Страница 10 из 25
По мнению Хаксли, в конце XIX века дарвинизм зашел в тупик из-за излишнего увлечения теорией и идеями адаптации. Каждая особенность организма была представлена как адаптация, доведенная до совершенства благодаря естественному отбору. Дарвинизм стал походить на естественную теологию, только на этот раз место верховного божества, творца, занял процесс естественного отбора. В то же время появлялись новые биологические дисциплины, такие как генетика, наука о наследственности. Экспериментальная генетика и эмбриология, казалось, вступают в противоречие с классическим дарвинизмом.
«К зоологам, придерживающимся теории Дарвина, – писал Хаксли, – сторонники новых дисциплин, таких как цитология, генетика [механика развития] или сравнительная физиология, относились с презрением, называя их отсталыми теоретиками». Но постепенно, между 1920 и 1940 годами, эти идеи стали сходиться и формировать более логичную картину:
Противоборствующие лагеря пришли к согласию, когда одновременно с объединением молодых отраслей биологии произошел их синтез с классическими дисциплинами: связующим звеном стало учение Дарвина… За последние двадцать лет, после долгого периода последовательного развития дисциплин в относительной изоляции друг от друга, биология как наука стала более единой… Одним из главных результатов стало возрождение дарвинизма.
Идеи, отраженные в «Современном синтезе» составляют основу современной эволюционной биологии. Нам известно, что за постепенными изменениями, происходящими внутри вида, стоят главным образом случайные мутации. Отбор – естественный либо искусственный – действует затем на эти мутации неслучайным образом, сохраняя благоприятные и отсеивая вредные. И тем не менее разнообразие домашних видов, в частности пород собак, кажется, так велико, что его невозможно объяснить только накоплением изменений в генах с течением времени, простой взаимосвязью между новыми случайными мутациями и действием селекции. Отбор может привести к быстрому распространению в популяции полезных генов (и соответствующих признаков), однако он не может увеличить частоту возникновения мутаций. Несомненно, Дмитрий Константинович Беляев полагал, что причиной изменений, которые он наблюдал у своих все более ручных лисиц, были не просто мутации в ДНК, а что-то еще. Объяснению не поддавалась не только быстрота изменений, но и удивительное сходство между одомашненными серебристо-черными лисами и собаками. Невозможно было поверить, что все появлявшиеся у лисиц черты – от висячих ушей до виляющего хвоста – происходили из новых мутаций, а совпадение с характерными особенностями собак было чисто случайным. Также казалось маловероятным, что каждый признак возникал обособленно. Вместо этого логичным было предположить, что одно-два генетических изменения имели более далеко идущие последствия, поскольку существует определенная иерархия генов: одни гены контролируют другие.
Однако обладать конкретным геном недостаточно, ведь их можно включать и выключать. Дмитрий Беляев выдвинул гипотезу о том, что гены, контролирующие изменчивость поведения, также играют важную роль в регуляции в процессе развития организма, то есть влияют на цепочку других генов, включая или выключая их. Российские ученые, продолжавшие эксперимент Беляева, предположили, что эти гены могли быть связаны с гормоном кортизолом, который регулирует реакцию организма на стресс, а также с нейротрансмиттером серотонином. В крови ручных лисиц уровень содержания кортизола был очень низким, а концентрация серотонина в мозге, наоборот, повышенной. Низкий уровень кортизола наблюдается и у других домашних животных, а высокое содержание серотонина обычно связывают с подавлением агрессии. Но самое важное – возможное влияние этих двух биологически активных веществ на развивающийся плод.
