Джерри Койн - Эволюция: Неопровержимые доказательства

Успешное разведение собак подтверждает два из трех требований к эволюции путем естественного отбора. Во-первых, в предковой линии собак был широкий спектр вариаций по окрасу, размеру, форме тела и поведению, который и дал возможность выводить новые породы искусственным путем. Во-вторых, часть этих вариаций была порождена генетическими мутациями, которые могли быть унаследованы, потому что, если бы они не наследовались, селекционеры бы не добились успеха. Самое удивительное в разведении собак – то, как быстро оно дает результаты. Все эти породы были выведены меньше чем за 10 000 лет, т. е. лишь за 0,1 % времени, которое потребовалось видам дикой собаки, чтобы ответвиться от общего предка в природе. Если искусственный отбор способен порождать такое многообразие собак и так быстро, то становится легче принять идею, что куда меньшее разнообразие видов диких собак было порождено естественным отбором за период в тысячи раз длиннее.

Между искусственным и естественным отбором есть лишь одно различие. В искусственном отборе сортировщиком вариаций на «плохие» и «хорошие» выступает сам селекционер, а не природа. Иными словами, критерием репродуктивного успеха становится желание человека, а не адаптация к природному окружению. Иногда эти критерии совпадают. Возьмем, к примеру, борзую, которая была выведена ради быстроты и по своему строению во многом развивалась тем же путем, что и гепард. Это пример конвергентной эволюции: сходное воздействие отбора порождает похожие результаты.

Собака служит подтверждением успеха и других программ разведения. Как заметил Дарвин в «Происхождении видов»: «Животноводы обычно говорят об организации животного как о чем-то пластическом, что они могут лепить почти по желанию». Коровы, овцы, свиньи, цветы, овощи и т. д. – все они появились вследствие того, что человек отбирал варианты, которые присутствовали у диких предков, или варианты, которые появились вследствие мутации в ходе одомашнивания (доместикации). Путем селекции поджарая дикая индейка превратилась в наше одомашненное, раскормленное и практически безвкусное чудовище с праздничного стола с такой огромной грудкой, что самцы домашней индейки больше не могут взбираться на самок, которых поэтому приходится оплодотворять искусственно. Сам Дарвин разводил голубей и описал великое разнообразие повадок и внешнего облика различных пород, выведенных от дикого сизого голубя. Вы не узнали бы предка наших кукурузных початков, который представлял собой неприметную траву. Дикий предок помидоров весил всего несколько грамм, но теперь селекционеры превратили его в почти килограммового (и тоже безвкусного) бегемота с непомерным сроком хранения. Дикая капуста послужила прародительницей нескольким разным овощам: брокколи, капусте огородной, кольраби, брюссельской капусте и цветной капусте, и каждая разновидность была выведена, чтобы модифицировать какую-то конкретную часть растения (например, брокколи представляет собой всего лишь плотный увеличенный пучок соцветий). А одомашнивание всех диких зерновых растений произошло меньше чем за последние 12 000 лет.

Поэтому неудивительно, что Дарвин начал «Происхождение видов» не с обсуждения естественного отбора или эволюции в дикой природе, но с главы под названием «Изменение под влиянием одомашнивания», посвященной разведению животных и растений. Он знал, что если публика сумеет принять искусственный отбор – а ей придется, потому что его успех очевиден, – то ей будет легче совершить переход к естественному отбору. Дарвин писал:

При доместикации организация, можно сказать, становится до известной степени пластичной… Мы видим, что полезные для человека вариации, несомненно, появлялись; можно ли в таком случае считать невероятным, что другие вариации, полезные в каком-нибудь отношении для каждого существа в великой и сложной жизненной битве, появятся в длинном ряде последовательных поколений?

Поскольку одомашнивание диких видов произошло за сравнительно короткий отрезок времени после возникновения человеческой цивилизации, Дарвин знал, что читателю будет не так уж трудно принять мысль о том, что естественный отбор мог породить куда большее разнообразие за более длительный период.

