Закон о необратимости эволюции

Фундаментальный закон эволюции опровергнут?

Исследуя процесс утраты, а потом обратного возникновения зубов у сумчатой лягушки Гюнтера, американские ученые заявили, что опровергли один из основных законов эволюции. Согласно ему, утраченный признак не может вновь восстановиться. Однако так ли это на самом деле? Скорее всего, данное утверждение несколько преждевременно.

Фото: Фото: AP

Недавно американские биологи заявили о том, что данные их исследования опровергли один из фундаментальных законов эволюции. Речь идет о законе необратимости эволюционных изменений, который более известен как закон Долло. Его сформулировал в 1893 году бельгийский палеонтолог Луи Долло на основе анализа большого количества материала, который включал как вымерших животных, так и их ныне живущих потомков. Авторская формулировка закона гласит, что "организм не может вернуться, даже частично, к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков".

Проще говоря, если в процессе эволюции живые существа потеряли какой-то признак или он трансформировался во что-то новое (например, лапы динозавров в крылья птиц), то у их потомков этот признак заново в первозданном виде никогда не возникнет (то есть крылья обратно в лапы не превратятся).

Впоследствии другой ученый, О. Абель, дал собственную формулировку этого правила, на мой взгляд, более конкретную и удобную. В его исполнении закон необратимости стал включать в себя два пункта, первый из которых гласит, что "орган, редуцированный в течение исторического развития, никогда не достигает вновь своего прежнего уровня; вполне исчезнувший орган никогда не восстанавливается". Второе положение конкретизирует первое, сообщая, что "если приспособление к новому образу жизни (например, при переходе от хождения к лазанию) сопровождается утратой органов, которые имели большое функциональное значение при прежнем образе жизни, то при новом возвращении к старому образу жизни эти органы никогда не возникают вновь; вместо них создается замена иными органами".

Именно эти новые формулировки закона о необратимости и стали общеизвестными — их вы можете прочитать в любом учебнике биологии. Долгое время ученые не сомневались в том, что исключений из закона Долло не бывает и быть не может (хотя сам Долло утверждал, что это правило является презумпцией, то есть остается верным лишь до тех пор, пока не будет доказано обратное). Однако недавно исследователи из нью-йоркского Университета Стоуни-Брук заявили о том, что им удалось доказать то самое "обратное", которое вполне способно сокрушить универсальность этого закона.

Фото: AP

Джон Винс и его коллеги, исследуя забавных древесных сумчатых лягушек Гюнтера (Gastrotheca guentheri) вдруг заинтересовались вопросом, когда предки этой амфибии обрели нижние зубы. Дело в том, что это маленькое существо является уникальным среди всех лягушек — они имеют зубы не только на верхней челюсти, как остальные лягушки, но и на нижней. Вычислить это было важно, поскольку лягушки в целом потеряли этот элемент давным-давно.

Сумчатая лягушка Гюнтера, обитающая в лесах колумбийских, перуанских и эквадорских Анд, — существо достаточно примечательное. Она относится к группе сумчатых квакш (Gastrotheca), которые известны тем, что вынашивают оплодотворенную икру в особом кожаном кармане. Однако, в отличие от сумчатых млекопитающих вроде кенгуру, у этих амфибий "рюкзачок" находится на спине, а не на брюхе.

Как и большинство других лягушек, Gastrotheca guentheri является хищником, который питается насекомыми. Собственно говоря, зубы-то им нужны исключительно для того, чтобы удерживать вырывающуюся из пасти добычу (из-за особенностей строения челюсти ни одна лягушка не может жевать или кусать пищу). Однако всем лягушкам для удержания жертвы достаточно лишь ряда зубов на верхней челюсти, поскольку именно она играет ведущую роль в захвате жертвы.

А вот сумчатая квакша Гюнтера почему-то обладает еще и дополнительным наборомзубовнанижнейчелюсти.Долгоевремяученыесчиталиэтосвоеобразныматавизмом(этой же чертой обладали и предки лягушек). Однако доктор Винс и его коллеги, сопоставив данные, полученные при анализе окаменелостей и последовательностей ДНК, выяснили, что данные лягушки потеряли зубы на нижней челюсти больше 230 миллионов лет назад, однако за последние 20 миллионов лет сумели их восстановить.

"Утрата нижних зубов у предков современных лягушек и их восстановление у G. guentheri - это очень существенный аргумент в пользу неоднозначной идеи о том, что сложные анатомические признаки, утраченные в процессе эволюции, могут развиться вновь, даже если они отсутствовали на протяжении сотен миллионов лет", — говорит доктор Винс. Он также поясняет, что, по всей видимости, так называемая "обратная" эволюция (или реэволюция) — явление достаточно распространенное, упоминая о том, что в последнее время стало известно несколько похожих фактов, таких, например, как "восстановления": крыльев у некоторых насекомых-палочников (чьи предки были бескрылыми) или свободной личиночной стадии у ряда саламандр (происходящих от животных, утративших ее).

Фото: AP

Так стоит ли говорить о том, что американским биологам удалось опровергнуть один из фундаментальных законов эволюции? Скорее всего, такое заявление пока еще делать рано. Дело в том, что количество палеонтологического материала, которое обработали Винс и его коллеги, весьма мало — меньше десятка окаменелостей. При такой выборке сложно утверждать, что потеря зубов на нижней челюсти была свойственна всем предкам G. guentheri - может быть, ученые имели дело с мутантными особями, которые умерли, не оставив потомства?

Кроме того, ученые так и не расшифровали молекулярный механизм, благодаря действию которого данные амфибии остались без зубов. Что это могло быть? Результат мутации, в результате которой предки G. guentheri утратили какие-то гены, отвечающие за развитие данных зубов? Однако, согласно результатам исследования, которые содержит статья, опубликованная в журнале Evolution, у всех лягушек в принципе имеются гены, необходимые для выращивания зубов как наверху, так и внизу. То есть ген, отвечающий за этот признак, никуда не исчезал.

Получается, что речь идет лишь о некоторой мутации, которая изменила работу гена, не уничтожив его полностью. В результате на верхней челюсти зубы остались, а на нижней исчезли. После, судя по всему, произошла так называемая обратная мутация (такое крайне редко, но все-таки бывает), и ген заработал по-старому. Такой механизм кажется исследователям наиболее вероятным, однако если это так, то нельзя говорить о том, что в данном случае произошло необратимое изменение. Необратимым оно было бы, если бы ген исчез полностью.

Уже давно данные исследований генетиков говорят о принципиальной обратимости наследственных изменений (во всяком случае, точечных мутаций), хотя обратные мутации и идут обычно со значительно меньшей частотой, чем обычные. Соответственно, возможно обращение и эволюции отдельных биохимических признаков, хотя это ни в коей мере не может рассматриваться как обращение эволюционного процесса в целом. И хотя ученые подчеркивают, что вероятность таких обращений статистически ничтожна, они не исключают того, что иногда они могут происходить.

Что касается самого закона Долло, то, конечно же, следует иметь в виду, что его классическая формулировка относится к концу XIX века, когда о генах и их роли в эволюции еще не было известно. Поэтому сейчас данное правило следует понимать немножко по-другому — скорее, как "утраченные в ходе эволюции гены не могут появиться вновь у потомков". Поэтому нельзя говорить о том, что исследования Винса и его коллег опровергли этот закон (гены-то утрачены не были). Хотя сама по себе работа весьма интересна, поскольку об обратных мутациях до сих пор известно достаточно мало.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"