Ученые в поиске путей обновления теории эволюции — «наука»
Популярная наука
Недавние научные открытия привели некоторых ученых к выводу о дополнений внесения и необходимости коррективов в синтетическую теорию эволюции
Кевин Лаланд осмотрел конференц-зал, в котором собрались пара сотен людей для дискуссии будущего эволюционной биологии. Один из сотрудников подсел к нему и задал вопрос, как на его взор складываются дела в данной области.
«Мне думается, что всё идет нормально, — ответил Лаланд. — Важных споров пока не появлялось».
Кевин Лаланд — эволюционный биолог из Университета Сент-Эндрюс в Шотландии. Холодным пасмурным ноябрьским днем он приехал в Лондон для совместной организации совещания Королевского научного общества на тему «Новые тенденции в эволюционной биологии». В зале пребывало множество биологов, антропологов, врачей, ученых, трудящихся в области компьютерных наук и самопровозглашенных идеологов.
Королевское научное общество находится в величественном строении с видом на Сент-Джеймс Парк. Единственное, что Лаланд смог сейчас рассмотреть из высоко расположенных окон конференц-зала, были строительные фасадная сетка и леса для ремонтных работ. Внутри, как сохранял надежду Лаланд, сейчас также будет иметь место модернизация, но уже другого типа.
В середине 1900-х годов биологи дополнили теорию эволюции Дарвина новыми выводами из области генетики и других областей науки. Результатом этого стала так называемая «синтетическая теория эволюции», которая вот уже 50 лет задает направление эволюционной биологии. В то время ученые определили очень много фактов о том, как устроена жизнь, и смогут сейчас упорядочивать целые геномы, смотреть за тем, как включаются и выключаются гены в развивающихся эмбрионах, и как растения и животные реагируют на трансформации в окружающей среде.
В следствии, Лаланд и несколько биологов, придерживающихся одного с ним мнения, заключили , что синтетическая теория эволюции испытывает недостаток в пересмотре. Появилась необходимость придать ей новую форму видения эволюции, которое они назвали концепцией «расширенного синтеза». Другие биологи выразили несогласие, заявив о недостаточности оснований для аналогичного сдвига парадигмы.
Эта встреча в Королевском научном обществе первенствовала публичной конференцией, где Лаланд и его сотрудники взяли возможность представить собственную точку зрения в данном вопросе. Но Лаланд не был настроен только проповедовать собственные взоры единомышленникам, исходя из этого на конференцию были кроме этого приглашены скептически относящиеся к правилам расширенного синтеза выдающиеся эволюционные биологи.
Обе стороны высказывали собственные точки зрения и критические замечания в цивилизованной манере, но время от времени в зале повисало напряжение, выражавшееся цоканьем, скудными аплодисментами и закатыванием глаз.
Но до потасовок не доходило. По крайней мере, пока.
Эволюция в привычном виде
Для любой науки наступает время и время преобразований, в то время, когда дела идут своим чередом. По окончании того, как Ньютон и Галилей в 1600-х годах достали физику из плена ветхих заблуждений, она начала двигаться вперед от одного скромного достижении к второму впредь до 1900-х годов. После этого другие учёные и Эйнштейн заложили фундамент квантовой физики, представили другие новые и теорию относительности методы познания Вселенной.
Ни один из них не утверждал, что Ньютон был неправ. Но узнается, что Вселенная в действительности — это не только вещество в движении.
В эволюционной биологии были собственные революции. Первая, непременно, началась во второй половине 50-ых годов XIX века с книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов». Дарвин объединил сведения из области палеонтологии, других наук и эмбриологии, дабы продемонстрировать неспециализированное происхождение всех живых организмов.
Он кроме этого ввел понятие естественного отбора — механизма для управления этими долговременными трансформациями. Каждое поколение вида владело громадной изменчивостью. Время от времени она помогала организмам выживать и размножаться, и, благодаря наследственности, передавалась следующим поколениям.
