Чи необхідно переосмислювати еволюційну теорію? Зараз відповідь на це риторичне запитання очевидна, - так, необхідно. І терміново.
Справа не тільки в згубності для біології як наукової дисципліни теорії Дарвіна, а й взагалі у науковому розумінні того, що ми називаємо "еволюція". Потрібне розширення еволюційної основи, бо традиційна еволюціоністська теорія нехтує ключовими процесами, що лежать у процесі еволюції.
Чарльз Дарвін представляв еволюцію як продукт природного відбору, не знаючи, що існують гени. Нині базова еволюційна теорія зосередилася майже виключно на генетичній спадковості та процесах, що змінюють дрейф генів. Тим паче нові дані, отримані із суміжних наукових галузей, починають підривати і цю вузьку позицію.
Альтернативне бачення еволюції починає поступово кристалізуватися, а процеси, за допомогою яких організми ростуть і розвиваються, визнають як причини еволюції. Також уже очевидно, що некомпетентно говорити про еволюцію як таку.
Мова, найімовірніше, має йти про розширений еволюційний синтез (РЕС), згідно з яким важливими факторами еволюції є ті, що не можуть бути просто зведені до генів, а мають бути вплетені в саму тканину еволюційної теорії. РЕЗ здатний пролити нове світло на те, як працює еволюція.
Відразу обмовимося, що йдеться про гіпотезу, але гіпотезу обґрунтовану: організми вибудувані в розвитку, а не просто "запрограмовані" на розробку генами. Живі істоти не еволюціонують, щоб вписатися в уже наявні умови і класифікації, але спів-конструюються і спів-середовища зі своїм оточенням, у процесі зміни структури екосистем.
Багато біологів закликають до змін у біологічній науці в міру того, як переосмислюється сама еволюція.
І навряд чи хтось засумнівається, що в основі сучасних міждисциплінарних практик - геноміки, епігенетики, екології та навіть у соціальних науках - лежить саме теорія Дарвіна.
Еволюційна біологія потребує перегляду, якщо вона повною мірою хоче отримати вигоду з цих інших дисциплін. Дані, отримані експериментальним шляхом, стають сильнішими з кожним днем. Проте проста згадка про РЕЗ часто викликає емоційну, навіть ворожу, реакцію серед еволюційних біологів. Занадто часто життєво важливі дискусії опускаються до дратівливості, з подальшими звинуваченнями в плутанині або введеннями в оману.
Можливо, академічні кола переслідує привид розумного задуму, еволюційні біологи хотіли б показати єдиний фронт тих, хто вороже ставиться до "науки". Деякі з них навіть побоюються, що вони отримають менше коштів на "дослідження", менше визнання, на відміну від чужинців - таких, як фізіологи чи онтогенетики. Однак ще один фактор є важливішим: багато традиційних еволюційних біологів вивчають процеси, якими можна знехтувати, але вони розуміють їх зовсім по-іншому. Таким чином вони зберігають свою значущість в академічному середовищі. Така боротьба насправді тільки душить дисципліну.
Основні положення
Ядро нинішньої еволюційної теорії насправді було викувано в 1930-х-1940-х роках, після "мавпячої справи" 1925 р. Теорія об'єднала в собі положення про природний відбір, деякі (якщо не вибіркові) концепти генетики (так званий "генетичний консенсус") і дані сучасної науки. Простіше кажучи, вибіркові факти "підганяли" під теорію.
Власне кажучи, так було вирішено питання про те, як відбувається еволюція. Але найцікавіше, що вже в процесі цієї первинної методологічної кристалізації де-факто відбулося заперечення дарвінізму як теорії, що ґрунтується на принципах "природного відбору".
Хоча відмова від самої парадигми - ще попереду, хоча проблема насправді дещо інша - дарвінізм сприймається не стільки як парадигма, скільки як релігія і догма. А це вже дорога в пекло. Для науки принаймні. У цьому відношенні РЕЗ - це редукція, що дозволяє очистити біологічну науку від академічних витрат дарвінізму.
