Королева проблем еволюційної біології кошмар Дженкина повертається

«Пол - головний виклик сучасної теорії еволюції. королева проблем еволюційної біології ».
Грем Белл, «Шедевр природи»

Минулу колонку я закінчив пропозицією задуматися, для якого рівні організації біосистем характерний відбір, яка пояснювала б становлення і підтримання статевого розмноження. Тут моєї версії відповіді ще немає, але я сподіваюся, що ця колонка допоможе вам усвідомити всю парадоксальність феномена сексу.

Почнемо з досить загальних міркувань. Чому організми передають своїм нащадкам свої гени? Сукупність генів, генотип - важлива частина системи, що управляє розвитком організмів. Це розвиток може йти по-різному. Деякі його результати будуть відповідати середовищі, деякі - ні. Природний відбір полягає в тому, що відповідні середовищі індивіди (результати розвитку) мають більше шансів вижити і залишити нащадків. Можна було б сформулювати правило, дотримання якого приводить до успіху в пристосуванні до стабільної середовищі: «Залишаючи нащадків, зроби їх схожими на себе, адже якщо ти зміг розмножитися - ти є переможцем в природному відборі»!

Але що ж ми бачимо? Переможець в природному відборі у більшості високоорганізованих видів, замість того щоб дбайливо передати нащадкам свій генотип, який забезпечив його схвалене середовищем індивідуальний розвиток, не знаходить нічого кращого, ніж порушити цілісність свого генотипу, перемішавши його фрагменти з обривками іншою версією, успішно спрацювала у іншого індивіда!

Ось з цієї-то труднощами не вдавалося впоратися Чарлзу Дарвіну. Та він і не міг з нею впоратися: адже він не був знайомий з законами Менделя.

Ці закони взяв на озброєння Климент Аркадійович Тімірязєв. Він показав, що в світлі менделевских законів намальована Дженкінсом картина буде виглядати зовсім інакше »(Резник С. Микола Вавилов. - М. Молода гвардія, 1968. - С. 59-60).

Ну і далі Семен Резник розповідає, що якщо колір маку визначається одним геном, то аллель білого кольору буде підтриманий відбором і не зникне.

По-перше, прізвище Дженкина в цьому тексті спотворена і перетворена в «Дженкінс». Цю помилку все ще повторюють в безлічі різних джерел. По-друге, що набагато вагоміше, перебрехали сам аргумент Дженкина. У початковому тексті (процитованому, крім іншого, в моїй старій статті), мова йшла не про маках, а про расову перевагу. І, що набагато істотніше, Дженкин говорив про ознаки, які однозначно не можна розглядати як залежні від одного гена!

Королева проблем еволюційної біології кошмар Дженкина повертається

Флемінг Дженкин (Henry Charles Fleeming Jenkin), 1833-1885

Звичайно, ви можете сказати, що, підмінивши самоконтроль і винахідливість людини забарвленням квітів маку, Резник і його послідовники позбавили читачів від шоку, викликаного расизмом Дженкина. Але суть в тому, що вони замінили полігенний ознака моногенним. Парадокс при цьому ніби як зник, але лише завдяки спритності рук.

Можна я знову приведу цитату (так вже вийшло, що в цій колонці їх багато)?

Так, ще треба додати, що мисливцям за «генами успіху» на самій-то справі потрібна не вся сперма іммігранта-кравця, а один-єдиний його сперматозоїд, бажаний для запліднення тієї самої яйцеклітини його дружини, з якою розвинувся його син. З інших статевих клітин цієї пари могли вийти досить різні за своїми здібностями люди. Це - аргумент Дженкина в чистому вигляді!

Тепер, я думаю, ви розумієте, наскільки непростим завданням є пояснення статевого розмноження. Перед тим як перейти до обговорення пояснюють його гіпотез, я висловлю думку, яка багатьом не сподобається.

У сучасній біології поширилися уявлення про організм як про другорядну реалізації найголовнішого - генотипу. Їх можна позначити словом «геноцентрізм». З цих позицій статеве розмноження нез'ясовно. Не треба винаходити спосіб пояснити підлогу з позицій геноцентрізма; поширення статі говорить про те, що геноцентрізм неадекватний. Онтогенез - НЕ інсталяція генетичної програми, а непередбачуваний до кінця процес самоорганізації, на який, як ми вже говорили, впливають і генотип, і епігенетична інформація (в тому числі передається завдяки невідомим ще механізмам), і середовищні впливу, і організація яйцеклітини, і просто випадковість.

Ці уявлення розвивали (незалежно один від одного) два класика генетики - Рональд Фішер і Герман Меллер. Ось, розгляньте схему з роботи Меллера, що пояснює думка, що статеве розмноження робить будь-яку мутацію в генофонді популяції потенційно доступною для нащадків будь-якого організму.

Королева проблем еволюційної біології кошмар Дженкина повертається

Ця схема ілюструє ту перевагу статевого розмноження, через якого Герман Меллер ризикнув стверджувати, що загадка сексу вирішена

Перед тим як пояснити цю схему, я повинен нагадати про один важливий обставину. Міркування, які я відтворюю, лежать цілком у геноцентріческой логіці. Корисні ознаки розглядаються тут як щось виникає само собою в результаті однієї або декількох сприятливих мутацій. Я готовий погодитися, що в деяких випадках така схема працює, але закликаю вас не забувати, що її універсальність є. гм. ну, скажімо, дискусійною.