Дарвин вдохновил биологов всей земли к изучению растений и животных с новой точки зрения, толкуя их биологию как появившиеся в прошлых поколениях адаптации. И он преуспел в этом, не обращая внимания на то, что не имел ни мельчайшего понятия о генах. Лишь в 1930-х годах биологи и генетики объединили свои силы и переформулировали эволюционную теорию.
Наследственность начала рассматриваться как передача генов много поколений. Трансформации происходили благодаря мутаций, каковые имели возможность перемешиваться для новых комбинаций. Новые виды появились, в то время, когда в популяциях появились мутации, каковые сделали межвидовое скрещивание неосуществимым.
В первой половине 40-ых годов XX века английский биолог Джулиан Хаксли обрисовал эту деятельно формирующуюся концепцию в собственной книге «Эволюция: современный синтез». Ученые до сих пор применяют это наименование. (Время от времени они именуют его нео-дарвинизмом, не смотря на то, что данный термин в действительности ошибочен. Термин «нео-дарвинизм» был введен в 1800-х годах и употреблялся биологами, продвигавшими идеи Дарвина при его жизни).
Синтетическая теория эволюции была замечательным инструментом в сфере связанных с природой вопросов. Ученые применяли его для многих открытий об истории судьбы, ответив, например, на вопрос, из-за чего кое-какие люди склонны к генетическим болезням наподобие серповидноклеточной анемии либо из-за чего пестициды непременно перестают функционировать на вредителей.
Но уже практически сразу после формирования понятия современного синтеза разные биологи начали иногда жаловаться на его чрезмерную категоричность. Но лишь в последние пара лет Лаланд и другие ученые сумели объединиться и скоординировать упрочнения для разработки правил расширенного эволюционного синтеза, что имел возможность бы придти ему на смену.
Исследователи не вычисляют синтетическую теорию эволюции ошибочным понятием — легко она не может отобразить все достаток эволюции. Организмы наследуют больше, чем легко гены — они смогут наследовать и другие клеточные молекулы, и поведение, которому они обучаются, и поменянную их предками среду обитания. Лаланд и его коллеги кроме этого оспаривают главенствующую роль естественного отбора в объяснении того, как все-таки жизнь стала таковой, какой мы на данный момент ее знаем.
На ход эволюции смогут воздействовать и другие процессы, начиная с правил, по которым развиваются виды, до внешних условий их обитания.
«Дело не в том, дабы прикручивать все больше механизмов к тому, что уже имеется, — сообщил Лаланд. — Необходимо посмотреть на причинно-следственную сообщение под другим углом».
Дополняя Дарвина
Биолог Тель-Авивского Университета Ева Яблонка в собственной речи постаралась проанализировать доказательства того, что не только гены смогут обуславливать формы наследственности.
Отечественные клетки применяют последовательность молекул, дабы распознавать, какие конкретно из генов создают белки. К примеру, на протяжении процесса называющиеся «метилирование», клетки ограничивают собственную ДНК для сохранения определенных генов закрытыми. В то время, когда клетки делятся, они смогут применять тот же принцип, осуществляя контроль, так, новую ДНК.
Определенные сигналы, приобретаемые из внешней среды, смогут вынудить клетки поменять так называемый «эпигенетический» контроль, разрешая организмам приспособиться к новым условиям.
Кое-какие изучения говорят о том, что при определенных событиях эпигенетические трансформации у родительской особи смогут передаваться потомкам. А они, со своей стороны, смогут передать данный поменянный эпигенетический код своим детям. Это один из видов наследования вне генов.
Этот принцип наследования особенно четко прослеживается у растений. В одном из изучений ученые смогли отследить поменянную схему метилирования до 31 поколения на примере растения называющиеся резуховидка Таля (Arabidopsis). Таковой вид наследования может существенно поменять функционирование организма.
На протяжении другого изучения ученые поняли, что унаследованные схемы метилирования имели возможность бы поменять время цветения Арабидопсиса и оказать влияние на размер его корней. Обусловленная этими схемами изменчивость была больше той, что вызывается простыми мутациями.
