Дарвинизм в XXI веке

Схема Оно выглядела весьма правдоподобной, но оставалась сугубо умозрительной до тех пор, пока расшифровка и сопоставление нуклеотидных и аминокислотных последовательностей не стали рутинным делом. По мере роста баз данных по геномам, генам и белкам примеры, иллюстрирующие теорию Оно, стали появляться в таком количестве, что эволюционная история генов превратилась в большой самостоятельный раздел молекулярной филогенетики. Появилась возможность даже оценить количественно вероятность различных сценариев развития взаимоотношений генов-близнецов.

В 2013 году генетики из Калифорнийского университета в Беркли проследили судьбу сотен таких пар генов у двух видов мушек-дрозофил. Разработанная ими изощренная методика позволяла выделить и отличить друг от друга четыре варианта эволюции: консервацию (обе копии гена продолжают выполнять исходную функцию), неофункционализацию (одна копия занимается своим прежним делом, а другая нашла себе совершенно новое занятие), субфункционализацию (копии разделили свою прежнюю функцию между собой и теперь могут обеспечить ее только совместной работой — скажем, обе они продолжают кодировать рецепторы к определенному гормону, но теперь в одних тканях работает одна версия некогда единого гена, а в других — другая) и специализацию (комбинацию двух предыдущих вариантов — копии разделили между собой исходную функцию и вдобавок каждая из них нашла себе еще дополнительную нагрузку). Среди более чем 280 пар генов, изученных калифорнийскими учеными, 53 пошли по пути консервации, 183 — неофункционализации (причем примерно в 90 % случаев прежнюю функцию сохранял «материнский» экземпляр гена, а новую приобретал «дочерний»[253]), 42 — специализации, а субфункционализации — всего 3 (да и то авторы не уверены, что правильно определили отношения между генами в этих случаях). Тонкие эволюционные выводы, которые делают авторы из своих результатов, нам сейчас неважны. Главное — как мы видим, если ген удвоился, и обе его копии остаются рабочими, то скорее всего — примерно в четырех случаях из пяти — продукт хотя бы одной из них в скором будущем приобретет новые полезные функции. И у организма появится новый белок.

Вообще говоря, подобный способ эволюции — когда сначала возникает некоторое число одинаковых частей или органов, а затем они постепенно специализируются, становясь совершенно непохожими друг на друга и на исходную структуру — известен эволюционистам еще с классических времен. Достаточно вспомнить хотя бы эволюцию членистоногих или все те разнообразные структуры (цветы, корневища, клубни, луковицы, усики и т. д.), которые «сделали» себе растения из побега — ветки с листьями. Но частота применения этого эволюционного приема на макроуровне не идет ни в какое сравнение с его популярностью в эволюции генов и белков. Амплификация генов с последующей сменой или разделением функций — вероятно, самый частый способ приобретения новых белков.

Удваиваться (а также учетверяться и т. д.) могут не только отдельные гены, но и весь геном целиком. Еще в 1892 году русский ботаник-цитолог Иван Герасимов смог получить клетки с удвоенным (по сравнению с обычным) числом хромосом. Правда, объектом ему служила нитчатая водоросль спирогира, клетки которой в норме содержат одинарный набор хромосом. Однако вскоре после этого в природе было обнаружено довольно много видов (в основном растений), в клетках которых обнаруживались четыре, шесть, восемь и т. д. хромосомных наборов. Такие организмы, как мы уже знаем, стали называть полиплоидными. Особенно много полиплоидов оказалось среди культурных растений, в том числе важнейших и древнейших. Пшеница, ячмень, кукуруза, картофель, подсолнечник — все это полиплоиды. Наши предки, отбирая их для разведения, этого, конечно, не знали, но ориентировались на их внешние признаки: по сравнению с обычными (диплоидными) родственниками полиплоиды часто отличаются более крупными размерами, устойчивостью к неблагоприятным условиям, урожайностью и вообще жизненной силой. Кроме того, растения-полиплоиды часто оказываются способными преодолеть межвидовые и даже межродовые барьеры — как мы это уже видели в главе 12, когда говорили о происхождении культурной сливы и мягкой пшеницы. (Кстати, другая широко распространенная разновидность пшеницы — твердая пшеница Triticum durum — тоже представляет собой межродовой гибрид-аллополиплоид, но «всего» двух видов диких злаков.) Дальнейшие исследования показали, что полиплоидность — не редкость и среди диких растений. Видимо, во многих случаях она дает растениям конкурентные преимущества.