Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Шон Кэррол

Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Издание осуществлено при поддержке

Фонда некоммерческих программ Дмитрия Зимина "ДИНАСТИЯ"

Иллюстрации Джейми Кэрролл, Джоша Клейса и Лианн Олдс

Художественное оформление и макет серии Андрея Бондаренко

© Sean В. Carroll, 2005. All rights reserved © Т. Мосолова, перевод на русский язык, 2015 © А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2015 © 000 "Издательство ACT', 2015 Издательство CORPUS ®

Фонд некоммерческих программ "династия" основан в 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании "вымпелком". Приоритетные направления деятельности Фонда — развитие фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение. В рамках программы по популяризации науки Фондом запущено несколько проектов. В их числе — сайт elementy.ru, ставший одним из ведущих в русскоязычном Интернете тематических ресурсов, а также проект "Библиотека 'Династии'" — издание современных научно-популярных книг, тщательно отобранных экспертами-учеными. Книга, которую вы держите в руках, выпущена в рамках этого проекта. Более подробную информацию о Фонде "Династия" вы найдете по адресу www.dynastyfdn.ru.

Предисловие. Революция N3

Ты говоришь, что хочешь революции?

Ну, знаешь ли,

Мы все хотим изменить мир.

Твердишь, что это эволюция?

Ну, знаешь ли,

Мы все хотим изменить мир.

Говоришь, у тебя есть решение?

Ну что же,

Мы не прочь взглянуть на план!...

Джон Леннон и Пол Маккартни Revolution 1 (1968)

Физик и нобелевский лауреат Жан Перрен однажды заметил, что путь к любому научному достижению заключается в "объяснении сложного видимого [явления] какими-то простыми невидимыми". Две величайшие революции в биологии — революция в теории эволюции и революция в генетике — шли именно таким путем. Дарвин объяснил разнообразие видов, обнаруживаемых в палеонтологической летописи, и современных живых организмов действием естественного отбора на протяжении чрезвычайно длительного времени. Молекулярная биология объяснила, каким образом наследственные признаки всех организмов закодированы в молекулах ДНК, состоящих всего из четырех оснований. Но какими бы блестящими ни были эти догадки, они не смогли полностью объяснить происхождение сложных наблюдаемых нами форм — от формы тела древних трилобитов до формы клюва галапагосских вьюрков. Ни естественный отбор, ни последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК не могут напрямую объяснить, каким образом формировался внешний вид живых существ или как он эволюционировал.

Ключом к пониманию формы является развитие, в ходе которого яйцеклетка превращается в сложное животное, состоящее из многих миллиардов клеток. Это удивительное превращение оставалось одной из самых волнующих загадок биологии на протяжении почти двухсот лет. А развитие тесно связано с эволюцией, поскольку изменить форму взрослого организма можно только за счет изменения эмбриона. В последние двадцать лет в биологии развернулась новая революция. Успехи биологии развития и эволюционной биологии развития, сокращенно — эво-дево (от англ. evolutionary developmental biology, evo-devo — Прим. перев.), позволили узнать много интересного о невидимых генах и некоторых простых правилах, которые определяют форму животных и ее эволюцию. Многое из того, что нам открылось, было настолько удивительным и неожиданным, что в значительной степени изменило наш взгляд на процесс эволюции. К примеру, раньше ни один биолог не мог предположить, что те же самые гены, которые контролируют развитие частей тела и органов насекомых, контролируют и развитие тела человека.

Книга, которую вы держите в руках, рассказывает об этой новой революции и о том, как она помогает разобраться в вопросах эволюции царства животных. Я хотел представить читателю наглядную картину процессов развития животных и показать, как различные изменения в ходе этого процесса сформировали и современных животных, и тех, которых мы знаем лишь по окаменелостям.

Когда я писал эту книгу, я имел в виду несколько типов читателей. Во-первых, те, кто интересуется природой, естественной историей, фауной дождевых лесов, рифов, саванн, а также ископаемыми останками из древних отложений, узнают много нового о развитии и эволюции некоторых наиболее удивительных животных из прошлого и настоящего. Во-вторых, физикам, инженерам, программистам и всем остальным, интересующимся происхождением сложных структур, эта книга расскажет о том, как в результате комбинации небольшого числа общих элементов возникло невероятное разнообразие форм. В-третьих, я уверен в том, что новые достижения эво-дево помогут студентам и преподавателям сделать изучение эволюции более интересным и раскроют более увлекательную и ясную картину эволюции, чем та, что мы представляли себе до сих пор. И, наконец, в-четвертых, эта книга предложит любому человеку, задающему себе вопрос "Откуда я взялся?", описание нашей с вами истории: относительно короткого пути, который мы проходим от яйцеклетки до взрослого организма, и долгого трудного путешествия от возникновения первых животных до совсем недавнего появления нашего вида.

