Читать онлайн «Цифровой журнал «Компьютерра» № 206». Страница 2

Так вот, предположим, что существуют три мутации — A, B и C, которые, встретившись в одном организме, обеспечат значительное возрастание его приспособленности. В бесполой популяции придётся ждать, пока в одном и том же клоне последовательно произойдут все эти три мутации. Это будет вероятно только в том случае, если эти мутации полезны и по отдельности. В популяции с половым размножением эти мутации могут возникнуть у разных особей, и это не помешает им достаточно скоро сойтись вместе. Даже если мутации A, B и C по отдельности бесполезны, присутствуя в популяции с невысокой частотой, они со временем сойдутся в одной особи.

Для дальнейших рассуждений (не столько в этой, сколько в следующей колонке) это объяснение преимуществ полового размножения надо назвать. Канадский биолог Грем Белл, автор эпиграфа к этой колонке, назвал его в честь вымышленного персонажа, викария из XVI века, который при каждой смене власти (с католиков на протестантов и обратно) успевал менять своё вероисповедание, подстраиваясь к среде.

Гипотеза викария из Брея (гипотеза Фишера — Мёллера) заключается в том, что половое размножение повышает разнообразие потомства и благодаря этому увеличивает скорость эволюции.

Система какого уровня сравнивается с викарием? Конечно, популяция, группа. Скорость выработки приспособлений в результате комбинирования мутаций характеризует популяцию, а не индивида. При изменениях условий среды в ней с большой вероятностью найдутся подходящие особи — но наверняка окажутся и неподходящие. Итак, гипотеза «викария из Брея» предусматривает групповой отбор.

Однако с некоторых пор сама возможность группового отбора стала дискуссионной. Началось с того, что Веро Винн-Эдвардс популяризировал эту идею и предопределил движение маятника в противоположную сторону. Почитайте, как возвышенно пишет об этом Мэтт Ридли, автор «Красной королевы», названной в русском переводе «Секс и эволюция человеческой природы». У меня нет под рукой опубликованной русской книги, и я воспользуюсь коллективным переводом с сайта «Нотабеноид».

«Если бы вы посетили съезд эволюционных биологов где-нибудь (Мэтт Ридли, «Красная королева»). в Америке, вам могло бы посчастливиться заметить высокого, седобородого, улыбающегося человека, имеющего поразительное сходство с Авраамом Линкольном, стоящего довольно скромно позади толпы. Он, вероятно, будет окружён группой поклонников, ловящих каждое его слово... Человек, о котором идёт речь, — Джордж Уильямс... Он не провёл никаких незабываемых экспериментов и не сделал потрясающего открытия. И всё же он — основоположник переворота в эволюционной биологии, почти столь же коренного, как дарвиновский. В 1966 году, раздражённый Винн-Эдвардсом и другими сторонниками группового отбора, он провёл летний отпуск, сочиняя книгу о том, как, на его взгляд, работала эволюция. Названная “Адаптацией и естественным отбором”, эта книга все ещё возвышается над биологией как гималайский пик. <...> В книге Уильямс раскрыл логические недостатки группового отбора с неоспоримой простотой. <...> В течение нескольких лет после книги Уильямса Винн-Эдвардс был по сути опровергнут, и почти все биологи согласились, что ни у одного существа никогда не могла эволюционировать способность помогать своему виду за счёт себя. Только когда эти два интереса совпадают, оно будет действовать самоотверженно»

В типичном случае отбор поддержит такое поведение особи, которое будет способствовать увеличению числа её потомков, а не процветанию популяции. Если это не вполне для вас убедительно, почитайте колонки об «инстинкте сохранения вида»  и о Невидимой Ноге.

А какой способ действий должен быть выгоден для индивидов? На первый взгляд — бесполое размножение. Это связано не только с сохранением уникального родительского генотипа (аргумент Дженкина обычно в подобных случаях не вспоминают), но и с двукратным выигрышем бесполых линий в плодовитости! Все потомки клонально размножающейся самки — тоже самки, которые производят новых самок, не отвлекаясь на глупости. Половина потомков самки, производящей половое поколение, — самцы...

Теперь вы поймёте какая-тобалансовый аргумент Уильямса. Он состоит в том, что у видов, практикующих и половое, и клональное воспроизводство, можно ожидать вытеснения половых линий клональными. Если оно не происходит — значит, ему мешает причина. Какая?

Помните, в позапрошлой колонке я описывал размножение дафний — планктонных пресноводных ракообразных? За лето у них сменяется множество поколений партеногенетических самок. К осени появляется половое поколение, которое производит зимующие яйца.

