Кирилл Еськов - Доказательства эволюции

Постоянно сталкиваясь с подобными ситуациями, биологи раз за разом убеждаются в действенности эволюционных моделей. Стоит ли удивляться, что среди биологов сегодня практически не осталось антиэволюционистов?

«Кому выгодно?» — один из полезнейших принципов сыскного дела. Он приложим и к биологии. Эволюционная теория предсказывает, что адаптации (приспособления) организмов должны быть выгодны в первую очередь генам (аллелям), отвечающим за эти признаки.«Выгода» в эволюции означает «репродуктивный успех», то есть успешное размножение. Если признак, определяемый данным аллелем, способствует более успешному распространению данного аллеля в популяции (по сравнению с другими, конкурирующими аллелями, определяющими альтернативные варианты данного признака), то аллель будет распространяться (будет «поддержан отбором») и в конце концов может вытеснить конкурирующие аллели из генофонда популяции. Таким образом, в самом простом «базовом» случае эволюция работает строго в интересах «эгоистичного гена».Однако гены почти всегда действуют не поодиночке, а слаженными «коллективами». Каждый такой коллектив — геном отдельного организма — имеет общие интересы, которые состоят в том, чтобы несущий их организм оставил как можно больше жизнеспособного и плодовитого потомства. Поэтому эволюция обычно (почти всегда) работает также и в интересах «эгоистичной особи». Иногда складываются более сложные ситуации, когда «эгоистичному гену» выгодно пожертвовать одной или двумя своими копиями ради того, чтобы повысить репродуктивный успех других своих копий. В этом случае эволюция начинает работать в интересах другой особи или группы особей(подробнее см.: Эволюция кооперации и альтруизма).

Таким образом, предсказания эволюционной теории относительно того, кому должны быть выгодны адаптации, напоминают три закона роботехники Айзека Азимова:

1) Адаптация должна быть выгодна генам, которые ее определяют (кодируют).

2) Адаптация должна быть выгодна особи, несущей эти гены в своем геноме, если это не противоречит первому закону.

3) Адаптация должна быть выгодна родным и близким данной особи, если это не противоречит первому закону (противоречие второму закону допускается).

Это, конечно, крайне упрощенные и не совсем корректные формулировки, но в рамках популярного текста их можно рассматривать как допустимые. Из всего этого следуют довольно интересные проверяемые следствия, подтверждаемые многочисленными фактами.

Например, теория предсказывает, что могут существовать «обнаглевшие» эгоистичные гены (или небольшие компании генов), действующие исключительно в своих корыстных интересах и в ущерб интересам того организма, в котором они находятся.Это может наблюдаться только в том случае, если ген имеет возможность размножаться независимо от размножения целого организма (иначе их эволюционные интересы будут полностью совпадать — как оно обычно и бывает — и тогда «эгоизм» гена не сможет проявиться). За примерами далеко ходить не надо — это, прежде всего, вирусы. Есть веские основания полагать, что по крайней мере некоторые группы вирусов — это «одичавшие» фрагменты геномов сложных организмов (см.: Данные сравнительной геномики проливают свет на происхождение ретровирусов). К этой же группе явлений относятся и плазмиды (см.: Plasmid). Как вирусы, так и плазмиды часто вступают в симбиоз со своими хозяевами, становятся безвредными или начинают приносить пользу, но только если это выгодно им самим, улучшает их шансы на успешное размножение. В принципе вирусу — при прочих равных — только лучше, если зараженный им организм будет жить долго и счастливо. Вся проблема в оговорке «при прочих равных». Если долгую жизнь хозяина можно купить только ценой снижения эффективности распространения вируса, то вирус на это не пойдет (то есть отбор такую мутацию не поддержит).

Теория также предсказывает, что взаимопомощь и альтруизм должны гораздо чаще встречаться между близкими родственниками, чем между неродственными представителями одного и того же вида.Природа буквально переполнена живыми подтверждениями этого предсказания (многочисленные примеры подробно разобраны в уже неоднократно цитировавшемся обзоре « Эволюция кооперации и альтруизма«).

Почему среди перепончатокрылых так распространен альтруизм?Один из ярких примеров действенности эволюционных моделей — это объяснение, данное Уильямом Гамильтоном тому удивительному факту, что из всех животных почему-то только у перепончатокрылых насекомых (муравьев, пчел, ос, шмелей) много раз независимо возникала эусоциальность ( eusociality) — общественный образ жизни, основанный на полном отказе большинства членов группы от размножения.

Почему именно перепончатокрылые обладают повышенной склонностью к отказу от собственного размножения ради воспитания сестер? Разгадка кроется в особенностях наследования пола в этом отряде насекомых. У перепончатокрылых самки имеют двойной набор хромосом и развиваются из оплодотворенных яиц. Самцы гаплоидны (имеют одинарный набор хромосом) и развиваются из неоплодотворенных яиц. Из-за этого складывается парадоксальная ситуация: сестры оказываются более близкими родственницами, чем мать и дочь. У большинства животных степень родства между сестрами и между матерями и дочерьми одинакова (50 % общих генов). У перепончатокрылых родные сестры имеют 75 % общих генов, потому что каждая сестра получает от отца не случайно выбранную половину его хромосом, а весь геном полностью. Мать и дочь у перепончатокрылых имеют, как и у других животных, лишь 50 % общих генов. Вот и получается, что для эффективной передачи своих генов следующим поколениям самкам перепончатокрылых, при прочих равных, выгоднее заставлять свою мать рожать новых сестер и помогать ей их выращивать, чем обзаводиться собственным потомством.

Многие факты убедительно свидетельствуют о том, что альтруизм перепончатокрылых целиком и полностью основан на «генетическом эгоизме» (см.: Склонность к альтруизму сильнее у тех, кому нечего терять; Альтруизм общественных насекомых поддерживается полицейскими методами.

Эволюционная теория утверждает, что «генетический альтруизм» невозможен в принципе, по определению. Иными словами, естественный отбор не может закрепить мутацию, снижающую эффективность распространения мутировавшего аллеля по сравнению с его конкурентами — аллелями того же гена, не имеющими этой мутации. Это невозможно даже в том случае, если мутация выгодна для популяции или вида в целом. Аллель, который попытается вести себя «альтруистично» по отношению к другим аллелям того же гена, будет автоматически «отбракован» естественным отбором. С другой стороны, те виды, в которых эгоистическая эволюция аллелей зайдет слишком далеко, с большой вероятностью просто вымрут. Поэтому в биоте постепенно накапливаются такие виды, у которых по тем или иным причинам интересы эгоистичных генов не слишком сильно расходятся с интересами вида как целого. Но отбор внутри популяции, отбор на уровне особей, работает гораздо быстрее и эффективнее, чем отбор на уровне видов. Любая адаптация должна сначала сформироваться на уровне популяции, и для этого соответствующие аллели должны «победить» своих конкурентов — альтернативные аллели тех же генов. Иначе адаптация просто не закрепится, не станет нормой для данного вида. И только уже закрепившиеся адаптации попадают в сферу внимания «межвидового отбора» (избирательного вымирания) — процесса гораздо более медленного, и потому обладающего гораздо меньшей «созидательной силой».