Российские ученые предположили, что материнский кортизол и серотонин могут влиять на экспрессию множества других генов в период развития эмбриона и даже после рождения малыша во время выкармливания лисят. Выбирая для размножения особенно послушных лисиц, исследователи могли отбирать особей с определенными вариациями некоторых основных генов, связанных со стрессоустойчивостью и пониженной агрессией. Это значит, что следующее поколение лисиц в период внутриутробного развития подвергалось воздействию гормонов стресса в необычной концентрации, это, в свою очередь, особым образом влияло на процесс включения и выключения генов у развивающегося плода: так, как обычно не происходит в живой природе. Таким образом, программа развития эмбриона, более или менее устоявшаяся в условиях естественного отбора, была нарушена, что привело к невиданному разнообразию среди одомашненных серебристо-черных лисиц. Исследователи предположили, что всего несколько генетических вариантов могли привести к появлению множественных эффектов: различных окрасов, а также таких странных признаков, как висячие уши и даже загнутые хвосты. Другие исследователи предположили, что изменения концентрации тиреоидных гормонов – и в соответствующих генах – могут вызвать такие же масштабные последствия: значительно изменить реакцию на стресс, послушание, размер тела и цвет меха у многих особей в популяции. Поэтому искусственный отбор по определенному признаку, скорее всего связанному с генами, регулирующими стрессоустойчивость и послушание, мог приводить к изменению целого ряда других особенностей.
Лишь недавно ученым удалось выявить некоторые гены, которые могут вызывать такое разнообразие изменений, и они пытаются понять, как данный процесс происходит на молекулярном уровне. Генетики поставили перед собой цель обнаружить в геноме собаки особые участки, специфические фрагменты ДНК, сохраняющие следы влияния селекции. Это непростая задача. Запутанная история популяций домашних собак – миграции, вымирание отдельных популяций, скрещивание с другими видами или генетическая изоляция – осложняют работу исследователей. Тем не менее некоторые фрагменты генома значительно отличаются от остальных; в восьми из двадцати наиболее хорошо изученных участков содержатся гены, определяющие важные неврологические функции. Ученые уже установили, что один из них влияет на социальное поведение и окрас животного. Этот ген кодирует сигнальный белок агути (Agouti Signalling Protein gene, ASIP). Данный белок переключает меланоциты – продуцирующие пигмент клетки, содержащиеся в волосяных фолликулах, – на выделение более бледной формы пигмента меланина, а это как раз определяет интенсивность окраски меха на отдельных участках. Помимо этого, белок агути также оказывает воздействие на метаболизм жиров, а исследования на мышах показали, что он влияет на агрессивность животного. На примере одного этого гена становится прекрасно видно, как искусственный отбор определенных особенностей поведения может привести к побочным изменениям пигментации и метаболических процессов. Однако некоторые признаки, которые наследуются вместе, могут кодироваться разными генами, расположенными в хромосомах в непосредственной близости друг к другу. Строгий положительный отбор особей с особым признаком, особым геном, часто означает, что соседние с ним гены идут в комплекте.
Идея о том, что различные признаки могут быть как-то связаны между собой и наследоваться вместе, существовала достаточно давно, еще до появления самой генетики. Это явление носит название плейотропии (от греч. «множество характеристик»); термин был введен в начале XIX века. В «Происхождении видов» Дарвин писал: «…отбирая и тем самым усиливая какую-нибудь особенность, почти, наверное, неумышленно модифицирует и другие части организма на основании таинственных законов корреляции». Сегодня эти законы уже не кажутся нам такими загадочными, ведь мы знаем, что различные признаки связаны как генетически, так и процессом развития. Более того, по крайней мере в некоторых случаях ученым известна точная причина корреляции, например как в случае сигнального белка агути и его множественных эффектов в организме. Когда селекция постоянно сводит вместе определенные наборы генов, плейотропией в сочетании с концепцией дестабилизирующего отбора в основном можно объяснить, почему у собак наблюдается бо́льшая изменчивость, чем у волков, несмотря на то что генетически эти два вида очень похожи. Новые мутации могут вызывать множественные – плейотропные – эффекты, затрагивающие целый ряд особенностей организма. А в некоторых случаях, вероятно, чтобы запустить процесс, даже не требуется очередная мутация – достаточно создать нетипичную для живой природы комбинацию наборов генов. Это собьет программу развития и приведет к появлению новых, любопытных разновидностей. Вполне вероятно, что даже среди первых собак, задолго до появления современных пород, наблюдалась большая изменчивость, точно так же, как и среди одомашненных серебристо-черных лисиц.