Представив доказательства, госпожа Яблонка привела аргументы того, что эпигенетические различия имели возможность бы определять зрелость организмов для производства потомства. «Естественный отбор имел возможность бы повлиять на эту совокупность», — заявила она.
Так как естественный отбор оказывает большое влияние на ход эволюции, участники конференции привели доказательства того, как его возможно сократить либо сместить в другом направлении. Биолог Венского Университета Герд Мюллер привел пример из собственного собственного изучения на ящерицах. Кое-какие виды ящериц на протяжении эволюции потеряли пальцы на задних лапах.
У одних видов было лишь четыре пальца, у других всего один, а кое-какие потеряли конечности полностью.
По словам Мюллера, синтетическая теория эволюции заставляет ученых наблюдать на эти механизмы всего лишь как на итог естественного отбора, что помогает какому-то одному варианту благодаря его преимуществам в выживании. Но данный подход не сработает, если вы зададитесь вопросом, в чем преимущество для определенного вида особей в утере как раз первого и последнего пальцев, а не каких-либо вторых.
«Ответ на данный вопрос содержится в отсутствии настоящего селективного преимущества», — сообщил Мюллер.
Соня Султан в собственной речи привела интересный пример, поведав об изучаемом ей растении семейства гречишных — горце перечном.
В рамках современного синтеза, заявила Султан, адаптация горца перечного покажется вам совершенно верно выверенным результатом естественного отбора. Если он растет в условиях недостаточного освещения, естественный отбор будет помогать растениям с поменянными показателями, разрешающими им буйно разрастаться в данной среде, методом, например, развития более широких листочков для фотосинтеза. А у тех, что растут при ярком солнечном свете, развиваются адаптации для успешного роста в иных условиях.
Как выглядят инопланетяне?
The Conversation21.08.2016Рак — продукт эволюции
BBC19.06.2016Эволюционный подход к лечению рака
Scientific American19.04.2016Тайная эволюции: для чего нам подбородок?
BBC21.02.2016Эволюция. Из-за чего глаза у нас спереди?
BBC01.01.2015
«Это говорит в пользу той точки зрения, противостоянию которой посвящено отечественное собрание», — сообщила Султан.
Если вы выращиваете генетически аналогичные ростки горца перечного в разных условиях, в конечном счете вы получите растения, находящиеся в собствености как словно бы к различным видам.
Начнем с того, что горец перечный подгоняет размер собственных листочков к количеству приобретаемого солнечного света. При ярком свете их листья становятся узкими и толстыми, а при недостаточном освещении — широкими и узкими. В сухой земле эти растения пускают корни глубоко в почву в отыскивании воды, а в прекрасно увлажненной корни становятся маленькими, волосовидными и поверхностными.
Ученые на совещании утверждали, что подобная пластичность может содействовать ходу эволюции сама по себе. Она, например, разрешает растениям распространяться в разных средах обитания, к каким естественный отбор после этого адаптирует их гены. Среди выступающих была Сьюзан Энтон, палеоантрополог из Нью-Йоркского университета, которая объявила, что пластичность может сыграть большую роль и в недооцененной до сих пор эволюции человека.
Все вследствие того что в последние полвека современный синтез значительно оказал влияние на ее изучение.
Палеоантропологи были склонны относиться к отысканным в окаменелостях изюминкам как к результату генетических различий. Это разрешило им воссоздать эволюционное древо близких и человека ему вымерших форм. Приверженцы данного подхода достигли весомых результатов, признала Энтон.
К 1980-м годам ученые узнали, что около двух миллионов лет назад отечественные ранние родственники были малого роста и владели маленьким мозгом.
После этого представители одной из линий наследования стали выше ростом и развили громадной мозг. Данный переход ознаменовал происхождение отечественного рода, Homo.
Но время от времени палеоантропологи обнаружили вариации, суть которых было тяжело осознать. Две окаменелости имели возможность казаться принадлежащими к одному виду по одним показателям, но очень сильно различаться по вторым. Ученые, в большинстве случаев, игнорируют такие вызванные окружающей средой различия. «Мы желали избавиться от всего этого и перейти к сути», — сообщила Энтон.
