видов от общего предка.

Дарвиновы вьюрки

Сегодня считается, что этот общий предок был близок к бурой овсянке, небольшой птице отряда воробьиных, обитающей в Южной Америке. Несколько особей его занесло ветром на Галапагосские острова примерно два миллиона лет назад. Нам известны тринадцать видов вьюрков, различающихся размерами, оперением, величиной клюва и рационом. Родственные связи между видами были установлены как благодаря изучению их строения, так и с помощью анализа ДНК. В течение тридцати лет Питер и Розмари Грант проводили исследования на одном из островов этого архипелага, и им удалось показать, с какой скоростью среда влияет на размер клюва птиц. После засухи, резко сократившей островную флору, остались только самые стойки растения с крупными зернами. Почти 85 % вьюрков умерли от голода. У выжившей части популяции размер клюва в среднем оказался заметно больше, чем у изначальной популяции в целом. Другими словами, естественный отбор сыграл определяющую роль в исчезновении тех особей, клюв которых оказался слишком мал для пропитания. На размер клюва влияет ген, связанный со строением челюстей, и его активность может различаться в процессе развития особи. Если ген начинает действовать чуть раньше, клюв оказывается крупнее. Простая хронологическая задержка может сыграть большую роль в выживании особи при изменении условий жизни. История адаптивной радиации вьюрков Дарвина сегодня хорошо известна ученым.

Быстрая диверсификация видов была отмечена и в других экосистемах, например на крупных африканских озерах. Каждое озеро после своего возникновения было заселено тилапией – рыбой из семейства цихловых. В озере Виктория менее чем за 15 тысяч лет от одного вида произошло более 500 разных видов! Другим хорошо изученным примером являются карибские ящерицы рода анолисов. Нам известны 400 видов этих ящериц, из них 150 обитают на Карибских островах. Эти ящерицы, близкие родственники игуан, насекомоядны, иногда плодоядны.

Ящерица анолис

Изучение ящериц анолис показало, что все эти островные виды произошли от двух континентальных, попавших на острова несколько десятков миллионов лет назад. Пересекая разделяющие сушу проливы, ящерицы давали рождение новым видам, отличающимся своими размерами в зависимости от того, насколько влажной и солнечной оказывалась среда обитания, что определялось плотностью лесов. Таким образом, они занимали различные экологические ниши, что позволило им плотнее осваивать среду обитания, уменьшая соревнование между видами.

В книге «Алиса в Зазеркалье», продолжении «Алисы в Стране чудес», Льюис Кэрролл устами Черной Королевы предупреждает героиню: «Здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте» [10], потому что пейзаж вокруг героев стремительно меняется.

Для биологов этот эпизод стал метафорой некоторых форм коэволюции, то есть эволюции нескольких связанных между собой видов, например жертвы и хищника или паразита и его хозяина. В этих парах эволюция жертвы приводит к появлению более совершенной защиты, но параллельно паразит или хищник развивают всегда еще более совершенный ответ. Подобно Алисе с Королевой, эти виды должны постоянно эволюционировать в ответ на эволюцию своих «партнеров». В военной среде есть эквивалентное выражение «гонка вооружений», когда страны начинают тратить всё больше средств на свою армию.