|
Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных
Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных (англ. Endless Forms Most Beautiful: The New Science of Evo Devo and the Making of the Animal Kingdom) — книга 2005 года молекулярного биолога Шона Кэрролла. Она представляет собой краткое описание новой науки — эволюционной биологии развития и роли инструментальных генов[англ.]. Книга получила множество наград за популяризацию науки. Несколько противоречивая идея книги[1] заключается в том, что эволюция у животных (хотя, несомненно, аналогичные процессы происходят и в других организмах) происходит, в основном, за счёт изменения способа, которым регуляторные гены, которые не кодируют структурные белки (например, ферменты), контролируют эмбриональное развитие. В свою очередь, эти регуляторные гены оказались высококонсервативными генами, которые Кэрролл назвал инструментарием. Практически идентичные последовательности можно найти в животном мире, а это означает, что гены инструментария, такие как Hox, должны были развиться до кембрийского взрыва, который создал большинство планов тела[англ.] животных, существующих сегодня. Эти гены используются повторно, иногда путём дупликации, но гораздо чаще они применяются без изменений к новым функциям. Таким образом, один и тот же сигнал может быть подан в разное время развития, в другой части эмбриона, оказывая различное воздействие на организм взрослой особи. По мнению Кэрролла, это объясняет, как так много типов строения создаётся с таким небольшим количеством структурных генов[англ.]. Книга получила высокую оценку критиков. Автор Шон Б. Кэрролл — профессор молекулярной биологии и генетики Висконсинского университета в Мадисоне[2]. Он изучает эволюцию цис-регуляторных элементов (частей некодирующей ДНК), которые помогают регулировать экспрессию генов в развивающихся эмбрионах, на примере эмбрионов плодовой мухи дрозофилы в качестве модельного организма[3][4]. За свою работу он получил премию Shaw Scientist Award[5] и премию Стивена Джея Гулда[6]. КнигаКонтекстНазвание книги цитирует последнее предложение книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов» 1859 года, в котором он описал эволюцию всех живых организмов от общего предка: «бесконечные формы, самые прекрасные и самые чудесные, развивались и продолжают развиваться»[7]. Дарвин не смог объяснить, каким образом происходит возникновение и развитие «бесконечных форм» разных организмов в живой природе. Современный синтез эволюции и генетики в начале XX века также в значительной степени игнорировал эмбриональное развитие для объяснения форм организмов, поскольку популяционная генетика казалась адекватным объяснением того, как они развивались. Эта задача была наконец решена в конце XX века с появлением технологии рекомбинантной ДНК, когда биологи смогли начать исследовать, как фактически контролируется развитие[чего?][8]. Объяснение эволюционного процесса и того, как эволюционирует генная система, автор книги связывает с успехами в области эмбриональной биологии, которая приблизилась к пониманию того, каким образом из яйцеклетки развивается сложный организм, состоящий из многих миллиардов клеток. Почти двести лет учёные пытались решить одну из самых волнующих загадок биологии — превращение яйцеклетки в различные формы взрослого организма. В биологии произошли важные открытия: были открыты регуляторные участки генома (гомеозисые гены), которые играют ведущую роль в изменении формы и строения сложных организмов — например, Hox-гены у животных и MADs-гены — у растений (концепция номогенеза описана Л. С. Бергом как «направленное развитие жизни на основе закономерностей»)[9]. Автор разъясняет в книге, что эволюционные процессы могут происходить также за счёт изменений, регулирующих процессы в клетке на стадии эмбриона. По мнению автора, одни и те же гены, контролирующие развитие частей тела и органов у насекомых, контролируют развитие тела животных и человека. Новое направление генной эволюции и эволюционной биологии развития получило название эво-дево (от англ. evolutionary developmental biology, сокр. evo-devo)[10]. Содержание
_(cropped).jpeg) 
