28.02.2012 | Наука

Предусмотрительная эволюция

Перья появились в эволюции гораздо раньше, чем обладавшие ими рептилии попытались подняться в воздух.

Способна ли эволюция к предвидению? Может ли она создавать признаки, которые окажутся полезными не сразу по их появлении, а спустя некоторое время – например, в сочетании с другими, еще не возникшими признаками или при изменении внешних условий?

Казалось бы, вопрос ясен: в эволюции на основе естественного отбора ничего подобного быть не может.

Отбор – это слепой вероятностный механизм, не имеющий никаких целей; он поддерживает то, что полезно «здесь и сейчас», и равнодушен к возможным будущим выгодам.

Исключение могут составлять только элементарные приспособления, для появления которых достаточно единичной мутации (например, устойчивость к какому-нибудь яду): возникая вне всякой связи с отбором, они могут случайно сохраниться до того времени, когда окажутся полезны.

В то же время палеонтологи давно обращали внимание на то, что некоторые ключевые признаки современных групп появляются задолго до того, как находят свое нынешнее применение (например, перья появились в эволюции гораздо раньше, чем обладавшие ими рептилии попытались подняться в воздух).

Известен и другой феномен: при параллельной эволюции двух групп вперед вырывается сначала одна, но затем ее обходит (и часто полностью вытесняет) другая, изменявшая свои черты не так быстро, зато более сбалансированно.

Многих ученых эти факты приводили к мысли о недостаточности естественного отбора для объяснения эволюции. Споры об этом, то затухая, то разгораясь, идут непрерывно с тех самых пор, как эволюционная идея утвердилась в науке. И конца им не было видно: однозначно решить вопрос мог бы только эксперимент, но в реальной эволюции эксперименты невозможны.

Впрочем, последнее не совсем верно: эволюцию организмов с коротким циклом развития (прежде всего, конечно, микробов) можно изучать и экспериментально. Самый длительный и масштабный из таких экспериментов проводит с 1988 года группа американских ученых во главе с профессором университета штата Мичиган Ричардом Ленски. Для их подопытных – кишечной палочки – это огромный срок: за время эксперимента сменилось 50 тысяч поколений этих бактерий. Причем время от времени ученые изымают и замораживают часть имеющихся на данный момент бактерий – что позволяет не только напрямую сравнивать предков и потомков, но и запускать эволюцию по нескольку раз от одной и той же исходной точки, оценивая, насколько закономерен ее ход.

Эксперимент принес уже немало интереснейших результатов. Один из них дало сравнение «современных» бактерий с поколением №500. За полтысячи поколений в разных линиях микробов появились разные полезные мутации (вредные, конечно, появлялись тоже, но быстро уничтожались отбором). Некоторые из них увеличивали скорость роста своих обладателей очень сильно, другие – в гораздо меньшей степени. Логично было бы ожидать, что после полного вытеснения исходного типа обладатели этих мутаций вступят в конкуренцию друг с другом, и первые вытеснят вторых. Однако реально все произошло наоборот: носители «умеренно-полезных» мутаций вытеснили носителей «очень полезных».

Изощренные дополнительные эксперименты показали, что это не было случайностью.

Оказалось, что «очень полезные» мутации, давая немедленный выигрыш, в то же время закрывали многие возможности дальнейшего совершенствования.

Так, например, у победивших штаммов имелась мутация гена spoT. У проигравших она отсутствовала. Эксперимент показал: эта мутация обеспечивает немалое преимущество в сочетании с «умеренно-полезной» мутацией topA, но абсолютно ничего не дает носителям «очекнь полезной» мутации topA1. Не удивительно, что у них отбор ее не поддержал. Еще одна серия экспериментов показала, что это не единичный эффект: средняя скорость появления любых дальнейших полезных мутаций у обладателей «умеренно-полезных» неизменно оказывалась выше.

Конечно, прямо переносить эти результаты на эволюцию более сложных существ нельзя. Напомним, что все рассмотренные в эксперименте приспособления достигались «в одну мутацию», причем признаки и победителей, и проигравших были безусловно полезны по сравнению с их общими предками. Тем не менее сам факт, что при длительной эволюции обладатели не самых выигрышных признаков могут «догнать и перегнать» первоначальных лидеров (и что для этого не требуется никаких дополнительных факторов эволюции, кроме обычных дарвиновских), можно считать установленным.

Источник: «Знание – сила» № 8, 2011,