Последняя альтернатива
Уже в 1924 году российский генетик Юрий Филипченко в своем обзоре «Эволюционная идея в биологии» заметил, что после щедрого урожая эволюционных концепций во второй половине XIX века в новом столетии их поток явно начал пересыхать. В самом деле, после 1920-х годов была выдвинута только одна эволюционная концепция, не являющаяся интерпретацией дарвинизма. Речь идет о теории «нейтральной эволюции», предложенной в 1968 году японским генетиком Мотоо Кимурой и независимо от него годом позже — американцами Джеком Кингом и Томасом Джуксом.
Все началось с того, что в аминокислотных последовательностях природных белков обнаружились многочисленные разночтения, не оказывавшие заметного влияния на функциональные свойства. Кимура предположил, что мутации, вызывающие такие замены, нейтральны (не повышают и не снижают жизнеспособность их носителей), а их закрепление в генотипе — результат не отбора, а чистого случая. Позиции нейтрализма укрепились еще сильнее, когда выяснилось, что самыми распространенными отличиями между генными текстами разных видов являются так называемые «синонимические замены» (замены нуклеотидов, не меняющие «смысла» кодона, — поскольку каждая аминокислота кодируется в среднем тремя разными кодонами), а также замены в некодирующих участках ДНК. Оба этих типа мутаций вообще не имеют фенотипического выражения и потому не могут контролироваться отбором.
Однако «альтернативой» дарвинизму нейтрализм может считаться лишь условно: решение всех содержательных проблем эволюции — приспособленности, разнообразия, причин прогрессивной эволюции, коэволюции разных видов и т. д. — он оставляет естественному отбору. Более того — концепцию Кимуры можно считать плодотворным приложением к молекулярной биологии одной из интересных второстепенных идей Дарвина: нейтральные признаки особенно ценны для классификации, так как их независимое возникновение маловероятно. В самом деле, если те или иные замены нейтральны, то вероятность их фиксации в геноме не зависит от направления и темпов эволюции вида, а зависит только от времени. Тогда такие замены можно использовать как «молекулярные часы», определяя по их числу время независимой эволюции любых сравниваемых видов. Таким образом, при всей скудости теоретического содержания нейтрализм оказался весьма плодотворным в качестве исследовательской программы, по сей день приносящей важные и нетривиальные результаты. Чем, видимо, и объясняется неожиданно значительное место этой концепции в науке ХХ века.
Стремительно и предсказуемо
В 2006 году профессор Гарвардского университета Джонатан Лоссос и его сотрудники экспериментально исследовали эволюционную стратегию ящериц-анолисов. Выбранный объектом эксперимента вид Anoiis sagrei обитает на земле, но легко переходит к лазанию по деревьям. Группа Лоссоса выпустила на шести маленьких островках Багамского архипелага, где жили эти рептилии, хищных ящериц Leiocephaius carinatus, охотящихся на анолисов. Шесть других островков, на которых у анолисов не было наземных врагов, служили контролем.
Через полгода численность анолисов на островах с хищниками упала вдвое, а у выживших длина лап заметно увеличилась по сравнению с исходной. Еще через полгода анолисы на этих островах встречались только на деревьях, а лапы у них были в среднем короче, чем до начала эксперимента. Именно такой двухфазный эволюционный ответ (первоначальное удлинение лап с последующим их укорочением при переходе к древесному образу жизни) предсказывали предварительные расчеты на моделях. При этом пропорции анолисов, живших на островах, где хищников не было, не претерпели никаких изменений.
В этом красивом эксперименте самое интересное — даже не невероятная скорость эволюции, а то, что ученые заранее предсказали столь нетривиальную последовательность изменений. Таким образом, теория Дарвина, рассматривающая эволюцию как процесс случайный и статистический, тем не менее обладает прогностической способностью.
Параллельные вьюрки
В составе архипелага Тристан-да-Кунья в южной Атлантике есть два небольших острова — Неприступный и Соловей.
На обоих живут два вида вьюрков, специализированные на питании разными кормами и хорошо различающиеся по размерам клюва. Зоологи были уверены, что каждая из этих форм представляет собой единый вид, распространенный на обоих островах. Однако в 2007 году южноафриканские биологи, детально изучив генетические особенности этих птиц, обнаружили, что большеклювые и тонкоклювые вьюрки с одного острова гораздо ближе друг к другу, чем к предполагавшимся соплеменникам с другого острова. Видимо, острова были заселены единым предковым видом, который на каждом из них независимо разделился на две формы — каждая из которых удивительно похожа на свой аналог с другого острова. Помимо всего прочего, этот результат подтверждает один из тезисов «эпигенетической теории эволюции» (см. статью «Эволюционная ситуация»): приспособление к сходной экологической нише приводит к образованию сходных форм.