ИллюстрацииКнига иллюстрирована фотографиями, например, развивающимися эмбрионами плодовой мухи, окрашенными, чтобы показать действие генов из инструментария[англ.], а также штриховыми рисунками, выполненными Джейми У. Кэрроллом, Джошем П. Клэйссом и Линн М. Олдс. Награды
Реакция.png) Биолог-эволюционист Льюис Уолперт в журнале «American Scientist[англ.]» назвал «Бесконечные формы самых прекрасных» «красивой и очень важной книгой». Он резюмировал рецензию на книгу словами: «Как поясняет теория Дарвина, многочисленные формы развились в результате небольших изменений в потомстве и естественного отбора в тех организмах, которые были лучше адаптированы к окружающей среде. Такие вариации вызваны изменениями в генах, которые контролируют поведение клеток в развивающемся эмбрионе. Таким образом, невозможно понять эволюцию без понимания её фундаментальной связи с развитием эмбриона». Уолперт отметил, что Кэрролл намеревался объяснить эво-дево и «блестяще добился того, что намеревался сделать»[13]. Биолог-эволюционист Джерри Койн в журнале «Nature» описал книгу как подходящую для заинтересованного читателя-непрофессионала и назвал её «гимном недавним достижениям в генетике развития и тому, что они могут рассказать нам об эволюционном процессе»[1]. Для него центральным моментом было «неожиданное открытие, что гены, которые контролируют строение тела всех двусторонних животных, включая червей, насекомых, лягушек и людей, в значительной степени идентичны. Это гены «гомеобокса» (Hox)»[1]. Он назвал Кэрролла лидером в этой области и «искусным коммуникатором», но признаёт, что «чувствовал себя некомфортно»[1], когда Кэрролл излагает свое личное видение данной области науки, «не признавая, что большая часть этого видения остаётся спорной»[1]. Койн указал, что идея о том, что «регуляторный ген является локусом эволюции»[1], восходит к Рою Бриттену[англ.] и его коллегам, впервые упомянувшим о ней примерно в 1970 году, но эта идея всё ещё слабо подтверждена наблюдениями или экспериментами. Он признал, что шимпанзе и люди почти на 99% идентичны на уровне ДНК, но отмечает, что «люди и шимпанзе имеют разные аминокислотные последовательности, по крайней мере, в 55% своих белков, и эта цифра возрастает до 95% для людей и мышей. Таким образом, мы не можем исключить эволюцию белковой последовательности как важную причину отсутствия усов и хвостов»[1]. Он также отметил, что почти половина генов, кодирующих белок человека, не имеет гомологов у плодовых мушек, поэтому можно возразить против тезиса Кэрролла и заявить, что «эволюция формы — это во многом вопрос обучения старых генов создания новых»[1]. В обзоре «BioScience[англ.]» отмечалось, что книга служит новыми Просто сказками, объясняющими «пятна, полосы и неровности», которые привлекли внимание Редьярда Киплинга в его рассказах для детей. В обзоре выражена похвала Кэрроллу за то, что он занялся эволюцией человека и охватил ключевые концепции того, что Чарльз Дарвин называл величием [эволюционного взгляда на] жизнь, предполагая, что «Киплинг был бы прикован»[12]. Учёный-писатель Питер Форбс в «The Guardian» назвал произведение «важной книгой», а её автора «одновременно выдающимся учёным… и одним из наших великих писателей-учёных»[14]. Журналист Дик Понтейн в журнале «PC Pro[англ.]» утверждал, что «Бесконечные формы самых прекрасных» были самой важной научно-популярной книгой со времён «Слепого часовщика» Ричарда Докинза, «и, по сути, продолжением [к ней]»[15]. Палеобиолог Дуглас Х. Эрвин[англ.], рецензируя книгу «Искусственная жизнь», отметил, что формы жизни от плодовых мух до людей имеют гораздо меньше генов, чем ожидали многие биологи — у людей их всего около 20 000. «Как могли люди, при всём нашем разнообразии типов клеток и сложности нейронов, требовать по существу такое же количество генов, как муха или, что ещё хуже, червь (нематода Caenorhabditis elegans)?»[16], — спрашивает Эрвин. Он ответил на свой собственный вопрос об «удивительном морфологическом разнообразии» животных, происходящих от «такого ограниченного числа генов», похвалив «проницательный и восторженный» стиль Кэрролла, написавшего «остроумно и увлекательно», вовлекая читателя в сложность Hox и PAX-6, а также отметив празднование кембрийского взрыва форм жизни и многое другое[16]. См. также
Примечания
Ссылки
|
||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
