Кирилл Еськов - Доказательства эволюции

Эволюционные процессы наблюдаются как в естественных условиях, так и в лаборатории. Имеются документированные, непосредственно наблюдавшиеся человеком случаи образования новых видов (некоторые из этих случаев перечислены здесь (англ.)).

Факт эволюции доказан экспериментально. Чтобы получить сведения об эволюционной истории жизни, палеонтологи анализируют ископаемые останки организмов. Степень родства между современными видами можно установить сравнивая их строение, геномы, развитие эмбрионов (онтогенез). Еще один источник информации об эволюции — закономерности географического распространения животных и растений, которые изучает биогеография. Все эти данные укладываются в единую картину — эволюционное дерево жизни.

Чтобы понять эволюцию, необходимо прежде всего очень хорошопонять основную идею Дарвина — естественный отбор. Она только кажется простенькой, на самом деле осознать ее не так-то легко. Не случайно она была открыта человечеством позже, чем куда более сложные (казалось бы) вещи, такие как дифференциальное исчисление. Рекомендуем для этого книгу Ричарда Докинза « Слепой часовщик«( The Blind Watchmaker).

Многие случаи неприятия эволюции объясняются самым обычным недопониманием фундаментальных принципов эволюционного учения. Например, часто приходится слышать утверждения о том, что «эволюция невозможна, потому что сложные структуры не могут возникать в результате простой случайности». Сложные структуры действительно не могут возникать в результате случайности, но эволюция вовсе не является случайным процессом. «Случайными» являются только мутации, да и то не во всяком смысле, а только в очень конкретном: полезность или вредность данной мутации для организма, как правило, не влияет на вероятность возникновения этой мутации. Мутации возникают независимо от того, вредны они или полезны. Мутации создают «запас изменчивости» в популяции, они служат материалом для отбора. Что же касается самого отбора, то он — полная противоположность слепому случаю. Это строго закономерный процесс, придающий эволюции направленность и в конечном счете создающий сложные адаптации, похожие на результат «разумного проектирования». Сложные адпатации, как правило, возникают не в результате единичных крупных мутаций (хотя и такое в принципе возможно, см. раздел « Эво-дево: следы макроэволюции«), а в результате постепенного накопления множества мелких наследственных изменений. Действие отбора проявляется в том, что мутации полезные, то есть хоть немного повышающие эффективность размножения организма («приспособленность», или ожидаемое число оставляемых потомков), постепенно накапливаются в популяции, частота их встречаемости растет. Мутации, не оказывающие существенного влияния на приспособленность, могут долго сохраняться в популяции, причем их частота будет испытывать случайные колебания и в конце концов может достичь 100 % («мутация зафиксировалась») или 0 % («мутация элиминировалась»). Такие нейтральныенаследственные вариации составляют значительную часть «запаса изменчивости» в большинстве популяций. При изменении условий среды какие-то мутации, прежде бывшие нейтральными, могут оказаться полезными или вредными. Вредныемутации, снижающие приспособленность организма, постепенно отбраковываются (их частота в популяции снижается автоматически, в силу того обстоятельства, что носители таких мутаций оставляют в среднем меньше потомства).

Противники эволюции часто утверждают, что мутации (случайные изменения ДНК) якобы всегда вредны и не могут приводить к появлению новых полезных свойств. Эти утверждения просто-напросто ошибочны, о чем свидетельствуют результаты множества тщательно выполненных исследований. Приведем несколько примеров из научных публикаций последних лет.

1) Способность к сложному коллективному поведению может возникнуть благодаря единственной мутации.Ученые из Института биологии развития им. Макса Планка (Тюбинген, Германия) на примере почвенной бактерии Myxococcus xanthus показали, что радикальные изменения коллективного поведения и межорганизменных взаимосвязей могут происходить в результате весьма незначительных модификаций генома. В экспериментах по искусственной эволюции удалось зарегистрировать мутацию, в результате которой бактерии Myxococcus xanthus приобрели сразу два полезных свойства: способность к сложному коллективному поведению (образованию плодовых тел) и защищенность от паразитов. Мутация состояла в замене одного нуклеотида в регуляторной области гена, предположительно участвующего в регуляции активности других генов.

2) Чтобы дикий рис превратился в культурный, хватило единственной мутации.Как и в случае с пшеницей, ключевым моментом в доместикации (окультуривании) риса было появление разновидности с неопадающими семенами, что позволило древним земледельцам резко сократить потери при сборе урожая. Ученые из Мичиганского университета (США) выявили генетическую подоплеку этого события. Появление культурного риса было обусловлено заменой одной-единственной аминокислоты в регуляторном белке, управляющем формированием «отделительного слоя» между зерном и плодоножкой. Закрепление этой мутации у риса было обусловлено бессознательным искусственным отбором. Данное событие можно рассматривать не только как создание человеком нового полезного человеку свойства у одомашненного растения, но и как появление у риса нового свойства, полезного для самого риса в новых условиях, когда его стали культивировать люди.

3) Чтобы превратить самок в гермафродитов, достаточно двух мутаций.Большинство круглых червей рода Caenorhabditis — это обычные раздельнополые виды, состоящие из самцов и самок. Однако у двух видов этого рода ( C. elegans и C. briggsae ) самок нет, а есть самцы и гермафродиты, способные к самооплодотворению. Эксперименты на раздельнополых червях C. remanei показали, что для превращения самок в полноценных гермафродитов достаточно уменьшить активность двух генов ( tra-2 и swm-1 ). Это значит, что для появления нового признака — гермафродитизма — в эволюции червей рода Caenorhabditis было достаточно двух мутаций. Гермафродитизм полезен для этих червей, потому что облегчает заселение новых участков с подходящими для них условиями.

4) Возбудитель малярии приобрел устойчивость к хлорохину благодаря мутации в транспортном белке.Начиная с 1960-х годов по всему миру распространились штаммы малярийного плазмодия, устойчивые к хлорохину — лекарству, которое прежде было самым эффективным средством против малярии. Устойчивость обеспечивается несколькими мутациями в транспортном белке PfCRT. Австралийские исследователи экспериментально показали, что мутации придали этому белку способность транспортировать хлорохин через клеточную мембрану. В результате лекарство быстро выводится из пищеварительной вакуоли паразита, не вредя его здоровью.