Эмбрионы, гены и эволюция - Рудольф Рэфф

В 1959 г., в статье, посвященной столетию дарвиновского «Происхождения видов», Симпсон (G. G. Simpson) писал, что, несмотря на продолжавшееся все это время интенсивное изучение ископаемых форм и многочисленные их находки, известная нам часть палентологическои летописи дает лишь очень слабое и неадекватное представление о существовавшей в прошлом жизни. Симпсон привел результаты очень интересного «бумажного эксперимента», который он проделал, чтобы выяснить возможные последствия неполноты летописи. Эксперимент состоит в следующем: берут случайную выборку, содержащую 10% видов, относящихся к гипотетическому филогенетическому древу, которое состоит из нескольких семейств, делящихся на ряд родов, подразделяющихся в свою очередь на многочисленные виды. Виды, включенные в выборку, отображают неполноту палеонтологической летописи. Эти «найденные» виды распределяют по родам и семействам, как если бы они были настоящими ископаемыми остатками. Как и можно было ожидать для небольшой случайной выборки, большая часть попавших в нее видов никак не была связана друг с другом, так что лишь в нескольких случаях удалось построить непрерывный ряд видов, представляющих собой прямую последовательность от предков к потомкам. Средняя длина разрывов (число отсутствующих «неизвестных» видов между «найденными» видами) возрастает с повышением таксономического ранга, так что между всеми обнаруженными семействами получаются разрывы, соответствующие большому числу видов. Получилась картина, сходная с настоящей палеонтологической летописью, где разрывы между группами высших таксономических рангов наблюдаются всегда и обычно бывают велики.

Ввиду близкого соответствия характера разрывов, обнаруженных в этом эксперименте, и разрывов, действительно наблюдаемых в палеонтологической летописи, Симпсон пришел к заключению, что палеонтологическая летопись представляет собой небольшую случайную выборку из первоначально непрерывных филогенетических последовательностей. Исходя из этого постулата, Симпсон сделал ряд предсказаний.

1. Ископаемые остатки, относящиеся к крупному разрыву, должны обнаруживаться лишь в очень редких случаях. Наилучшим примером такого рода служит археоптерикс, так хорошо заполнивший разрыв между рептилиями и птицами.

2. Ряды последовательных родов должны встречаться чаще, чем ряды последовательных видов. Это объясняется тем, что в выборки попадают преимущественно представители крупных широко распространенных видов. Однако в отличие от «бумажного эксперимента», в котором вероятность попасть в выборку была одинакова для всех видов, в реальных родах частота мелких локализованных видов может оказаться выше. Но, хотя виды, образующие многочисленную популяцию, имеют больше шансов сохраниться в палеонтологической летописи, вероятность дать начало новому роду для них не выше, чем для видов с малочисленной популяцией. В таких случаях нам будут известны последовательные роды, но лишь по видам, которые сами не укладываются в прямую последовательность.

3. Некоторые крупные таксоны будут вновь обнаруживаться после долгого отсутствия. Наилучшим известным примером этого служит одна из ветвей кистеперых рыб - Coelacanthidae. Последние ископаемые целаканты относятся к меловому периоду, однако вблизи побережья Мадагаскара до сих пор процветают ныне живущие представители этой группы. Другие таинственные долгожители - это Neopilina - единственный современный представитель моллюсков класса Monoplacophora, последний раз обнаруженного в палеонтологической летописи в силурийских отложениях, и Platasterias - представитель подкласса Somasteroidea (иглокожие), последний раз найденного среди девонских ископаемых остатков. Появление этих классов после их отсутствия на протяжении 300 или 400 млн. лет свидетельствует о степени несовершенства палеонтологической летописи и, по-видимому, подтверждает справедливость точки зрения Симпсона о том, что разрывы могут быть результатом случайностей, связанных со сбором материала и его сохранностью.

