Нужда в «генетических очках»: эволюционная биология
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Будет ли человечество ютиться под прозрачными колпаками мегаполисов в окружении промышленных пустошей или гармонично сосуществовать с разнообразной и богатой живой природой, дающей все необходимое для жизни и постоянно обогащающейся под контролем и в интересах развивающегося общества? Ответ на этот вопрос связан с тем, удастся ли нам решить проблему управляемой эволюции. Решение же этой проблемы немыслимо без знания закономерностей эволюции на микроэволюционном уровне.
Современное учение о микроэволюции, то есть об эволюционных процессах, происходящих внутри вида — внутри и между популяциями, — выдающееся достижение коллективной эволюционной мысли первой половины XX века. Но приходится отметить, что это учение находится на уровне описания происходящих событий. Мы еще мало продвинулись в выяснении закономерностей микроэволюционного процесса.
Основные «действующие лица» процесса микроэволюции были обнаружены исследователями (в основном популяционными генетиками) в двадцатые — сороковые годы прошлого века и с тех пор принципиально новых открытий сделано не было. В познании микроэволюции возник некоторый теоретический застой.
Между тем сегодня вряд ли у кого-нибудь вызывает сомнение тот факт, что только генетическая трактовка событий, происходящих внутри вида, помогает понять механизмы развития. Вне ее понять процесс эволюции невозможно. С другой стороны, всякое изучение физиологии или экологии популяций без рассмотрения их в развитии — исторически, эволюционно — оказывается обедненным и теряет общебиологический смысл. А как раз такое, «внеэволюционное», содержание и вкладывалось долгое время большинством исследователей в эти разделы биологии. Взаимоотношения организмов со средой, например, рассматривались вне времени, статично. В тридцатые — сороковые годы произошел как бы разрыв между эволюционно-генетическим направлением популяционной биологии и той ее частью, которая оказалась «внеэволюционной».
Но, оказавшись в таком положении, эти эколого-популяционные исследования, подобно генетическим исследованиям до знаменитого синтеза генетики и дарвинизма в конце двадцатых — начале тридцатых годов XX века, стали топтаться на месте, заниматься решением все более частных специальных проблем.
Одна из главнейших причин «топтания на месте» в учении о микроэволюции — если не самая главная — недостаточное количество данных. В самом деле, на каком материале построена современная теория о микроэволюции? В основном на ограниченном фундаменте хорошо изученных генетиками видов животных и растений. Но таких видов очень немного. Это в первую очередь восемь—десять видов из рода дрозофила — идеальные объекты для популяционно-генетических исследований. А в общей сложности не будет преуменьшением сказать, что с генетической точки зрения изученными оказываются, видимо, не более пятидесяти — шестидесяти видов животных и несколько десятков видов растений. Ту же самую картину можно наблюдать и в исследованиях царств бактерий и грибов.
(В какой-то мере можно сказать, что для исследователей в области генетики все животные и растения являются своего рода «игрушками», играя, точнее с экспериментируя с которыми можно сделать важное научное открытие. Эта аналогия говорит о том, что всякий научный поиск родом из детства и когда вы приобретаете своему ребенку качественные детские игрушки на сайте https://nukupi.com, возможно вы воспитываете будущего ученого).
Выходит, подавляющее большинство видов живых организмов остается «белыми пятнами» для генетиков. В одних случаях потому, что это неудобно технически (трудно разводить в неволе, скажем, слонов или китов), в других — из-за длительности жизни поколений и невозможности получить ответ на эксперименты по скрещиванию на протяжении жизни исследователя (многие древесные растения, рептилии, птицы).
Складывается своеобразное положение. Ясно, что самые общие закономерности микроэволюции должны быть одинаковыми для дрозофилы и одуванчика, слона и дятла, лягушки и ели. Ясно также, что для того чтобы выделить эти общие закономерности из множества частных, надо получить данные о сходстве и различии в процессах микроэволюции хотя бы у представителей всех крупных групп. Нам же известны некоторые основные генетические особенности у считанного числа видов, видимо, не более чем 0,005 процента от их общего числа! Ясно, что такая ничтожная выборка может оказаться непредставительной и на ее основании пока нельзя делать какие-либо обоснованные выводы. Наука же, даже при самом оптимистическом подходе, в ближайшие десятилетия смогла бы увеличить, наверное, число изученных видов лишь вдвое, втрое, наконец, в пять раз, но не в тысячу раз, как это требуется.
Выход из этого тупикового положения есть: «внегенетическим» разделам популяционной биологии необходимо «надеть генетические очки».
Сегодня хорошо известно, что синтез генетики и дарвинизма в тридцатых годах оказался мощным толчком для развития и классической популяционной генетики, и классического дарвинизма. Мне кажется, что сейчас есть все основания говорить о необходимости «нового синтеза» — синтеза эволюционной генетики с широким веером исследований в экологии, морфологии, физиологии, ботанике, зоологии и других биологических науках, связанных с изучением популяций.
Знание принципов эволюции необходимо, но еще недостаточно для перехода к управляемой эволюции. Чтобы не разрушить живые природные системы неосторожным вмешательством в интимные механизмы эволюции (а такое вмешательство может быть многократно более опасным, чем обсуждаемые сегодня отрицательные последствия генетической инженерии — маленькой струйки в общем потоке возможных вмешательств в протекание эволюционного процесса), мы должны знать, что можно, а что нельзя делать с природными популяциями, вырабатывая одни приспособления и изменяя другие.
Широкая экологизация биологического мышления практически завершилась, и наступает период неизбежной «генетизации» всех без исключения разделов современной биологии. В этом процессе «генетизации» одну из главных ролей может сыграть новое направление исследований — фенетика.
Фенетика в самой общей форме — это применение генетических идей и методов при изучении природных популяций с позиций зоолога, ботаника, микробиолога, эколога, морфолога, физиолога. Главным орудием при этом является поиск и учет фенов, то есть четко наследуемых обособленных — дискретных, как правило, независимых конкурирующих признаков.
Ведь та самая наследственность, что закодирована в генах, которые с таким трудом и хитроумием исследуются молекулярными генетиками, пользующимися сложнейшей техникой, и классическими генетиками, употребляющими не менее сложный аппарат косвенных методов, в конце концов, не может не проявиться в свойствах организмов. В легко различимых, без труда узнаваемых их признаках. Надо только научиться их отыскивать в сонме качеств живого существа и, не дожидаясь, пока будет готова карта его генов, по самим признакам судить о степени и разнообразии его родственных связей, о его родословной. Ведь так издавна интуитивно, а потом и осознанно поступали систематики.
Точно так же можно рассматривать по внешним признакам и «кассу» генов целой популяции. Генетика со времени своего рождения, собственно, и имела дело обычно не с самими генами, а с их внешними проявлениями. Но если можно использовать не сам код, а его развернутый результат в целях изучения языка наследственности, почему же не пользоваться этим методом для того, чтобы исследовать проявления наследственной изменчивости в группах живых существ.
Фенетический подход, как становится сейчас ясно, позволяет сравнительно быстро описать и расшифровать сотни и тысячи разнообразных эволюционных ситуаций в природе. Такая расшифровка реальных путей микроэволюционного процесса для большого числа видов в природе и станет тем фундаментом, на котором уже можно будет возводить здание большой теории и всерьез переходить к управляемой эволюции.
Продолжение следует.
Автор: А. Яблоков, кандидат биологических наук.