Сучасний синтез як методологічний принцип дає змогу математично описати еволюційний процес як розподіл частот генетичних варіантів популяцій, що змінюються впродовж певного часу, - як, наприклад, у разі поширення генетичної стійкості до вірусу міксоми у кроликів.
Тим більше, що за минулі десятиліття еволюційна біологія розвивалася відповідно до принципів сучасного синтезу. Одним із його проявів стала так звана "нейтральна теорія", яка підкреслює випадкові події в еволюції. Однак стандартна теорія еволюції (СТЕ) значною мірою зберігає ті самі припущення, що й 150 років, наполягаючи на "статевому доборі" та поступовому характері "еволюції".
Історія еволюції, пропонована РЕС, досить проста: виникає нова варіація внаслідок випадкової генетичної мутації; успадкування відбувається через ДНК; і природний відбір - це всього лише адаптація, процес, за допомогою якого організми "підлаштовуються" під навколишнє середовище. З цього погляду складність біологічного розвитку - зміни, які відбуваються, коли організм росте і старіє - мають другорядний, навіть незначний, сенс. Такий "ген-орієнтований" фокус не в змозі охопити весь спектр процесів, які спрямовують еволюцію.
Частини, яких бракує, включають пошук відповідей на такі запитання: як фізичний розвиток впливає на генерацію змін? (зміщення розвитку); як навколишнє середовище безпосередньо формує риси організмів? (пластичність); як організми змінюють середовище існування? (нішеве будівництво); як організми передають більше генів із покоління в покоління? (екстра-генетичне успадкування).
Для РЕЗ такі показники є не тільки вихідними еволюції, а й її причинами. Цінне розуміння причин адаптації та появи нових ознак виходить із принципів еволюційної біології.
Деякі з її експериментальних даних складно асимілювати з РЕС. Особливо це стосується спостереження, що багато змін не є випадковими, оскільки процеси розвитку породжують певні форми з більшою готовністю, ніж інші. Наприклад, серед однієї групи сороконіжок кожна тисячна має непарну кількість сегментів ніг, що може говорити про зміни в опорно-руховому апараті.
Нове поняття - ухил розвитку - допомагає пояснити, як організми пристосовуються до довкілля і пояснює диверсифікацію безлічі видів. В одному й тому самому озері можуть мешкати різні представники одного й того самого виду: одні риби мають великі м'ясисті губи, інші - лоби, що виступають, інші - короткі, міцні нижні щелепи. РЕС пояснює такі властивості проявом конвергентної еволюції: аналогічні умови навколишнього середовища для вибору випадкової генетичної мінливості з еквівалентними результатами.
Це вимагає надзвичайного збігу для пояснення безлічі паралельних форм, які розвивалися незалежно одна від одної в кожному озері. Більш стисло гіпотеза полягає в тому, що зміщення розвитку і природний відбір працюють спільно. Замість того, щоб вибір бути вільним, щоб пройти через будь-які фізичні можливості, еволюція прямує за конкретними маршрутами, які відкриваються процесами розвитку.
"Існує щось більше, ніж успадкування генів"
Інший тип конструювання розвитку відбувається тоді, коли люди реагують на навколишнє середовище, змінюючи під себе "природну" даність - явище, що називається пластичністю. Наприклад, форма листка змінюється з ґрунтовою водою, - насамперед, щодо хімічного складу.
Пластичність розглядається як тонке налаштування, або навіть шум. Стандартна теорія еволюції бачить це як перший крок адаптивної еволюції. Основний висновок тут полягає в тому, що пластичність дає змогу організмам не тільки впоратися з новими умовами довкілля, а й генерувати риси, що добре підходять для них, - у вже нових, набутих умовах проживання.
Якщо добір зберігає генетичні варіанти, які реагують ефективно при зміні умов, то адаптації багато в чому відбуваються за рахунок накопичення генетичних варіацій, що стабілізують набуті риси після їхньої першої появи.