Но «всего этого» через чур много, дабы его возможно было проигнорировать. Ученые нашли потрясающее разнообразие человекоподобных окаменелостей, датируемых периодом между 1,5 и 2,5 миллионами лет назад. Кое-какие из особей высокие, а кое-какие нет, у некоторых громадный мозг, а у некоторых мелкий.
Все их скелеты владеют чертами вида Homo, но у каждого наблюдаются сбивающие с толку комбинированные расхождения.
Энтон уверен в том, что правила расширенного синтеза смогут оказать помощь ученым разобраться в данной запутанной истории. Она, в частности, считает, что ее коллеги должны без шуток относится к пластичности как к объяснению необычного разнообразия ранних окаменелостей человека.
В поддержку данной идеи Энтон подчернула, что живые люди владеют собственным видом пластичности. Уровень качества еды, которую дама приобретает на протяжении беременности, может оказывать влияние на здоровье и рост ребенка, и действие это может прослеживаться впредь до его совершеннолетия. Более того, размеры самой дамы, каковые частично зависят от диеты ее собственной матери, смогут сказаться на ее детях.
Биологи узнали, к примеру, что дети дам с долгими ногами, в большинстве случаев, выше сверстников.
Энтон высказала предположение, что необычные трансформации из палеонтологического архива смогут есть еще более драматическими примерами пластичности. Все эти окаменелости относятся к тому времени, в то время, когда климат Африки претерпевал сильнейшие колебания. Засухи и обильные дожди имели возможность бы поменять пищевые ресурсы в различных регионах мира, в следствии чего ранние люди стали бы развиваться в другом направлении.
Теория расширенного эволюционного синтеза может кроме этого оказать помощь разобраться с еще одной главой отечественной истории — возникновением сельского хозяйства. В Азии, Африке и обеих Америках люди одомашнили скот и зерновые культуры. Археолог из Смитсоновского Университета Мелинда Зедер выступила с докладом о проблематичности понимания того, как эта изменение имела возможность случиться.
Перед тем, как люди начали заниматься сельским хозяйством, им приходилось добывать себе пищу и охотиться на дичь. Зедер разъяснила, как многие ученые трактуют поведение собирателей в контексте современного эволюционного синтеза: как что-то превосходно отрегулированное естественным отбором чтобы получить лучшее вознаграждение за свои силы в поиске пищи.
Тяжело представить, как такие собиратели по большому счету имели возможность перейти к сельскому хозяйству. «Вы же не получите немедленное наслаждение от того, что схватите пищу и положите ее в рот», — сообщила мне Зедер.
Кое-какие ученые высказали предположение, что переход к сельскому хозяйству имел возможность случиться на протяжении смены климата, в то время, когда поиск диких растений стал существенно сложнее. Но Зедер и другие исследователи не нашли по большому счету никаких доказательств кризиса, при котором имело возможность бы появиться сельское хозяйство.
Зедер говорит, что имеется и вторая точка зрения на данный счет. Люди — не покорные зомби, пробующие выжить в постоянной среде, а творчески мыслящие личности, талантливые поменять саму среду и направить эволюцию в новом направлении.
Ученые именуют это постройкой экологической ниши — процессом, в который вовлечены многие виды. Среди хороших случаев необходимо подчеркнуть бобров. Они валят деревья и строят плотину, создавая пруд.
В этих новых условиях одним видам животных и растений будет лучше, чем вторым.
И они будут по-новому приспособиться к собственной среде. Это правильно не только для животных и растений, живущих около бобрового пруда, но и для самих бобров.
По признанию Зедер, ее первое знакомство с понятием строительства экологической ниши стало для нее откровением. «Это было похоже на мелкие взрывы в моей голове», сообщила она мне. Собранные ею и другими учеными археологические находки окажут помощь разобраться в том, как людям удалось поменять условия внешней среды.