Рисунок Кристофера Херра, 10 лет (школа Игл, Мэдисон, штат Висконсин).

Введение. Бабочки, зебры и эмбрионы

Она бредет сквозь облака

В голове ее кружится карнавал

Зебры, бабочки,

Сказки и лунный свет

Вот и все, о чем думать умеет она

Джими Хендрикс Little Wing (1967)

Последний раз, когда я был в школе, где учатся мои дети, меня восхитили вывешенные в коридорах детские рисунки. Среди пейзажей и портретов было множество изображений животных. Удивительно, но из тысяч млекопитающих дети почему-то чаще всего выбирали зебр. А из всех животных вообще наибольшей популярностью пользовались бабочки. Мы живем в Висконсине, дело было в середине зимы, но дети рисовали совсем не то, что видели за окном. Откуда все эти бабочки и зебры?

Я уверен, что детское творчество отражает глубокий интерес детей к строению животных — форме их тела, рисунку и окраске. Мы все ощущаем эту связь. Вот почему мы ходим в зоопарк полюбоваться на редких зверей, толпимся у вольеров с бабочками, разглядываем аквариумы и тратим бешеные деньги на содержание домашних питомцев — собак, кошек, птиц и даже рыбок. Чаще всего выбор породы или вида домашнего животного основан на наших эстетических чувствах. При этом нас часто привлекают (а иногда и пугают) наиболее экзотические животные: гигантские кальмары, плотоядные динозавры или пауки-птицееды.

Такой же интерес и восхищение форма тела животных на протяжении многих столетий вызывала и у знаменитых натуралистов. В холодной, серой и сырой довикторианской Англии юный Чарльз Дарвин читал 2000-страничный отчет Александра фон Гумбольдта о путешествии по Южной Америке[1]. Дарвин был настолько поглощен этой книгой, что позднее заявлял, будто в это время думал, говорил и мечтал лишь о том, чтобы увидеть описанные Гумбольдтом тропические страны. Ему повезло: в 1831 г. у него появилась возможность отправиться в плавание на "Бигле". Позднее Дарвин писал Гумбольдту: "Все течение моей жизни определилось тем, что я читал и перечитывал эту книгу". Два других англичанина — двадцатидвухлетний служащий и страстный коллекционер насекомых Генри Уолтер Бейтс и его друг, натуралист-самоучка Альфред Рассел Уоллес — также мечтали отправиться в путешествие за новыми образцами. Познакомившись с описанием путешествия Дарвина в Бразилию (1848), Бейтс и Уоллес решили обязательно там побывать. Путешествие Дарвина длилось пять лет, Бейтс провел в тропиках одиннадцать лет, а Уоллес совершил два путешествия, в сумме длившиеся четырнадцать лет. Этим мечтателям, обнаружившим и собравшим тысячи видов организмов, предстояло начать первую революцию в биологии. Должно быть, есть что-то такое в жизни в северном климате, что вдохновляет на мечты о тропиках. Я рос в Толедо, штат Огайо, в окружении городских парков и сельскохозяйственных угодий у берегов не слишком щедрого озера Эри. Мои мечты о райских уголках подпитывались статьями в журналах и телевизионными передачами, такими как "Царство животных" (в черно-белом варианте). Десятилетия спустя мне посчастливилось увидеть животных африканских саванн, джунглей Центральной Америки и барьерных рифов Австралии и Белиза (правда, я был всего лишь туристом, а вовсе не отважным путешественником). И эти животные оказались еще более потрясающими, чем я мог вообразить.

На открытых пастбищах в Кении бродят стада зебр и слонов, а вблизи прогуливаются одинокие жирафы, страусы и гепарды. Полосатые лошади, гигантские серые звери с полутораметровыми носами и пятнистые кошки, способные обогнать джип. Если бы этих созданий не было на свете, в их существование было бы почти невозможно поверить.

В дождевых лесах водится множество более мелких животных. В пятнах солнечного света, проникающего через просветы в кронах деревьев, танцуют яркие бабочки, такие как красно-желтый геликониус или отсвечивающая металлическими искрами голубая морфо. Внизу, в лесной подсти ...

Быстрая навигация назад: Ctrl+←, вперед Ctrl+→