Дарвинизм в XXI веке

После появления теории Оно эволюционное значение полиплоидии представлялось очевидным. Коль скоро полиплоидность увеличивает возможности организма, она должна поддерживаться естественным отбором. А дальше «лишние» экземпляры генов становятся полем самых смелых эволюционных экспериментов. Обладая ими, можно допускать мутации в жизненно важных генах, накапливать и комбинировать разные мутации (каждая из которых по отдельности вредна, но сочетание их может оказаться полезным) и т. д. Словом, именно от полиплоидов следует ожидать быстрой и успешной эволюции.

Правда, проверить эту идею было нелегко: экспериментировать с эволюцией почти невозможно, а у окаменелостей хромосомы не посчитаешь. Однако косвенно ее подтверждало широкое распространение полиплоидности в природе, особенно среди растений. Около трети видов ныне живущих высших растений полиплоидны — и это лишь те виды, что умножили свой геном относительно недавно, уже после возникновения рода, в который они входят. (Более древние полиплоидии постепенно «смазываются» — именно потому, что по мере эволюции в исходно одинаковых генах и хромосомах накапливаются различия. Часть же генов — «лишние» копии, ненужные для выполнения прежней функции и не успевшие приобрести новую, — превращаются в псевдогены, а то и вовсе теряются. В результате исходно одинаковые экземпляры генома становятся все более непохожими друг на друга. Сусуму Оно, предсказавший это явление, назвал его вторичной диплоидизацией.)

Но в 2011 году группа американских и канадских биологов решила взглянуть на проблему эволюционной роли полиплоидности попристальнее. Методами молекулярной филогенетики они реконструировали эволюцию внутри 63 родов растений (49 цветковых и 14 папоротников). Для каждого рода были выстроены развесистые генеалогические деревья, концевые веточки которых представляли современные виды — часть которых, естественно, была полиплоидами. Посмотрев на них, исследователи увидели, что полиплоидность почти всегда возникает на последней развилке. Если не предполагать, что именно в геологически недавние времена на все группы наземных растений обрушилась эпидемия полиплоидности, то полученный результат мог возникнуть по двум причинам: либо полиплоидные виды имеют гораздо бóльшую вероятность вымирания, чем диплоидные, либо они менее склонны к дальнейшему видообразованию. Изощренные методы статистической обработки показали, что верно и то, и другое. Получалось, что полиплоиды возникают довольно часто, но существуют обычно недолго и оставляют мало эволюционных потомков.

Возможно, так происходит потому, что полиплоидность, возникая у единичного организма, сразу же ставит генетический барьер между ним и его сородичами: гибриды полиплоидных и обычных форм почти всегда бесплодны. Для растений это не фатально: они обычно способны к вегетативному размножению, а когда потомки полиплоида образуют хоть небольшую, но популяцию, они смогут скрещиваться друг с другом. Но генетическое разнообразие в такой популяции окажется резко сниженным: ведь в индивидуальном геноме не может быть больше двух вариантов (аллелей) одного гена. И то, что этот геном удвоился, утроился или учетверился, поначалу ничего не меняет. В то время как исходная диплоидная форма представлена множеством особей — у каждой из которых тоже не больше двух аллелей, но у всех вместе их могут насчитываться многие десятки. Получается, что за ощутимый выигрыш на старте полиплоидные формы платят сокращением возможностей маневра в ходе дальнейшей эволюции — и в конечном счете часто проигрывают.

Часто — но не всегда. За четыре месяца до вышеизложенной работы вышла в свет статья ученых из университетов Пенсильвании, Джорджии и Флориды. Предметом ее стали те самые давние, стертые последующей диплоидизацией случаи умножения генетического материала. Авторам работы удалось выявить как минимум два таких события, время одного из которых хорошо совпадает с предполагаемым временем существования общего предка всех семенных (цветковых и хвойных) растений, а другого — со временем существования общего предка всех цветковых.

Если это так, то можно предположить, что в эволюционных стратегиях умножение генома подобно ставке на «зеро». Которая, как известно, почти всегда проигрывает, но уж если выигрывает, то сразу очень много.