Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Проще говоря, так ли естественный отбор работает в симбиогенезе, как он работает при мутационных изменениях генома? Для ответа рассмотрим два хорошо известных примера симбиоза.

Колибри обитают в зонах теплого климата обеих Америк. Более чем три сотни их видов нуждаются в ежедневной дозе нектара для поддержания жизни. Эволюция сделала крылья колибри способными удерживать птичку неподвижно в воздухе перед цветком и контролировать положение тела с исключительной точностью. Клювы колибри сделались одень длинными и тонкими, приспособленными к форме цветка, а длинные языки могут доставать до нектара в самой его глубине. Но и цветки приспособились к птичьим клювам. Один из наиболее ярких примеров симбиоза — фиолетовый саблекрыл, чей изогнутый клюв входит в цветок колумнеи, будто сабля в плотно подогнанные ножны. Такое соответствие клюва и формы цветка важно, поскольку оно обеспечивает взаимную выгоду: во-первых, только фиолетовый саблекрыл способен пить нектар из цветков колумнеи, а во-вторых, тычинки цветка колумнеи расположены таким образом, чтобы оставить пыльцу в нужном месте на лбу птицы и она оплодотворила следующий цветок. Из примера этого симбиоза видно: отбор работает также и для того, чтобы закрепить лучшие и выгоднейшие формы сотрудничества между организмами.

Если вернуться к уже упоминавшемуся «очистительному» поведенческому симбиозу, то видно: достижение взаимной выгоды подразумевает существенное изменение поведения и хищников, и санитаров. Хищник сдерживает голод и агрессию, пока рыбы и рачки, поедающие с его кожи паразитов, терпят страх и сдерживают желание удрать. Столь значительные перемены в поведении хищника и его потенциальной добычи должны быть закодированы в геномах партнеров такого симбиоза, как и изменения формы и поведения, обеспечивающие взаимное приспособление цветка и колибри. То есть снова перед нами естественный отбор, выступающий как орудие обеспечения лучшего взаимодействия партнеров в симбиозе. Оттого встает немаловажный вопрос о сосуществовании вирусов и их носителей: может быть, естественный отбор работает и на уровне вирус — носитель? Если да, то на какой стадии сосуществования вируса и его носителя происходит выход на общий эволюционный уровень, когда изменения в индивидуальном организме носителя и вирусе, находящемся в нем, приобретают устойчивый характер? Такой вопрос задал и попытался ответить на него выдающийся эволюционный биолог Джон Мейнард Смит, покойный ныне профессор университета Суссекса, убежденный сторонник современного дарвинизма.

В своей главе сборника «Симбиоз на источник эволюционных изменений», изданного под редакцией Линн Маргулис и Рене Фестера [17] Margulis L., Fester R. Symbiosis as a Source of Evolutionary Innovation. Oxford Oxford University Press, Oxford, 1999. См. также: Smith J. M., Szathmáry E. The Origins of Life. Oxford: Oxford University Press, 1999. , Мейнард Смит предложил весьма интересную экстраполяцию дарвиновского взгляда на симбиоз. Считая, что симбиоз сыграл важнейшую роль в трех из пяти главнейших эволюционных трансформаций, он тем не менее полагает: нет причин считать симбиоз противоречащим неодарвиновским взглядам на эволюцию. Но он также утверждает, что для закрепления наивыгоднейших форм партнерства в симбиозе естественный отбор может работать по-иному, чем при закреплении мутационных изменений.

Обосновывая свою точку зрения, Мейнард Смит рассмотрел симбиоз между микробом и сложным многоклеточным его носителем и разделил формы этого симбиоза на категории. Первая: микроб-симбионт может существовать и размножаться вне носителя, что подразумевает эволюцию согласно традиционной индивидуальной, «эгоистической» дарвиновской схеме. Вторая: когда симбионт не может выжить без носителя, а в особенности когда симбионт не может размножаться без носителя (такой процесс размножения Мейнард Смит назвал «прямой передачей»); в этом случае механизм естественного отбора изменяется. Вирусы не могут ни выживать, ни размножаться без носителей, они по сути своей паразиты, так что неудивительно включение их Мейнардом Смитом в категорию симбионтов, способных размножаться лишь через прямую передачу. Он писал: «Прямая передача означает, что гены симбионта передадутся потомкам лишь в том случае, если носитель выживает и размножается. А это значит в общем и целом, что в генах симбионта будут закрепляться лишь те мутации, которые дают эволюционное преимущество его носителю».

Когда Мейнард Смит пишет про «закрепление мутаций», он имеет в виду эволюционный отбор в традиционном дарвиновском смысле. Проще говоря, симбионт — в нашем случае вирус, взаимодействующий с носителем, — будет подвергаться таким генетическим изменениям в результате отбора, какие увеличивают приспособляемость и выживаемость носителя вируса. Вирус откликается на нужды своего хозяина.

Эта интерпретация симбиоза с дарвиновской точки зрения позволяет установить, в какой степени сходны — и в какой различны — эволюция индивидуальная и эволюция симбиоза. Как было видно на примере колибри и «очистительного» симбиоза, симбиолог должен рассматривать даже очевидного паразита и его хозяина как симбионтов, учитывать их взаимовлияние и взаимодействие. И теперь выводы симбиологии (дисциплины уже солидной и весомой), полученные на основе изучения огромного числа примеров симбиоза, указывают: при сосуществовании микроба и его носителя оба реагируют на присутствие друг друга. То есть в эволюционном смысле естественный отбор должен обеспечивать усовершенствование этого партнерства, приводя к симбиогенезу. Так должно происходить на всех трех уровнях симбиоза: и поведенческом, и метаболическом, и генетическом.

При генетическом симбиозе случаются внезапные резкие изменения, когда геномы двух радикально отличающихся форм жизни сливаются, образуя новый единый голобионтический геном [18] Ryan F. Darwin’s Blind Spot. New York: Houghton Mifflin, 2002. . Эта весьма драматическая ситуация способна привести к эволюционному скачку, и представляется неизбежным, что естественный отбор будет функционировать уже для единого голобионтического генома. Неудивительно, что некоторые биологи усматривают противоречие между неизбежно скачкообразным характером эволюции при наиболее фундаментальной, генетической форме симбиоза и постепенным характером эволюции, декларируемым ортодоксальным дарвинизмом. Но Мэйнард Смит противоречия здесь не видит. Он подчеркивает, что «нет противоречий между дарвиновским убеждением в возможности сложных адаптационных изменений, происходящих постепенно, через множество промежуточных шагов, и внезапным возникновением новых возможностей эволюционного изменения в том случае, когда в процессе симбиоза соединяются генетические материалы двух различных существ, каждое их которых прошло свой путь эволюции и естественного отбора».