Джерри Койн - Эволюция: Неопровержимые доказательства

Например, если бы 99 % всех образовавшихся видов вымерло, нам бы все равно требовалась та же скорость видообразования для одного-единственного вида, который появился бы в течение миллионов лет, чтобы породить 100 млн ныне живущих видов.

То, как наука реконструирует древние процессы в геологии, биологии и астрономии, очень четко показано в книге Криса Терни «Кости, скалы и звезды: Наука о том, когда что произошло» (Bones, Rocks and Stars: The Science of When Things Happened) (Терни К. Кости, скалы и звезды: Наука о том, когда что произошло. – М.: Альпина нон-фикшн, 2014.).

Вот более подробное описание того, как появился новый аллополиплоидный биологический вид. Читайте внимательно, потому что, хотя понять этот процесс несложно, потребуется вникнуть в некоторые цифры. Каждый вид за вычетом бактерий и вирусов несет две копии каждой хромосомы. Например, у нас, людей, 46 хромосом, включая 22 пары гомологичных хромосом – аутосом, а также две половые хромосомы: ХХ у женщин и XY у мужчин. Одна часть каждой пары хромосом наследуется от отца, вторая – от матери. Когда особи биологического вида производят гаметы (сперматозоиды и яйцеклетки у млекопитающих, пыльца и яйцеклетки у растений), гомологичные хромосомы расходятся, и лишь одна часть пары попадает в сперматозоид, яйцеклетку или пыльцевое зерно. Но перед этим гомологичные хромосомы должны выстроиться в пары друг с другом, чтобы потом надлежащим образом разделиться. Если хромосомы не выстроятся в пары как следует, то особь не сможет произвести гаметы и остается бесплодной.

Когда пара хромосом не выстраивается, это и становится основой для образования аллополиплоида. Предположим, например, что некий вид растения (обозначим этот воображаемый вид буквой А) наделен шестью хромосомами, т. е. тремя гомологичными парами. Пойдем дальше и предположим, что у него есть сородич, вид Б, у которого 10 хромосом (пять пар). Гибрид этих двух растений будет наделен восемью хромосомами, получив три от вида А и пять от вида Б (не забываем, что гаметы каждого вида несут лишь половину его хромосом). Гибрид, возможно, будет жизнеспособен и активен, но когда он попытается сформировать пыльцу или яйцеклетки, то столкнется с трудностями. Пять хромосом от одного вида попытаются образовать пары с тремя хромосомами другого, и получится неразбериха. Формирование гамет не состоится, и гибрид окажется стерильным.

Однако предположим, что каким-то образом гибрид может дуплицировать все свои хромосомы, увеличивая их число с 8 до 16. У этого нового сверхгибрида сможет произойти нормальное выстраивание хромосом в пары: каждая из шести хромосом вида А найдет свой гомолог и таким же образом десять хромосом вида Б найдут свой. Поскольку выстраивание в пары произошло благополучно, сверхгибрид окажется фертильным, произведет пыльцу или яйцеклетки, которые несут восемь хромосом. Такой сверхгибрид и носит название аллополиплоида – от греческого «разный» и «многомерный». В своих 16 хромосомах он несет полный генетический материал обоих видов-родителей, А и Б. Следует ожидать, что внешне этот сверхгибрид будет выглядеть как нечто среднее между видами А и Б. А его новая комбинация признаков, возможно, позволит ему жить в новой экологической нише.

Такой полиплоид АБ будет не только фертильным, но и даст потомство, если окажется оплодотворен другим похожим полиплоидом. Каждый из родителей вносит восемь хромосом в семена, которые затем вырастают в другое шестнадцатихромосомное растение АБ, в точности подобное родителям. Группа таких полиплоидов превращается в самоподдерживающуюся популяцию, члены которой скрещиваются между собой.

И это растение также будет новым биологическим видом. Почему? Потому что полиплоид АБ репродуктивно изолирован от обоих родительских видов. Если они скрещиваются с другим представителем вида А или Б, то их потомство будет стерильно. Предположим, что растение скрещивается с видом А. Полиплоид произведет гаметы с восемью хромосомами – три от вида А и пять от вида Б. Они соединятся с гаметами вида А, содержащими три хромосомы. Такое растение будет стерильным, потому что хотя у каждой хромосомы А есть пара, но ни у одной хромосомы Б пары не будет. Похожая ситуация сложится, если полиплоид АБ скрестится с видом Б: у потомства будет тринадцать хромосом, и пять хромосом А не смогут получить пару в ходе формирования гаметы.

Таким образом, новый полиплоид в случае, если он скрещивается с одним из родительских видов, производит лишь стерильных гибридов. Тем не менее, когда полиплоиды скрещиваются друг с другом, потомство оказывается фертильным, потому что все 16 хромосом у него родительские. Иными словами, полиплоид формирует группу с внутригрупповым скрещиванием, которая репродуктивно изолирована от других групп – а именно это и есть разграничитель биологического вида. И такой вид появился без географической изоляции, что необходимо, потому что, если двум видам суждено создать гибридов, они должны произрастать в одном и том же месте.

Но как формируются полиплоидные виды? Нет нужды вдаваться в запутанные подробности, достаточно сказать, что процесс включает формирование гибрида между двумя родительскими видами, а далее следует серия шагов, в ходе которых эти гибриды производят редкую пыльцу или яйцеклетки, несущие двойной набор хромосом (они называются нередуцированные гаметы). Слияние этих гамет за два поколения приводит к появлению полиплоидной особи. Все эти этапы были зарегистрированы как в дикой природе, так и лабораторных условиях в оранжерее.

В качестве примера аутополиплоидии допустим, что члены некоего вида растений наделены 14 хромосомами, или семью парами хромосом. Особь может время от времени производить нередуцированные гаметы, содержащие все 14 хромосом вместо семи. Если такая гамета соединится с нормальной, содержащей семь хромосом, гаметой другой особи того же вида, мы получим наполовину стерильное растение, у которого 21 хромосома: оно будет преимущественно стерильным, потому что во время формирования гаметы создать пары попытались три гомологические хромосомы (хотя в норме это осуществляется двумя), а такой процесс не срабатывает. Однако, если эта особь снова производит несколько нередуцированных гамет с 21 хромосомой, которые соединяются с нормальными гаметами, в результате получается аутополиплоидная особь с 28 хромосомами. Такая особь несет две полные копии родительского генома. Популяцию подобных особей можно считать новым видом, поскольку они способны скрещиваться с другими похожими аутополиплоидами, но если они попытаются скреститься с родительскими видами, то породят преимущественно стерильных особей с 21 хромосомой. У такого аутополиплоидного вида будут в точности те же гены, что и у представителей родительских видов по отдельности, однако не в двойном, а в учетверенном количестве.