У некоторых рыб развились ноги, и они вышли на сушу. Верно?
Эволюция объясняет, как появились все живые существа, включая нас. Было бы легко предположить, что эволюция работает, постоянно добавляя свойства организмам, постоянно увеличивая их сложность.
У некоторых рыб развились ноги, и они вышли на сушу. Некоторые динозавры развили крылья и начали летать. У других развились матки, и они начали рождать живых детенышей.
Тем не менее, это одно из самых распространенных и разочаровывающих заблуждений об эволюции. Многие успешные ветви древа жизни остались простыми, например, бактерии, или уменьшили свою сложность, например, паразиты. И у них все очень хорошо.
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology and Evolution, мы сравнили полные геномы более 100 организмов (в основном животных), чтобы изучить, как царство животных эволюционировало на генетическом уровне. Наши результаты показывают, что происхождение основных групп животных, таких как группа, включающая людей, связано не с добавлением новых генов, а с массовыми потерями генов.
Биолог-эволюционист Стивен Джей Гулд был одним из самых ярых противников «марша прогресса», идеи о том, что эволюция всегда приводит к увеличению сложности. В своей книге «Полный дом» (1996) Гулд использует модель походки пьяного. Пьяница выходит из бара на вокзале и неуклюже ходит взад и вперед по платформе, качаясь между баром и железнодорожными путями. Если у пьяницы будет достаточно времени, он упадет на рельсы и застрянет там.
Платформа представляет собой шкалу сложности, паб - самая низкая сложность, а треки - максимальная. Жизнь возникла, выйдя из паба, с минимально возможной сложностью. Иногда он случайным образом натыкается на дорожки (развиваясь таким образом, что сложность увеличивается), а иногда - на паб (уменьшая сложность).
Ни один вариант не лучше другого. Оставаться простым или уменьшать сложность может быть лучше для выживания, чем развиваться с увеличением сложности, в зависимости от окружающей среды.
Но в некоторых случаях у групп животных развиваются сложные черты, присущие тому, как работает их тело, и они больше не могут терять эти гены, чтобы стать проще - они застревают на железнодорожных путях. (В этой метафоре нет никаких поездов, о которых стоит беспокоиться.) Например, многоклеточные организмы редко возвращаются обратно, чтобы стать одноклеточными.
Если мы сосредоточимся только на организмах, пойманных в ловушку на железнодорожных путях, то у нас будет предвзятое восприятие жизни, эволюционирующей по прямой линии от простого к сложному, ошибочно полагая, что более старые формы жизни всегда просты, а более новые являются сложными. Но реальный путь к сложности более извилист.
Вместе с Питером Холландом из Оксфордского университета мы изучили, как генетическая сложность эволюционировала у животных. Ранее мы показали, что добавление новых генов было ключом к ранней эволюции животного мира. Затем возник вопрос, было ли это так во время более поздней эволюции животных.
Изучаем древо жизни
Большинство животных можно сгруппировать в основные эволюционные линии, ветви на древе жизни, показывающие, как современные животные произошли от ряда общих предков. Чтобы ответить на наш вопрос, мы изучили все линии животных, последовательность генома которых была общедоступна, а также многие линии не животных, чтобы сравнить их с ними.
Одна из линий животных - это вторичноротые, к которым относятся люди и другие позвоночные, а также морские звезды и морские ежи. Другой - экдизозои, включающие членистоногих (насекомых, омаров, пауков, многоножек) и других линяющих животных, таких как круглые черви. Позвоночные и насекомые считаются одними из самых сложных животных. Наконец, у нас есть одна линия, лофотрохозои, в которую входят такие животные, как моллюски (например, улитки) или кольчатые черви (дождевые черви), среди многих других.
Мы взяли этот разнообразный набор организмов и посмотрели, как они связаны на древе жизни и какие гены у них общие и не общие. Если ген присутствовал в более старой ветви дерева, а не в более молодой, мы делали вывод, что этот ген был утерян. Если ген отсутствовал в более старых ветвях, но появлялся в более молодой ветви, то мы считали его новым геном, полученным в более молодой ветви.
Диаграмма дерева жизни, показывающая изменение количества генов у разных групп животных. Направленные вниз оранжевые треугольники указывают на потерю генов. Зеленые треугольники, направленные вверх, указывают на усиление генов. Чем больше треугольник, тем больше изменение.(Джорди Папс, автор указан)
Результаты показали беспрецедентное количество утраченных и приобретенных генов, чего никогда не наблюдалось в предыдущих анализах. Две из основных линий, вторичноротые (включая людей) и экдизозои (включая насекомых), продемонстрировали наибольшее количество потерь генов. Напротив, лофотрохозои демонстрируют баланс между генными новшествами и потерями.
Наши результаты подтверждают картину, данную Стивеном Джеем Гулдом, показывая, что на генном уровне жизнь животных возникла, покинув паб и сделав большой скачок в сложности. Но после первоначального энтузиазма некоторые линии приблизились к пабу, потеряв гены, в то время как другие линии сместились в сторону, приобретя гены. Мы считаем это идеальным итогом эволюции, случайным выбором между баром и железнодорожным полотном, вызванным выпивкой. Или, как говорит интернет-мем, «иди домой, эволюция, ты пьян».
Джорди Папс, преподаватель Школы биологических наук, Бристольский университет, Бристольский университет, и Кристина Гихарро-Кларк, кандидат эволюционных наук, Университет Эссекса.
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.