В 1972 г. Элдридж и Гулд (Eldredge, Gould) высказали мнение, что нельзя относить за счет неполноты все разрывы палеонтологической летописи, потому что даже у тех видов, которые встречаются в ней в течение длительных периодов времени, обычно не наблюдается постепенных эволюционных изменений в одном направлении и они остаются, по существу, неизмененными на протяжении всей своей истории. Виды-потомки часто появляются внезапно, создавая ясно выраженную прерывистость. Эти авторы полагают: «Если новые виды возникают очень быстро как небольшие периферически изолированные локальные популяции, то в таком случае надежды обнаружить последовательные ряды незаметно переходящих друг в друга ископаемых остатков несбыточны. Новый вид развивается не в той области, где обитали его предки; он возникает не в результате медленного превращения всех своих предшественников. Многие разрывы палеонтологической летописи отражают то, что имело место в действительности». Таким образом, «большинство эволюционных изменений в морфологии происходит в течение времени, короткого по сравнению с общей продолжительностью существования видов». Если для Дарвина это было лишь одной из ряда возможных причин существования разрывов, то Элдридж и Гулд считали это главной его причиной. Процесс эволюции осуществляется не путем постепенного изменения всей видовой популяции. Сначала происходит быстрое изменение небольшой периферической популяции, отделенной от основной. Это эволюционное изменение сопровождается видообразованием. В дальнейшем в какой-то период этот новый вид может распространиться и заместить основную популяцию предкового вида по всему его ареалу. Исследователю, изучающему палеонтологическую летопись, такая последовательность событий покажется внезапным разрывом: виды-потомки возникают без всяких признаков эволюционного перехода от своих предковых видов. Это не означает, что переходных форм не существовало, что эволюция совершается скачками; это лишь значит, что переходные популяции имели низкую численность, что они существовали недолго и что их географическое распространение было ограничено небольшой областью на окраине ареала основной предковой популяции. Поэтому у них было мало шансов сохраниться в виде ископаемых остатков.

Рассуждая таким образом, Элдридж и Гулд смогли связать разрывы, столь многочисленные в палеонтологической летописи, с современными концепциями, согласно которым аллопатрическое видообразование, затрагивающее мелкие локальные популяции, представляет собой обычный способ видообразования и может происходить очень быстро. Скорости и способы видообразования будут рассмотрены в гл. 3 после более исчерпывающего рассмотрения всего спектра типов эволюционных скоростей и их механистических взаимоотношений.

Хотя модель Элдриджа и Гулда теоретически приемлема и согласуется с существованием разрывов, наличие в палеонтологической летописи разрывов или стабильных видов в промежутках между разрывами никоим образом не доказывает ее правильности. Прерывистая эволюция обладает известным сходством с детективным романом. Все интересные события скрыты от глаз, они происходят «за сценой», в ускользающих от наблюдения периферических популяциях. Необходимы реальные примеры прерывистой эволюции. Это тем более необходимо, что если даже модель Элдриджа и Гулда верна и соответствует преобладающему или даже обычному способу эволюции, то палеонтологическая летопись тем не менее остается несовершенной и последствия этого несовершенства, на которые указал Симпсон, сохраняют силу. Вероятный пример прерывистой эволюции описала Овчаренко (1969), изучавшая эволюцию двух обычных и широко распространенных видов юрских брахиопод - Kutchithyris acutiplicata и происходящего от него К. euryptycha. Стратиграфически К. euryptycha встречается выше К. acutiplicata. В одной ограниченной местности Овчаренко нашла пласт толщиной 1,0-1,5 м, в нижней части которого содержались только К. acutiplicata, а в верхней-только К. euryptycha. Однако между этими двумя частями была тонкая (толщиной 10 см) прослойка, в которой присутствовали оба вида, а также промежуточные формы. В статье, опубликованной в 1972 г., Элдридж и Гулд привели два примера из своих собственных исследований, подтверждающие их гипотезу. Эти примеры интересны не только потому, что они относятся к реальным линиям (последовательным рядам) ископаемых, интерпретируемых с точки зрения прерывистой эволюции, но также потому, что они позволяют обсудить возможные эмбриогенетические основы наблюдаемых эволюционных изменений.

Первый пример, изучавшийся Гулдом, это эволюция Poecilozonites bermudensis zonatus - наземной улитки, относящейся к последним 300 000 лет плейстоцена Бермудских островов. Ископаемый подвид превосходно сохранился, а кроме того, имеется ныне живущий подвид, с которым его можно сравнивать. Две длительно существовавшие восточная и западная популяции P. b. zonatus дали начало педоморфным ветвям. Педоморфозом называют сохранение у половозрелых животных признаков, характерных для ювенильных стадий их предковых форм. Раковины взрослой стадии ггедоморфного подвида сходны с раковинами юной стадии предкового подвида по типу окраски, общей форме спирали, толщине раковины и форме губы устья. На основе подробного изучения географических, стратиграфических и морфологических характеристик педоморфных подвидов Гулд считает, что они не относятся к одной непрерывной педоморфной линии. По его мнению, дело обстояло иначе: исходные популяции P. b. zonatus дали начало нескольким последовательным педоморфным линиям в ответ на периодически повторяющиеся изменения условий среды, приведшие к образованию почв, бедных известью, которые благоприятствовали тонким раковинам ввиду низкого содержания в них кальция. Такие линии возникали быстро, а наиболее доступным путем к тонким раковинам был педоморфоз.