Так ось, припустимо, що існують три мутації - A, B і C, які, зустрівшись в одному організмі, забезпечать значне зростання його пристосованості. У безстатевої популяції доведеться чекати, поки в одному і тому ж клон послідовно відбудуться всі ці три мутації. Це буде можливо лише в тому випадку, якщо ці мутації корисні і окремо. У популяції з статевим розмноженням ці мутації можуть виникнути у різних особин, і це не завадить їм досить скоро зійтися разом. Навіть якщо мутації A, B і C окремо не приносять користі, коли вони присутні в популяції з невисокою частотою, вони з часом зійдуться в одній особині.

Гіпотеза вікарія з Брея (гіпотеза Фішера - Меллера) полягає в тому, що статеве розмноження підвищує різноманітність потомства і завдяки цьому збільшує швидкість еволюції.

Система якого рівня порівнюється з вікарієм? Звичайно, популяція, група. Швидкість вироблення пристосувань в результаті комбінування мутацій характеризує популяцію, а не індивіда. При змінах умов середовища в ній з великою ймовірністю знайдуться відповідні особи - але напевно виявляться і невідповідні. Отже, гіпотеза «вікарія з Брея» передбачає груповий відбір.

"Якби ви відвідали з'їзд еволюційних біологів де-небудь в Америці, вам могло б пощастити помітити високого, сивобородого, усміхнену людину, що має разючу подібність з Авраамом Лінкольном, що стоїть досить скромно позаду натовпу. Він, ймовірно, буде оточений групою шанувальників, що ловлять кожне його слово. Людина, про яку йде мова, - Джордж Вільямс. він не провів жодних незабутніх експериментів і не зробив приголомшливого відкриття. і все ж він - основоположник перевороту в еволюційної біології, майже настільки ж корінь го, як дарвінівський. У 1966 році, роздратований Вінн-Едвардсом і іншими прихильниками групового відбору, він провів літню відпустку, пишучи книгу про те, як, на його погляд, працювала еволюція. Названа "Адаптацією і природним відбором", ця книга все ще підноситься над біологією як гімалайський пік. <.> У книзі Вільямс розкрив логічні недоліки групового відбору з незаперечною простотою. <.> Протягом декількох років після книги Вільямса Вінн-Едвардс був по суті спростують, і майже всі біологи погодилися, що ні у одного істоти ніколи не могла еволюціонувати здатність допомагати своїм виглядом за рахунок себе. Тільки коли ці два інтереси збігаються, воно буде діяти самовіддано "(Метт Рідлі,« Червона королева »).

У типовому випадку відбір підтримає таку поведінку особини, яке сприятиме збільшенню числа її нащадків, а не процвітання популяції. Якщо це не цілком для вас переконливо, почитайте колонки про "інстинкті збереження виду" і про Невидимою нозі.

А який спосіб дій повинен бути вигідний для індивідів? На перший погляд - безстатеве розмноження. Це пов'язано не тільки зі збереженням унікального батьківського генотипу (аргумент Дженкина зазвичай в подібних випадках не згадують), а й з дворазовим виграшем безстатевих ліній в плодючості! Всі нащадки клонально розмножується самки - теж самки, які виробляють нових самок, не відволікаючись на дурниці. Половина нащадків самки, що виробляє статеве покоління, - самці.

Тепер ви зрозумієте балансовий аргумент Вільямса. Він полягає в тому, що у видів, які практикують і статеве, і клональное відтворення, можна очікувати витіснення статевих ліній клональний. Якщо воно не відбувається - значить, йому заважає якась причина. Яка?

Пам'ятайте, в позаминулому колонці я описував розмноження дафнії - планктонних прісноводних ракоподібних? За літо у них змінюється безліч поколінь партеногенетических самок. До осені з'являється статеве покоління, яке виробляє зимуючі яйця.

Королева проблем еволюційної біології кошмар Дженкина повертається

Цей малюнок повторює схему з позаминулого колонки з одним істотним зміною. Осіннє статеве покоління зроблено напівпрозорим, зате з'явилася стрілка (magenta), що показує здатність деяких самок виробляти зимуючі яйця партеногенетически

Однак відомі лінії дафнії, в яких самки можуть виробляти покояться яйця партеногенетически, без участі самців. Деякі з цих ліній восени і раніше виробляють стали марними самців, деякі обходяться без цього. Швидкість розмноження бессамцових ліній значно збільшується, але інших дафній, періодично практикують статеве розмноження, вони не витісняють. Чому - зрозуміти непросто.

Отже, гіпотеза «вікарія з Брея» могла б пояснити довгострокові еволюційні переваги статевого розмноження. Але щоб зрозуміти, чому статеве розмноження жевріє в короткостроковій перспективі, потрібно знайти відповідь на балансовий аргумент Вільямса.

Було б добре, якби сучасна біологія знайшла таку відповідь. Один. Але вона запропонувала їх кілька десятків, і в наступному стовпчику я хочу описати штук вісім з них. Дочекаєтеся?

Проблема, про яку пише Павло Миколаїв, безумовна цікава, але нічого катастрофічного для еволюційної біології в ній немає. І, до речі, в наступних колонках ця тема отримала певний розвиток.