В результате секвенирования полной последовательности ДНК разных видов животных (их геномов) стало известно, что у дрозофилы и человека имеется большой набор общих генов развития; более того: у человека и мыши 29 000 идентичных генов, а человек и шимпанзе на генетическом уровне идентичны почти на 99%. Эти цифры и факты, возможно, унижают тех, кто хочет видеть человека стоящим выше всего животного мира, а не его эволюционировавшей частью. Но я бы хотел, чтобы гораздо больше людей разделяли мнение, которое выразил комик Льюис Блэк. Он сказал, что нет смысла дискутировать с теми, кто нападает на теорию эволюции, поскольку "у нас есть ископаемые. Мы выиграли". Отлично сказано, господин Блэк, хотя у нас есть нечто большее, чем просто ископаемые.
Действительно, новые факты и открытия эмбриологии и эво-дево отметают последние избитые аргументы противников эволюции об отсутствии промежуточных форм и низкой вероятности эволюции сложных структур. Теперь мы понимаем, каким образом полноценный сложный организм строится из единственной клетки. При помощи новейшего набора эффективных методов мы можем наблюдать, каким образом модификации развития приводят к возрастанию сложности и разнообразия. Открытие древнего набора генов развития однозначно доказало происхождение животных, включая человека, от примитивного общего предка. Эво-дево позволяет проследить изменения структур на длительных временных промежутках и увидеть, как плавники рыб превратились в конечности наземных позвоночных, как в результате последовательных преобразований из примитивной трубчатой ноги возникли элементы ротового аппарата, ядовитые когти, плавательные и питающие конечности, жабры и крылья и как самые разные варианты глаз были построены на основе группы светочувствительных клеток. Обилие новых данных, полученных эво-дево, позволяет воссоздать живую картину того, как создается и эволюционирует форма животных.
Парадокс набора генов развития и истоки биоразнообразия
Идея об общности набора генов, регулирующих формирование плана строения, и о сходстве нашего генома с геномами других животных постепенно распространяется среди широкой публики. При этом, однако, остается без внимания некий парадокс. Если наборы генов у разных видов так похожи, откуда берутся различия? Разрешение этого парадокса и выводы из него составляют основную тему моей книги. Парадокс генетического сходства различающихся видов разрешается с помощью двух ключевых идей, которые я изложу и к которым буду постоянно возвращаться по ходу повествования. Эти идеи имеют огромное значение для понимания того, каким образом инструкции, специфичные для каждого вида животного, записаны в ДНК, и как создается и эволюционирует форма. Эти идеи весьма скудно отражены в средствах массовой информации, но они очень важны для понимания таких важнейших эпизодов истории жизни на Земле, как взрыв биоразнообразия в кембрийском периоде, эволюция разнообразия внутри отдельных групп животных, таких как бабочки, жуки или вьюрки, а также наша с вами эволюция от общего предка с шимпанзе и гориллами.
Первая идея заключается в том, что биоразнообразие связано не только с тем, какие именно гены входят в набор генов развития, сколько, говоря словами Эрика Клэптона, "it's in the way that you use it" — с тем, как они используются. Создание формы происходит посредством включения и выключения генов в разное время и в разных местах в процессе развития организма. Различия формы являются следствием изменения времени и места использования генов, особенно тех, которые регулируют количество, форму и размер структур. Мы увидим, что гены могут использоваться множеством способов, и именно за счет этого создается невероятное разнообразие форм тела и его частей.
Вторая идея касается того, где в геноме искать непосредственных виновников, ответственных за эволюцию формы. Так вышло, что в последние сорок лет их искали совсем не там, где надо. Давно было известно, что гены построены из длинных последовательностей нуклеотидов, которые декодируются универсальным способом при производстве белковых молекул, и именно белки совершают основную работу в клетках и тканях организма. Генетический код, с помощью которого закодированы все двадцать слов белкового словаря, известен уже более пятидесяти лет, и мы легко справляемся с задачей расшифровки последовательностей нуклеотидов и их переводом в белковые последовательности. Но гораздо менее понятно, почему лишь крошечная доля нашей ДНК, всего около 1,5%, кодирует все 25 000 белков нашего организма. Зачем тогда нужна вся остальная ДНК? Около 3% ДНК (содержит примерно 100 миллионов бит) выполняют регуляторную функцию. Эта ДНК определяет, когда, где и каким образом синтезируется основная часть продуктов того или иного гена. Позже я расскажу о том, как регуляторная ДНК организована в удивительные маленькие устройства, которые интегрируют информацию о положении клеток в эмбрионе и о сроках развития. На выходе эта информация трансформируется в элементы, из которых и состоит форма животного. Регуляторная ДНК содержит инструкции для построения тела, и эволюционные изменения именно этой ДНК приводят к разнообразию формы.