Можно пойти дальше. Вместо селекционеров, которые выводят варианты, которые нам нравятся, тому же процессу можно позволить «естественно» развиваться в лаборатории, подвергая популяцию в неволе воздействию новых экологических факторов. Легче всего проделать это с такими микроорганизмами, как бактерии, которые способны делиться очень часто, каждые двадцать минут, тем самым позволяя нам наблюдать эволюционные изменения через тысячи поколений в режиме реального времени. И это будут подлинные эволюционные изменения, в которых проявляются все три условия эволюции путем отбора: изменчивость, наследственность и естественный отбор. Хотя экологические факторы в данном случае создаются человеком, такие эксперименты ближе к природе, чем искусственный отбор, потому что человек не выбирает, какие особи будут размножаться.

Давайте начнем с простых адаптаций. Микробы умеют адаптироваться практически к любым воздействиям, которым ученые подвергают их в лабораторных условиях: высокой или низкой температуре, антибиотикам, токсинам, голоду, новым питательным веществам, а также к своим природным врагам, вирусам. Наверно, самое длительное исследование такого типа было проведено Ричардом Ленски в Университете штата Мичиган. В 1988 г. Ленски взял генетические идентичные штаммы обычной бактерии – кишечной палочки ( E. coli ) – и поместил в условия, в которых их пищу, сахарную глюкозу, каждый день урезали, а затем на следующий день восстанавливали ее прежнее количество. Следовательно, этот эксперимент был тестом на то, способен ли микроб приспособиться к условиям, когда изобилие пищи чередуется с ее нехваткой – «то густо, то пусто». На протяжении следующих 18 лет (а это 40 000 поколений бактерий) бактерия продолжала накапливать новые мутации, адаптируясь к этим новым условиям. Теперь, в условиях неравномерного питания, бактерия размножается на 70 % быстрее, чем изначальный штамм, не подвергавшийся селекции. Кишечная палочка продолжает эволюционировать, и Ленски вместе с коллегами идентифицировали по меньшей мере девять генов, мутации в которых привели к возникновению адаптаций.

Но адаптации в лабораторных условиях бывают и более сложными – вплоть до эволюции целых новых биохимических систем. Возможно, крайней мерой воздействия и испытания было бы просто убрать ген, который нужен микробу, чтобы выжить в определенной окружающей среде, и посмотреть, как микроб отреагирует. Сможет ли он эволюционным путем справиться с этой задачей? Ответ обычно положительный. В ходе подобного впечатляющего эксперимента Барри Холл и его коллеги в Рочестерском университете начали исследование с того, что удалили у E. coli ген. Этот ген вырабатывает фермент, который позволяет бактерии расщеплять дисахарид лактозу на простые сахара, которые могут быть использованы в пищу. Бактерия, лишенная этого гена, была затем помещена в среду, где единственным источником пищи была лактоза. Конечно, изначально у бактерии не было нужного фермента, и она не могла расти. Но через небольшое время функцию изъятого гена взял на себя ген, производящий другой фермент, который раньше не умел расщеплять лактозу, а теперь в слабой степени начал это делать благодаря новой мутации. В конечном итоге произошла еще одна адаптивная мутация, которая увеличила количество нового фермента, так что теперь бактерия могла потреблять еще больше лактозы. Наконец, произошла и третья мутация: мутировал другой ген, что позволило бактерии с большей легкостью добывать лактозу из окружающей среды. В совокупности этот эксперимент показал эволюцию сложного метаболического пути, который позволил бактерии расти и размножаться, питаясь веществом, ранее непригодным в пищу. Эксперимент этот не только доказывает эволюцию, но и преподносит два важных урока. Во-первых, несмотря на утверждения креационистов, что подобное невозможно, естественный отбор может способствовать эволюции сложных систем сопряженных биохимических реакций, все части которых взаимозависимы. Во-вторых, как мы неоднократно убеждались, отбор не создает новых черт с нуля и из ниоткуда, а порождает «новые» адаптации, модифицируя черты, существовавшие ранее.