Дарвинизм в XXI веке

В эволюции животных (особенно тех, которые неспособны к бесполому размножению) полиплоидия, по понятным причинам, возникает намного реже, чем у растений, однако тоже не является чем-то абсолютно невероятным. В частности, в последние полтора-два десятилетия считается доказанной гипотеза, высказанная еще Оно: удвоение генома произошло в ранней истории позвоночных и, вероятно, именно это событие отделило их от прочих хордовых — ланцетников и оболочников. Причем есть основания думать, что вскоре после этого геном некоего раннего позвоночного еще раз удвоился — и именно существо с восемью наборами хромосом стало предком рыб и четвероногих, в то время как его бедные родственники, располагавшие «всего лишь» четырьмя экземплярами генома, ныне оказались представлены бесчелюстными — миногами и миксинами. Порождали ли умножения генома у животных первоначально успешные, но эволюционно эфемерные группы, как у растений, — неизвестно (хотя этой гипотезе ничто не противоречит). Кроме позвоночных, случившееся когда-то в древности удвоение генома доказано для бделлоидных коловраток — единственных животных, отказавшихся от полового процесса в какой-либо форме (доказательств, что это обусловлено именно их полиплоидностью, нет, но как-то с трудом верится, что эти две их особенности никак не связаны). Несколько лет назад появились основания думать, что удвоение генома (а возможно — и два последовательных удвоения) пережили мечехвосты — древняя и весьма своеобразная группа членистоногих. Но в отличие от позвоночных для мечехвостов умножение генетического материала не стало базой для долгой прогрессивной эволюции, бурного образования разнообразных форм и освоения множества новых сред и экологических ниш. Сегодня в мире существуют всего четыре вида этих существ, весьма сходные между собой по внешнему облику, строению и экологии. Ископаемых видов мечехвостов гораздо больше, но и они не отличались заметным морфологическим разнообразием — хотя эта группа известна как минимум с позднего ордовика. В то же время и записывать в эволюционные неудачники животных, сумевших просуществовать более 440 миллионов лет, не меняя сколько-нибудь существенно своего строения, тоже как-то язык не поворачивается. Впрочем, похоже, что «эволюционное долголетие» мечехвостов никак не связано с удвоением их генома: по данным «молекулярных часов» это удвоение случилось около 150 миллионов лет назад. Однако на самих мечехвостах, существовавших к тому моменту уже около 300 миллионов лет, это словно бы вообще не отразилось: верхнеюрские мечехвосты (предположительно уже пережившие удвоение генома) отличаются от нижнеюрских разве что несколько более эффективной конструкцией последней пары ног.

Таким образом, если в эволюции растений роль полиплоидии явно противоречива, то о ее роли в эволюции животных вообще не удается сделать сколько-нибудь определенных выводов. Твердо можно сказать только, что это явление встречается в эволюции самых разных групп эукариот (хотя и с весьма разной частотой), а значит, вносит некоторый вклад в создание новых генов.

А если удвоился не один ген и не весь геном, а, скажем, одна хромосома?

На первый взгляд, если и удвоение отдельного гена, и удвоение всего генома открывает перед организмом дополнительные эволюционные возможности (хотя и неравноценные как по масштабу возможных последствий, так и по их вероятности), то и удвоение хромосомы — заметной части генома, несущей большое число генов, — должно давать сходный эффект. Однако найти примеры эволюционных событий, связанных (хотя бы предположительно) с удвоением отдельной хромосомы, не удалось. И в общем-то понятно, почему. У организмов с регулярным половым процессом удвоение одной из хромосом неизбежно нарушит процесс мейоза — созревания половых клеток. Как известно, в ходе этого процесса гомологичные (то есть парные) хромосомы вступают в контакт друг с другом и обмениваются участками. Но если в одной такой «паре» окажутся не две, а сразу три хромосомы, нормально обменяться участками и разойтись не удастся не только им, но, скорее всего, и всем остальным.

Впрочем, нарушения мейоза — не самое неприятное из того, с чем столкнется организм, получивший в подарок лишнюю хромосому. Если это — млекопитающее, то ему вряд ли удастся дожить даже до рождения. Как мы видели в главе 13, именно гены регулируют эмбриональное развитие организма, в котором очень многое зависит от соотношения концентраций разных сигнальных веществ в той или иной точке зародыша. Количество этих веществ определяется в конечном счете активностью генов, и если какие-то из них удвоятся, а другие останутся в прежнем числе, это наверняка внесет грубые искажения в развитие зародыша.