Ранние собиратели, по всем показателям, переместили дикорастущие растения прочь от их естественных ареалов, дабы постоянно иметь их под рукой. Поливая растения и защищая их от растительноядных животных, люди помогли им приспособиться к новой среде. Сорные виды кроме этого поменяли стали и место обитания независимыми сельскохозяйственными культурами.
Кое-какие животные кроме этого приспособились к окружающей среде, став псами, другими домашними и кошками видами.
Неспешно с хаотично разбросанных клочков почвы, заселенных дикими растениями, условия внешней среды сменились на хорошо расположенные пахотные поля. Это содействовало не только эволюции растений, но и формированию культуры среди крестьян. Вместо блужданий по свету подобно кочевникам они обосновались в сёлах и взяли возможность обрабатывать почву около.
Общество стало стабильнее, поскольку дети приобретали экологическое наследство от своих своих родителей. Так началась цивилизация.
Строительство экологической ниши есть только одним из множества понятий теории расширенного эволюционного синтеза, что может оказать помощь осознать процесс одомашнивания, сообщила Зедер. На протяжении собственной речи, она слайд за слайдом представила разные прогнозы, начиная с передвижений ранних собирателей до темпов эволюции растений.
«Казалось, что это рекламный ролик о правилах расширенного эволюционного синтеза, — сообщила мне позже, смеясь, Зедер. — Но это еще не все! Вы имеете возможность взять комплект кухонных ножей!»
Возвращение естественного отбора
Среди присутствующих в зале был биолог по имени Дэвид Шакер, исследователь из университета Сент-Эндрюс. Он нормально слушал дискуссии в течении полутора дней, и сейчас решил сам забрать слово и поднял руку.
Выступавшим перед ним оратором был Денис Нобл, физиолог с копной седых волос и в светло синий пиджаке. Совершивший солидную часть собственной карьеры в Оксфорде Нобл поведал, что начинал он как классический биолог, вычислявший гены конечной обстоятельством всего сущего в организме. Но сейчас он поменял собственный вывод и начал говорить о геноме не как об базе для жизни, но как о чувствительном органе, выявляющем стресс и талантливом перестраиваться для преодоления неприятностей. «Мне потребовалось большое количество времени, дабы придти к этому умозаключению», — сообщил Нобл.
Дабы проиллюстрировать данный новый взор, Нобл поведал о разнообразии недавних опытов. Один из них был опубликован в прошедшем сезоне коллективом Университета Рединга и заключался в изучении бактерий, каковые перемещаются в окружающей среде посредством долгих вращающихся хвостов.
В первую очередь, ученые выделили из ДНК бактерий ген, важный за отращивания хвоста. После этого они поместили взятых бесхвостых особей в чашку Петри со скудным запасом пищи, которую те в недалеком будущем поглотили. Без возможности двигаться они умирали.
Менее чем за четыре дня нахождения в этих страшных условиях, бактерии опять начали плавать.
По окончании тщательного осмотра обнаружилось, что они отрастили себе новые хвосты.
«Стратегия содержится в создании стремительных эволюционных трансформаций генома в ответ на негативное внешнее действие, — пояснил аудитории Нобл. — Это самоподдерживающаяся совокупность, которая позволяет проявления определенных особенностей независимо от ДНК».
Шакеру это не показалось убедительным, и по окончании того, как стихли аплодисменты, он решил вступить с Ноблем в дискуссию.
«Не могли бы вы прокомментировать воздействие механизма, лежащего в базе этого открытия?» — задал вопрос Шакер.
Нобл начал запинаться. «Механизм в общем, я могу, да…», — сообщил он, а после этого начал говорить о сетях и лихорадочном поиске и правилах выхода из кризиса. «Вам необходимо обратиться к исходному тексту доклада», — заявил он после этого.
Тогда как Нобл приложив все возможные усилия старался ответить, Шакер посмотрел на открытый в его планшете доклад. И стал звучно зачитывать один из абзацев.
