Потреба в «генетичних окулярах»: еволюційна біологія

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Чи буде людство тулитися під прозорими ковпаками мегаполісів в оточенні промислових пусток або гармонійно співіснувати з різноманітною і багатою живою природою, що дає все необхідне для життя і постійно збагачується під контролем і в інтересах суспільства, що розвивається? Відповідь на це питання пов’язана з тим, чи вдасться нам вирішити проблему керованої еволюції. Рішення ж цієї проблеми немислимо без знання закономірностей еволюції на мікроеволюційному рівні.

Сучасне вчення про мікроеволюцію, тобто про еволюційні процеси, що відбуваються всередині виду – всередині і між популяціями, – видатне досягнення колективної еволюційної думки першої половини XX століття. Але доводиться відзначити, що це вчення знаходиться на рівні опису подій, що відбуваються. Ми ще мало просунулися в з’ясуванні закономірностей мікроеволюційного процесу.

Основні “дійові особи” процесу мікроеволюції були виявлені дослідниками (в основному популяційними генетиками) в двадцяті — сорокові роки минулого століття і з тих пір принципово нових відкриттів зроблено не було. У пізнанні мікроеволюції виник деякий теоретичний застій.

Тим часом сьогодні навряд чи у кого-небудь викликає сумнів той факт, що тільки генетичне трактування подій, що відбуваються всередині виду, допомагає зрозуміти механізми розвитку. Поза нею зрозуміти процес еволюції неможливо. З іншого боку, будь-яке вивчення фізіології або екології популяцій без розгляду їх у розвитку — історично, еволюційно — виявляється збідненим і втрачає загально-біологічний сенс. А якраз такий, «поза еволюційний», зміст і вкладався довгий час більшістю дослідників в ці розділи біології. Взаємовідносини організмів із середовищем, наприклад, розглядалися поза часом, статично. У тридцяті-сорокові роки стався як би розрив між еволюційно-генетичним напрямком популяційної біології і тією її частиною, яка виявилася «позаеволюційною».

Але, опинившись в такому положенні, ці еколого-популяційні дослідження, подібно генетичним дослідженням до знаменитого синтезу генетики і дарвінізму в кінці двадцятих — початку тридцятих років XX століття, стали топтатися на місці, займатися вирішенням все більш приватних спеціальних проблем.

Одна з найголовніших причин «топтання на місці» у вченні про мікроеволюцію — якщо не найголовніша — недостатня кількість даних. Справді, на якому матеріалі побудована сучасна теорія про мікроеволюцію? В основному на обмеженому фундаменті добре вивчених генетиками видів тварин і рослин. Але таких видів дуже небагато. Це в першу чергу вісім-десять видів з роду дрозофіла – ідеальні об’єкти для популяційно-генетичних досліджень. А в цілому не буде применшенням сказати, що з генетичної точки зору вивченими виявляються, мабуть, не більше п’ятдесяти — шістдесяти видів тварин і кілька десятків видів рослин. Ту ж саму картину можна спостерігати і в дослідженнях царств бактерій і грибів.

Виходить, переважна більшість видів живих організмів залишається «білими плямами» для генетиків. В одних випадках тому, що це незручно технічно (важко розводити в неволі, скажімо, слонів або китів), в інших — через тривалість життя поколінь і неможливості отримати відповідь на експерименти зі схрещування протягом життя дослідника (багато деревних рослин, рептилії, птахи).

Складається своєрідне положення. Ясно, що найзагальніші закономірності мікроеволюції повинні бути однаковими для дрозофіли і кульбаби, слона і дятла, жаби і ялини. Ясно також, що для того щоб виділити ці загальні закономірності з безлічі приватних, треба отримати дані про подібність і відмінності в процесах мікроеволюції хоча б у представників всіх великих груп. Нам же відомі деякі основні генетичні особливості у ліченого числа видів, мабуть, не більше ніж 0,005 відсотка від їх загального числа! Ясно, що така нікчемна вибірка може виявитися неподільною і на її підставі поки не можна робити будь-які обґрунтовані висновки. Наука ж, навіть при самому оптимістичному підході, в найближчі десятиліття змогла б збільшити, напевно, число вивчених видів лише вдвічі, втричі, нарешті, в п’ять разів, але не в тисячу разів, як це потрібно.

Вихід з цього тупикового становища є: «поза генетичних» розділів популяційної біології необхідно «надіти генетичні окуляри».

Сьогодні добре відомо, що синтез генетики і дарвінізму в тридцятих роках виявився потужним поштовхом для розвитку і класичної популяційної генетики, і класичного дарвінізму. Мені здається, що зараз є всі підстави говорити про необхідність «нового синтезу» – синтезу еволюційної генетики з широким віялом досліджень в екології, морфології, фізіології, ботаніки, зоології та інших біологічних науках, пов’язаних з вивченням популяцій.

Знання принципів еволюції необхідно, але ще недостатньо для переходу до керованої еволюції. Щоб не зруйнувати живі природні системи необережним втручанням в інтимні механізми еволюції (а таке втручання може бути багаторазово більш небезпечним, ніж обговорювані сьогодні негативні наслідки генетичної інженерії – маленької цівки в загальному потоці можливих втручань в перебіг еволюційного процесу), ми повинні знати, що можна, а що не можна робити з природними популяціями, виробляючи одні пристосування і змінюючи інші.

Широка екологізація біологічного мислення практично завершилася, і настає період неминучої «генетизації» всіх без винятку розділів сучасної біології. У цьому процесі «генетизації» одну з головних ролей може зіграти новий напрямок досліджень — фенетика.

Фенетика в самій загальній формі – це застосування генетичних ідей і методів при вивченні природних популяцій з позицій зоолога, ботаніка, мікробіолога, еколога, морфолога, фізіолога. Головним знаряддям при цьому є пошук і облік фенів, тобто чітко успадковуваних відокремлених — дискретних, як правило, незалежних конкуруючих ознак.

Адже та сама спадковість, що закодована в генах, які з таким трудом і хитромудрістю досліджуються молекулярними генетиками, що користуються складною технікою, і класичними генетиками, що вживають не менш складний апарат непрямих методів, в кінці кінців, не може не проявитися у властивостях організмів. У легко помітних, без праці впізнаваних їх ознаках. Треба тільки навчитися їх відшукувати в сонмі якостей живої істоти і, не чекаючи, поки буде готова карта її генів, за самими ознаками судити про ступінь і різноманітність її родинних зв’язків, про її родовід. Адже так здавна інтуїтивно, а потім і усвідомлено чинили систематики.

Точно так само можна розглядати за зовнішніми ознаками і «касу» генів цілої популяції. Генетика з часу свого народження, власне, і мала справу зазвичай не з самими генами, а з їх зовнішніми проявами. Але якщо можна використовувати не сам код, а його розгорнутий результат з метою вивчення мови спадковості, чому ж не користуватися цим методом для того, щоб досліджувати прояви спадкової мінливості в групах живих істот.

Фенетичний підхід, як стає зараз ясно, дозволяє порівняно швидко описати і розшифрувати сотні і тисячі різноманітних еволюційних ситуацій в природі. Така розшифровка реальних шляхів мікроеволюційного процесу для великого числа видів в природі і стане тим фундаментом, на якому вже можна буде зводити будівлю Великої теорії і всерйоз переходити до керованої еволюції.

Продовження слідує.

Автор: А. Яблоков, кандидат біологічних наук.