Книга: Эволюция: Неопровержимые доказательства

Эволюция без отбора

Эволюция без отбора

Позволю себе несколько отклониться от темы, поскольку чрезвычайно важно объяснить читателю, что естественный отбор – это не единственный процесс, обуславливающий эволюцию. Большинство биологов определяют эволюцию как изменение в соотношении аллелей (разных форм генов) в генофонде популяции. Например, вспомним нашего пляжного хомячка. По мере того как частота «светлых» форм гена Agouti в популяции хомячка возрастает, популяция и окрас меха развиваются и меняются. Но подобная перемена может произойти и иными путями. У каждой особи есть два экземпляра каждого гена (аллели), которые могут быть идентичными или разными. Каждый раз, когда происходит половое размножение, один из аллелей каждой пары генов передается от родителя потомству, а другой аллель приходит от другого родителя. То, какой именно из пары родительских генов передастся потомству, чистая лотерея. Например, если у вас четвертая группа крови (комбинация аллельных генов A и B) и вы произвели на свет только одного ребенка, то вероятность, что ребенок получит аллель A, составляет 50 % и аллель B – тоже 50 %. Если в семье один ребенок, то один из ваших аллелей неизбежно пропадет. В результате в каждом поколении гены родителей принимают участие в лотерее, выигрыш в которой – то, будет ли ген передан следующему поколению. Поскольку количество потомства ограничено, частота генов, представленных у потомства, не будет совпадать с частотой генов, представленных у родителей. Этот «отбор» генов в точности напоминает подбрасывание монетки – «орел или решка». Хотя при любом таком броске вероятность выпадения «орла» будет составлять 50 %, но если вы сделали лишь несколько бросков, то велика вероятность, что возникнет отклонение от ожидаемого результата (например, если подбросить монетку четыре раза, у вас вероятность того, что все четыре раза выпадет только «орел» или только «решка», будет составлять 12 %). Таким образом в маленьких популяциях частота разных аллелей со временем может меняться исключительно по воле случая. И в игру могут вступать новые мутации, и их частота будет расти или повышаться также по воле случая. В конечном итоге эта генетическая игра в «орла или решку» может даже привести к тому, что гены окажутся зафиксированы в популяции (т. е. их частота поднимется до 100 %) или, наоборот, полностью исчезнут.

Подобные случайные изменения, со временем происходящие в частоте генов, называются дрейфом генов. Это автоматический эволюционный процесс, поскольку он включает изменения, происходящие со временем в частоте аллелей, но они вызваны не естественным отбором. Одним из примеров эволюции путем генетического дрейфа могут послужить необычные частоты групп крови в религиозных американских общинах амишей[37] и данкеров[38]. Это маленькие, изолированные религиозные общины, члены которых роднятся между собой браками, т. е. здесь создаются самые подходящие условия для быстрой эволюции путем генетического дрейфа.

Случайный отбор также может произойти, когда популяция берет свое начало всего от нескольких иммигрантов, как происходит в ситуации, когда отдельные особи колонизируют острова или новую территорию. Например, практически полное отсутствие генов третьей группы крови (аллель B) у коренных американцев, возможно, отражает утрату этого гена малочисленной популяцией людей, которые колонизировали Северную Америку примерно 12 000 лет назад, прибыв из Азии.

И дрейф генов, и естественный отбор порождают генетические изменения, которые мы считаем эволюцией. Но между ними есть существенная разница. Дрейф генов – процесс случайный, в то время как отбор – противоположность случайности. Генетический дрейф может изменить частоту аллелей независимо от того, насколько они полезны для своего носителя. Естественный отбор, наоборот, всегда избавляется от вредных аллелей и повышает частоту полезных.

Будучи абсолютно случайным процессом, генетический дрейф не может порождать эволюционных адаптаций. Он никогда не смог бы создать крыло или глаз. Для этого нужен неслучайный естественный отбор. Зато генетическому дрейфу под силу повлиять на эволюцию признаков, которые для организма ни вредны, ни полезны. Дарвин, который, как всегда, оказался пророком, выдвинул эту идею в «Происхождении видов»:

По сути, генетический дрейф не только бессилен породить адаптации, но на практике способен победить естественный отбор. Эффект случайной выборки, особенно в маленьких популяциях, может оказаться столь масштабным, что повышает частоту вредоносных генов, хотя естественный отбор работает в противоположном направлении. Именно это почти наверняка и служит причиной огромной распространенности генетических заболеваний в изолированных человеческих сообществах, включая болезнь Гоше у северных шведов, болезнь Тея – Сакса у луизианских каджунов и пигментную дистрофию сетчатки у жителей острова Тристан-да-Кунья.

Поскольку некоторые изменения в строении ДНК или белков могут быть, как выразился Дарвин, «ни полезными, ни вредными» (или, как мы сейчас их называем, нейтральными), то в таких случаях, например, некоторые мутации в гене не влияют на структуру и функцию белка, который он производит, и поэтому не меняют приспособленность своего носителя. То же самое касается мутаций в неработающих псевдогенах – остатках когда-то функционировавших генов, все еще присутствующих в геноме. Любые мутации в этих генах никак не влияют на организм и потому способны эволюционировать только путем генетического дрейфа.

Таким образом многие аспекты молекулярной эволюции, такие как определенные изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, скорее окажутся отражением генетического дрейфа, чем отбора. Возможно также, что многие внешние признаки организмов могли развиться путем генетического дрейфа, особенно если они не сказываются на воспроизводстве. Разнообразие форм, которые имеют листья у разных видов деревьев, скажем различие между дубовыми и кленовыми листьями, когда-то предположительно считалось нейтральной чертой, которая развилась путем дрейфа. Однако сложно доказать, что эта черта не приносит своему носителю вообще никаких преимуществ при отборе. Даже крошечное преимущество, такое маленькое, что биологи не в состоянии заметить или измерить его в реальном времени, может с течением веков привести к важным эволюционным изменениям.

Сравнение роли генетического дрейфа и отбора в эволюции остается предметом горячих дискуссий среди биологов. Каждый раз, когда мы наблюдаем явную адаптацию, например верблюжий горб, мы отчетливо видим доказательство естественного отбора. Но черты, эволюцию которых мы не понимаем, вполне могут объясняться не генетическим дрейфом, а нашим собственным незнанием. Тем не менее нам известно, что генетический дрейф должен иметь место, потому что в любой популяции ограниченного размера в ходе репродукции всегда есть эффекты выборки. И дрейф, возможно, сыграл существенную роль в эволюции маленьких популяций, хотя мы в состоянии привести тому лишь считаные примеры.