«Результаты отечественной работы демонстрируют, что естественный отбор может скоро поменять регуляторные сети, — прочел Шакер и отложил iPad. — Это так как красивый, легко превосходный пример стремительной нео-дарвиновской эволюции», — заявил он.
Шакер извлек самую сущность эмоций большого количества скептиков, с которыми мне удалось поболтать на конференции. Честолюбивая риторика о смене парадигмы была, в основном, беспочвенна, говорили они. Но в тени эти скептики не остались.
Кое-какие из них решили забрать слово лично.
«Думаю, от меня ожидают речи об эволюции юрского периода», — сообщил, поднявшись на трибуну, Дуглас Футуйма. Футуйма есть сладкоречивым биологом университета Стоуни-Брук в Нью-Йорке и автором главного книжки по эволюции. На протяжении совещания его завалили жалобами о том, что в книжках мало внимания уделено таким вещам, как эпигенетика и пластичность.
В сущности, Футуйму именно для того и пригласили, дабы пояснить сотрудникам, отчего же эти понятия были проигнорированы.
«Мы должны признать, что ключевые принципы синтетической теории эволюции сильны и обоснованы», — сказал Футуйма. Не только это, сказал он, вместе с тем и обсуждаемые в Королевском научном обществе разновидности биологии в действительности не так уж и новы. Создатели синтетической теории эволюции упоминали о них более 50 лет назад.
Для их понимания было совершено множество опиравшихся на современный эволюционный синтез изучений.
Заберём пластичность. Генетические вариации в животных либо растениях регулируют диапазон форм, в каковые может развиваться организм. Мутации в состоянии данный диапазон изменять.
А математические модели естественного отбора показывают, как он может содействовать одним видам пластичности за счет вторых.
В случае если теория расширенного эволюционного синтеза никому не нужна, как же вышло, что ей посвятили целое совещание в Королевском научном обществе? Футуйма высказал предположение, что эта заинтересованность была скорее эмоциональной, нежели научной. Ее правила сделали жизнь движущей силой, а не бездействующим орудием мутации.
«Я думаю для науки не имеет возможности являться основанием то, что мы вычисляем эмоционально либо эстетически более привлекательным», — заявил Футуйма.
И все-таки он приложил максимальное колличество усилий, дабы продемонстрировать, что изучения, о которых говорилось на совещании, смогут привести к некоторым занимательным выводам об эволюции. Но выводы эти смогут появиться только в следствии напряженной работы, которая влечет за собой появление точных данных. «На эту тему написано достаточно очерков и докладов», — сообщил он.
Кое-какие члены аудитории начали препираться с Футуймой. Вторых скептически настроенных ораторов выводили из себя доводы, каковые, как они думали, не имеют смысла. Но встречу все-таки удалось завершить на третий сутки без каких-либо потасовок.
«Это, возможно, первая из многих и многих встреч», — сообщил мне Лаланд. В сентябре консорциум ученых на западе взял финансирование в размере 11 миллионов долларов (из них 8 миллионов от Фонда Джона Темплтона) с целью проведения 22 изучений, посвященных правилам расширенного эволюционного синтеза.
Многие из этих изучений удостоверятся в надежности прогнозы, каковые появились в следствии синтетической теории эволюции за последние пара лет. Они, к примеру, определят, смогут ли виды, каковые строят собственную среду обитания — паутины, осиные гнезда и т. д., — перерасти в большее количество видов, чем те, каковые этого не делают. Они кроме этого разглядят вопрос о том, разрешает ли высокая пластичность стремительнее приспособиться в новых условиях.
«Проведение этих изучений — это то, о чем просят отечественные критики, — сообщил Лаланд. — Идите и отыщите доказательства».
Подписывайтесь на отечественный канал в Telegram!
Каждый день вечером вам будет приходить подборка самых броских и увлекательных переводов ИноСМИ за сутки.
Отыщите в контактах@inosmichannelи добавьте его к себе в контакты либо,
предварительно пройдя регистрацию, перейдите на страницу канала.
