Ирина Лагунина: В своих дневниках Чарльз Дарвин изобразил эволюционный процесс в виде раскидистого дерева, ветви которого расходятся далеко друг от друга в разные стороны. Могут ли современные биологи представлять развитие эволюции подобным образом? "Нет, не могут, - считает ведущий научный сотрудник Палеонтологического института, доктор биологических наук Александр Марков – потому что теперь мы знаем, что ветви у эволюционного древа очень часто переплетаются».
С Александром Марковым беседует Ольга Орлова.
Ольга Орлова: Давайте поговорим о тех догмах, которые носят обобщающий характер, о тех догмах, которые характеризуют эволюцию как таковую. Утверждение, которое бытовало со времен Дарвина, о том, что эволюция представляет собой, лучше всего описывать в виде древа, поэтому на этом дереве, если какие-то эволюционные ветви расходятся, то это уже навсегда. Со временем выяснилось, что не совсем так, не совсем древо и потому не совсем так расходятся.
Александр Марков: Да, совершенно верно. Единственный рисунок, которым Дарвин снабдил свой главный труд «О происхождении видов» – это рисунок древа, где от одного вида происходит несколько других, от этих еще. То есть это рисунок ветвящегося дерева, куста, веточки тянутся вверх, ветвятся.
Ольга Орлова: Немножко похоже на генеалогическое.
Александр Марков: Кстати, генеалогическое древо другое, потому что там два родителя, у каждого человека два родителя и поэтому как раз генеалогическое древо, оно не древообразное, оно сетевидное, то есть там переплетения, слияния возможны.
Ольга Орлова: То есть современное эволюционное древо, если можно так представить, оно ближе к генеалогическому тогда получится.
Александр Марков: В основе своей оно ближе к дарвиновскому древу. Но как выяснилось, перемычки на нем тоже есть. Особенно много внизу, в нижней части древа, где у нас прокариоты, то есть бактерии, там оказалось весьма много перемычек, образующихся за счет горизонтального обмена генами. Сейчас все хорошо знают, что бактерии сплошь и рядом обмениваются генами, причем не только родственные бактерии между собой, но и очень далекие друг от друга. То есть если возьмем кишечную палочку, способную к передаче генов, еще не все бактерии способны передавать свои гены другим, если у нее будет для этого необходимый генетический аппарат и если посадим ее, например, в общество цианобактерий, сине-зеленых водорослей, то через некоторое время мы обнаружим гены кишечной палочки в геномах цианобактерий, совершенно разные ветви эволюционного древа. А когда происходит обмен генами, то возникает перемычка на дереве, то есть получается, что организм не все свои наследственные свойства получил от прямых родителей, но и какие-то признаки пришли со стороны, совершенно непредвиденной стороны. Эта ситуация приводит к тому, что некоторые гены полезны, могут становиться буквально общим достоянием в сообществ прокариот, в сообществе бактерий. Например, у морских.
Ольга Орлова: То есть возник общий банк генов.
Александр Марков: Да, возникает нечто общего банка генов. Но это прежде всего относится к таким генам, которые просты в использовании, которые приносят пользу сами по себе. Есть гены, от которых есть прок, только если в комплексе с 20 другими генами, такими сложнее меняться, нужно все 20, чтобы система работала. А есть гены, которые полезны, даже если один ген заимствовать. Есть такие белки, которые позволяют бактериям утилизировать энергию солнечного света. Это еще не настоящий фотосинтез, настоящий фотосинтез сложнее, требует многих белков. Но есть более примитивный, менее эффективный способ использовать энергию солнечного света, переводить в такую энергию, которая может использоваться клеткой. Такие гены могут работать по одиночке. Гены этих белков находятся в свободном доступе, морские бактерии обмениваются друг с другом этими генами, невзирая ни на какие различие.
Ольга Орлова: А какие еще факторы можно было бы привести, как примеры заимствования генов, а значит и свидетельство того, что ветви эволюционного древа пересекаются?
Александр Марков: Устойчивость к антибиотикам. Сейчас появляются данные, что на самом деле болезнетворным бактериям, чтобы выработать устойчивость к антибиотикам, даже не нужно ничего особенного изобретать. Дело в том, что антибиотики - это природные вещества, которые одни микроорганизмы вырабатывают, чтобы убивать других, и они давно их вырабатывают. И в почве, например, есть микробы, которые выработали устойчивость к тому или иному антибиотику. И болезнетворные микробы могут пообщаться с этими почвенными микробами и заимствовать ген устойчивости к такому антибиотику. Время от времени такое случается. Более того, сейчас становится ясно, что горизонтальный обмен генами встречается не только у одноклеточных. Известны случаи заимствования бактериальных генов многоклеточными животными. Потому что там обычно одного гена достаточно для устойчивости. До сих пор думали, что это исключение и обычно это связывали с паразитизмом. Например, если бактерия в течение миллионов лет живет внутри клеток какого-то насекомого, то очень большая вероятность, что гены этой бактерии в конце концов попадут в геном этого насекомого. Тут ничего особенно удивительного нет. Недавно совсем, где-то несколько месяцев назад было сделано замечательное открытие, что, по крайней мере, одна группа многоклеточных животных занимается заимствованием чужих генов постоянно - это для них норма жизни. Это такая замечательная группа животных, которая называется бделлоидные коловратки. Это очень маленькие животные водные, которые есть повсюду, они абсолютно вездесущи, в каждой луже. Если вы нальете в тазик или в банку воды, поставите на подоконник, и она просто постоит у вас месяц, там заведутся бделлоидные коловратки обязательно. Они такие симпатичные, у них хвостик есть, которым прикрепляются, а спереди реснички все время мерцают, фильтрующее животные, всякую мелкую животность, бактерии в основном из воды отфильтровывают. Они так смешно передвигаются, как пиявки, поэтому так называют бделлоидные, потому что бделла – это пиявка. Как пиявки прикрепятся головой, подтянут хвостик, потом дальше ползут. Почему они такие вездесущие, потому что они умеют переносить высыхание на любой стадии жизненного цикла. Можно зачерпнуть из банки немного воды в блюдечко, посмотрите в бинокуляр, вот они там копошатся бделлоидные коловратки. Дайте воде высохнуть, вода высохнет, все, сухая. Вы не увидите, они засохли, превратились в какую-то всмятку неразборчивую. Но если вы нальете чистой воды в сухое блюдце, через несколько часов у вас снова бделлоидные коловратки, в том числе взрослые. Оживают, засохли, размокли – ожили.