Іншими словами, часто це риса, яка приходить першочергово; гени, які її цементують, іноді набуваються кількома поколіннями. Дослідження риб, птахів, земноводних і комах дозволяють припустити, що пристосування, які були спочатку пов'язані з навколишнім середовищем, можуть сприяти колонізації нових середовищ і полегшувати життя виду.
Деякі з найбільш вивчених прикладів риб одного виду, що мешкають на дні та у відкритій воді, набули різних форм тіла внаслідок, як видається, репродуктивної ізоляції одна від одної. Як наслідок, ці дослідні групи вже через два покоління "вступили" в стадію формування нових видів. Число видів у лінії залежить не тільки від того, яка випадкова генетична варіація провіює, а й від природи різних екологічних "сит". Це сприяє появі і нових родоводів, і "готовності до еволюції".
По суті, РЕС розглядає навколишнє середовище в ролі "фонового стану", який може викликати або змінити вибір, але сам по собі не є частиною еволюційного процесу. Середовище не робить відмінностей між тим, як терміти пристосувалися до насипів, що вони будують, і, скажімо, як інші організми пристосовуються до вулканічних вивержень.
Це початково дані відмінності. Виверження вулканів є ідіосинкразичними подіями, що не залежать від активності організмів. На противагу цьому терміти будують і регулюють свої будинки в повторюваній, спрямованій послідовності, сформованій минулим вибором і таким чином, щоб можна було зробити, якщо не передбачити майбутній вибір.
Аналогічним чином ссавці, птахи та комахи захищають, підтримують і покращують свої гнізда - ми маємо справу з пристосувальними реакціями в гнізді, відтворюваними й водночас оновлюваними знову і знову. Ця "ніша будівництва", як і передосвідченість розвитку будівельних практик, означає, що організми, крім власної еволюції, зайняті систематичною зміною довкілля і тим самим зміщують напрямки відбору.
Спадкування поза генами
РЕС уже давно вважає спадкові механізми такими, що можуть передаватися поза генними змінами, але як окремі випадки; людська культура є яскравим тому прикладом. Традиційна еволюційна теорія також визнає, що схожість батька-нащадка порівняно зі своїми батьками - наслідок відновлення власного середовища розвитку, зокрема й щодо потомства.
"Екстра-генетичне успадкування" включає в себе і передачу епігенетичних (хімічні зміни, які змінюють експресію ДНК, але не основну послідовність) якостей, які впливають на фертильність, довговічність і стійкість до хвороб через мінливість середовища. Крім того, екстра-генетичне успадкування охоплює поведінкові практики, що соціально передаються у тварин.
Таке успадкування також охоплює ті структури і змінені умови, які організми залишають своїм нащадкам через вироблювану ними нішу будівництва, - наприклад, гніздо бобрів. Дослідження, проведені за останнє десятиліття, встановили факт такого успадкування, - ба більше, соціальні практики в усіх тварин на стільки широко поширені, але й мають бути включені в загальну теорію.
Математичні моделі еволюційної динаміки, які включають екстра-генетичне успадкування, надають аналітичний апарат для прогнозування варіацій розвитку. Інклюзивні моделі допомагають пояснити широкий спектр загадкових явищ, таких, наприклад, як швидка колонізація Північної Америки зябликами, адаптивний потенціал інвазивних рослин з низькою генетичною різноманітністю, а також "відхід" рослин або тварин у репродуктивну ізоляцію тощо.
P.S. Що цікаво: розбіжності серед біологів (а більшість з них наголошують на непорушності дарвінізму) торкаються не стільки еволюції через природний відбір, скільки окремих деталей. А саме: що ми повинні розуміти під природним відбором? що є об'єктами відбору (сучасний синтез стверджує, що це гени, в той час як інші наголошують на "біологічних об'єктах). Дискусії насправді зводиться в битви методологій, від вибору якої залежить в тому числі трактування причин еволюції.
За матеріалами Nature