Этот рисунок повторяет схему из позапрошлой колонки с одним существенным изменением. Осеннее половое поколение сделано полупрозрачным, зато появилась стрелка (magenta), показывающая способность некоторых самок производить зимующие яйца партеногенетически.

Однако известны линии дафний, в которых самки могут производить покоящиеся яйца партеногенетически, без участия самцов. Некоторые из этих линий осенью по-прежнему производят ставших бесполезными самцов, некоторые обходятся без этого. Скорость размножения бессамцовых линий значительно увеличивается, но остальных дафний, периодически практикующих половое размножение, они не вытесняют. Почему — понять непросто.

Итак, гипотеза «викария из Брея» могла бы объяснить долгосрочные эволюционные преимущества полового размножения. Но чтобы понять, почему половое размножение не исчезает в краткосрочной перспективе, нужно найти ответ на балансовый аргумент Уильямса.

Было бы хорошо, если бы современная биология нашла такой ответ. Один. Но она предложила их несколько десятков, и в следующей колонке я хочу описать штук восемь из них. Дождётесь?

К оглавлению

Опубликовано 02 января 2014

Вы, возможно, заметили, что мои колонки в последнее время появляются нерегулярно. Увы, много приходится писать и другого: за осень–зиму мы с коллегами написали девять отчётов. Угадайте, какому мастеру художественного слова доверено написание значительной части текста и доведение отчётов до ума? («Кончаю! Страшно перечесть… / Стыдом и страхом замираю... / Но мне порукой ваша честь, / И смело ей себя вверяю...» — подумал он, отправляя очередной отчёт заказчику.) С одной стороны, всё корректно: за каждую полученную от государства тысячу рублей нужно отчитаться. С другой стороны, получаем-то мы их в конечном итоге от вас, но вот дойдут ли до вас наши отчёты? И подумал я: а не устроить ли короткое замыкание и не рассказать ли в колонке хотя бы об одном из наших итогов за 2013 год?

В общем, как-то так получилось, что весь 2013 год в научном плане оказался у нас связан с разрушением PAH. Что? Нет, не Российской академии наук. Я специально написал — в каком-тонаучном плане. PAH — Polycyclic Aromatic Hydrocarbons. Ну, хорошо, чтобы не было путаницы, буду называть их ПАУ — полициклические ароматические углеводороды. Эти макромолекулы сейчас весьма популярны. Они интересны, во-первых, как представители сложной межзвёздной органики, наглядно демонстрирующие возможности допланетного синтеза сложных и очень сложных химических соединений. Во-вторых, их излучение считается индикатором рождения звёзд, происходящего в некоторой области пространства. Самым прямым указанием на появление новых светил могло бы быть их собственное ультрафиолетовое (УФ) излучение: чем оно интенсивнее, тем больше в галактике или в её регионе молодых горячих звёзд. Но ультрафиолет сильно поглощается пылью в тех самых облаках межзвёздного газа, из которых рождаются звёзды, так что большей его части мы не видим. Но он, естественно, не пропадает бесследно: пыль, поглотив ультрафиолет, переизлучает его в более длинноволновых диапазонах. Крупные пылинки ретранслируют свет звёзд в дальнем инфракрасном (ИК) диапазоне, мелкие пылинки и ПАУ — в ближнем инфракрасном диапазоне (о причинах писал здесь).

Ближний ИК-диапазон предпочтителен для таких исследований, ибо чем меньше длина волны, тем выше угловое разрешение — а соответственно, тем больше деталей можно увидеть в строении областей звездообразования. Однако у ПАУ есть особенность, которая затрудняет их использование в качестве индикатора звездообразования. Крупную пылинку ультрафиолет только греет, мелкую пылинку (или очень крупную молекулу ПАУ) он способен как просто нагреть, так и развалить, после чего она, конечно, никаким индикатором уже не будет.

Чтобы подробнее разобраться со связью между образованием звёзд и разрушением макромолекул, желательно работать не с галактикой целиком, как делают многие люди, а с отдельными областями звездообразования (ОЗО), где эволюция макромолекул протекает, так сказать, в незамутнённом виде. Мы взяли в качестве опытного образца галактику Холмберг II (Ho II). Как я писал в какими-либопредыдущей колонке на эту тему, её отличает структурная простота: никакого вращения, никакого перемешивания. Есть надежда, что мы, взглянув на отдельные ОЗО в этой галактике, сможем «в чистом виде» выяснить, что происходило в них с пылью за последние несколько миллионов лет, не опасаясь, что события затёрты внешними (по отношению к ОЗО) динамическими процессами.