Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира

Два столетия тому назад великий поэт и не менее великий естествоиспытатель Иоганн Вольфганг фон Гёте писал о «метаморфозе растений». Он доказывал, что строение всех известных нам растений, каждой березы, пальмы или кувшинки, может быть получено путем «умственного преобразования» некоего прарастения (Urpflanze), которое является идеальным прообразом всех конкретных представителей растительного царства. Здесь нет эволюционного подтекста; дело происходило за полвека до Дарвина. Гёте рассуждал о преобразованиях формы как идеально понятой сущности «растения вообще». Метаморфозы реализуются в умопостигаемом пространстве морфологических возможностей, а не в геологическом времени. Следуя Гёте, английский зоолог Роберт Оуэн (современник и коллега Дарвина) попытался реконструировать единый прототип «позвоночного вообще», а отсюда рукой подать до идеи о едином структурном прототипе (архетипе) всех животных. Правда, Оуэн до конца жизни не смирился с «Дарвиновой ересью», и ему в голову не пришло бы отождествлять свой архетип с реальным, некогда существовавшим прапредком.

Эту идею обсуждают и современные зоологи, но уже на эволюционной основе и с фактами на руках. Давно исчезнувший прототип всех известных нам сейчас животных, предковый план строения, получил название зоотип. Скорее всего, у него было еще очень мало Hox-генов; их число увеличивалось в процессе эволюции, достигнув максимума у позвоночных. Но главное, что они у него были

, и их наличие обусловило множество позднейших эволюционных инноваций, включая появление голов, ног, крыльев, позвонков и других структурных элементов, которых никак не могло быть у носителя зоотипа.

Я отлично помню, как много лет назад, впервые узнав о существовании гомеобоксных генов, я был поражен тем, что они выполняют одну и ту же функцию у самых разных групп животных, даже таких, которых мы никогда не считали близкими родственниками. Я и сейчас не перестал удивляться этому. Было показано, что за формирование крыла мухи дрозофилы и крыла цыпленка отвечают, в сущности, одни и те же регуляторные гены. Позвольте, позвольте, но как это может быть? Со студенческих лет мы затвердили, что крыло насекомого и крыло птицы (или летучей мыши) сходны только по функции, но не по строению или происхождению. Крылья насекомых — это выросты стенки тела, а летательные органы позвоночных возникают на основе скелета, путем преобразования передних конечностей[167]. Строение крыльев и механика полета в этих группах животных довольно несходны[168]. Тем не менее по своему эмбриональному происхождению ноги позвоночных гораздо ближе крыльям членистоногих, чем могли предполагать анатомы. Например, генам Tbx4 и Tbx5

позвоночных, участвующим в формировании двух пар конечностей, в геноме дрозофилы соответствует ген optomotor-blind, задействованный в развитии эмбриональных зачатков крыльев и ног насекомого[169]. Ген Pax-6, контролирующий развитие глаза млекопитающих, имеет «близкого родственника» у дрозофилы — ген eyeless

, занятый тем же делом. Но как же различны по строению и принципу действия наш глаз, с его сетчаткой и хрусталиком, и сложный фасеточный глаз мухи! Ген Pax-6 есть и у других животных, например у головоногих моллюсков. Если встроить этот ген, взятый у кальмара, в геном дрозофилы, у насекомого начинают расти глаза на крыле и в других несоответствующих местах[170]. Получается, что Pax-6 и его аналоги запускают каскад генов, контролирующих глазообразующие процессы у самых разных животных, и неважно, как именно этот глаз будет устроен[171]

. Важно то, что один и тот же гомеобоксный ген заведует образованием сходных по функции органов и частей тела. Наконец, общая для всех билатеральных животных дифференциация тела на головной и хвостовой концы тоже определяется одним и тем же семейством Hox-генов.

Но и это еще не конец истории. У растений и грибов тоже имеется схожее семейство генов-регуляторов, так называемые MADS-box-гены, контролирующие протекание зародышевого развития. Гены этой группы представлены и у животных, поэтому можно предполагать, что они общие для всех эукариот — ярчайшее доказательство эволюционного родства всех многоклеточных организмов, механизмы роста и развития которых возникают на единой основе, при всем несходстве их «конечных продуктов» — конкретных организмов во плоти и крови. Как пишет И. Я. Павлинов, «речь должна идти о том, что у эукариотных организмов имеются очень древние консервативные генетические элементы, которые ответственны за морфогенез самых разных частей — от листа у растения до крыла у птицы или насекомого»[172].