Ольга Орлова: За счет чего имеют такое свойство? Они берут гены у кого-то?
Александр Марков: Способность переносить высыхание не за счет генов как таковых, а за счет прежде всего хорошей системы репарации ДНК. При высыхании ДНК рвется, хромосомы рвутся и для многих животных это смертельно. Но у бделлоидных коловратки хорошая система починки хромосом, они разорванные хромосомы могут сшить обратно из кусков. Самая удивительная особенность бделлоидных коловраток даже не то, что они способны переносить высыхание, а то, что это единственная группа животных, которая отказалась от полового размножения и отказалась очень давно. Вообще у всех других животных и других не бделлоидных коловраток есть такое явление как самцы, а у бделлоидных коловраток есть только самки, никто никогда не видел самцов. Они откладывают неоплодотворенные яйца, и из этих яиц вылупляются бделлоидные коловратки, опять только самки, самцов не рожают они. Другие коловратки тоже могут так размножаться без оплодотворения, но время от времени они откладывают яйца, из которых вылупляются самцы, а бделлоидные коловратки это никогда не делают. И самое удивительное, что когда утрата полового размножения происходит у других животных, она происходит часто, вот это часто возникает, теряется половое размножение, даже у позвоночных, у ящериц, например, то такая группа всегда очень быстро вымирает – это такой закон. Группа животных, отказавшаяся от полового размножения, долго не живет, она либо снова начинает размножаться половым путем, либо вымирает в течение каких-то десятков, сотен тысяч лет. Бделлоидные коловратки существуют без полового размножения уж десятки миллионов лет. Их порядка 300-400 видов, все эти виды возникли после утраты полового размножения. И была великая загадка, как им это удается, как им удается приспосабливаться к меняющимся условиям, вообще поддерживать свою жизнеспособность без полового размножения. Без полового размножения потомство – это точная копия родителя. Только мутации меняют что-то в геноме. Приспособляемость организма резко падает, когда у вас нет возможности перемешивать гены, пробовать разные популяции генов. То есть у бесполого организма нет такого понятия, как генофонд, популяция, у них есть только понятие клоны. Коловратка производит клоны потомков, генетические копии свои.
Ольга Орлова: Все равно удается поддерживать и много миллионов лет не вырождаться. Каким образом?
Александр Марков: Поэтому все пытались найти ответ этой загадки, как они обходятся. И только что обнаружилось, что бделлоидные коловратки, что у них в хромосомах полно генов, заимствованных бог знает у кого – у бактерий, у грибов, у растений. Собственно это исследование было проведено таким образом, что гены, заимствованные у более близких родственников, не могли быть выявлены. Просто это был целенаправленный поиск в геноме бделлоидных коловраток в генах не животного происхождения. Были выявлены гены, заимствованные у бактерий, грибов и растений. И наверняка есть куча генов, заимствованных у других животных, но это пока не выяснено.
Ольга Орлова: Следующее исследование может показать.
Александр Марков: Тут гены которые резко отличаются, которых нет ни у каких других, вот это растительный ген, это бактериальный ген, это грибной ген и вот они сидят в хромосомах у бделлоидных коловраток.
Ольга Орлова: Вот почему им самцы не нужны, мир так разнообразен и из всего мира они забираются все самое лучшее.
Александр Марков: Они научились таким образом повышать свое генетическое разнообразие и добиваться пластичности какой-то.
Ольга Орлова: Это тоже очень хороший сюжет для фантастов.
Александр Марков: Кстати, ее другая особенность способность выносить высыхание, по-видимому, непосредственно связана с другими особенностями. Потому что когда коловратка высыхает, во-первых, рвутся оболочки клеток и чужая ДНК может проникнуть внутрь клетки – это раз. И второе: хромосомы рвутся, а потом надо обратно склеивать. В процессе склейки хромосом из обрывков высока вероятность, что туда попадет чужеродный фрагмент и тоже будет вставлен в реконструированную хромосому. Вот такие уникальные звери.
Ольга Орлова: Это опять не опровержение получается эволюционного древа дарвиновского, а более детальная картина усложненная, что древо очень сложно устроено и ветви переплетаются друг с другом в какой-то момент.
Александр Марков: Совершенно верно.
