Взламывая биологию

Появившиеся сразу после голода – то есть большую часть голодного времени они находились в утробе – имели лишний вес и были склонны к психическим заболеваниям. Что удивительно, дети, родившиеся у этих двух групп, несли те же признаки, что и их матери. Судя по всему, недостаток питания отразился на матери, на развивающемся ребенке и на клетках девочек-младенцев, которые затем стали яйцеклетками и передались следующим поколениям. Голод повлиял на все три поколения – на мать, ребенка и внуков. Через несколько лет будут доступны данные о четвертом поколении. Как долго еще голод будет влиять на эпигеном?

Эпигенетика изучает, как проявление, или экспрессия, генов регулируется факторами окружающей среды. При этом последовательность ДНК не меняется, хотя новые признаки могут передаваться следующим поколениям.

Генетика произвела революцию и навсегда изменила биологию, но добавила и путаницы: можем ли мы сбежать от наших генов или все запрограммировано заранее? Затем появилась эпигенетика и запутала все еще больше. Центральная аксиома генетики заключается в том, что сам организм никогда не изменяет наследуемый генетический материал, или ДНК, которая кодирует наши гены. Что бы вы ни унаследовали от родителей, вы передадите это своим детям. Этот факт лежит в основе наших знаний о генах и фомирует некоторые взгляды на эволюцию, популяционную генетику и биологию развития. (Конечно мутации, или ошибки в генах, случаются, но это происходит при копировании непроизвольно или в результате внешнего воздействия, меняющего химию ДНК, а не по инициативе организма.)

Исследования ДНК показывают, что первыми формами жизни были прокариоты, бактерии и археи, клетки которых довольно мелки и примитивны. Теория симбиогенеза предполагает, что более крупные и сложные клетки, протисты и многоклеточные организмы появились, когда прокариоты стали объединяться в группы.

Выбор прозорливого Менделя пал именно на побеги гороха, так как они быстро воспроизводятся и имеют ярко выраженные признаки. Генетика не всегда так проста. В некоторых случаях аллели гена кодоминантны, или неполностью доминантны. Неполная доминантность наблюдается, когда аллели дают смешение наследуемых черт, например, когда красный и белый цветки дают розовый. В случаях кодоминантности у потомства проявляются оба наследуемых признака. Цвет шерсти некоторых животных, например лошадей и кошек, определяется по этому типу наследования. Поэтому они имеют множество разных окрасов и рисунков.

Работа австрийского монаха Грегора Менделя, появившаяся в 1865 г., заложила основы современной генетики. Кропотливые исследования побегов гороха помогли объяснить принципы наследования.

Еще до того как Грегор Мендель (1822–1884) провел свои опыты в садах монастыря в Моравии, фермеры веками занимались селекцией растений и скота. Они брали отдельных особей с желаемыми признаками, ожидая, что их потомство унаследует эти черты. Но никто не понимал, согласно какому принципу происходит наследование, пока Мендель не пролил свет на проблему в 1865 г.: тогда он опубликовал результаты семилетних опытов с побегами гороха.

Процесс затянулся на 20 лет, вплоть до 1858 г., когда ученый получил письмо от натуралиста Альфреда Рассела Уоллеса, работавшего в Юго-Восточной Азии. Уоллес пришел к тем же выводам! В следующем году Дарвин спешно издал книгу «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» и, как он и опасался, она действительно вызвала негодование. Впрочем, споры не утихли до сих пор. Дарвин не смог в точности описать, как наследуются признаки. Но ХХ в. дал жизнь новой науке – генетике, – которая объяснила этот механизм. Теория Дарвина является одной из основ современной биологии.

ПОЛОВОЙ ОТБОР
Дарвин разработал теорию полового отбора, согласно которой животные выбирают партнеров, основываясь на определенных признаках, связанных не только с индивидуальным выживанием. Например, павлины-самцы привлекают самок эффектными, но громоздкими хвостами. Так как павлиньи самки выбирают самцов с самым изысканным оперением (яркий окрас показывает, что это здоровый и подходящий партнер), хвосты помогают павлинам воспроизводиться.

Естественный отбор
Дарвин вернулся в Англию, и оказалось, что письма, в которых он изложил свои построения и предположения, произвели впечатление на научное сообщество. Вскоре он женился на своей кузине Эмме и осел в Дауне, графство Кент. Между тем он не переставал размышлять над увиденным на Галапагосских островах и в других местах во время путешествия. Возможно ли, чтобы маленькие птички все происходили от общего предка, который добрался до островов? Являлось ли разнообразие внутри одного вида результатом непохожих условий на разных островах? Дарвин написал ученым и селекционерам, пытаясь собрать доказательства своего крепнувшего убеждения, что эволюция происходит в результате естественного отбора – так он назвал этот процесс. Каждое поколение животных производит больше молодняка, чем способно выжить. Следовательно, между особями наблюдается конкуренция. Отдельные особи внутри вида немного отличаются друг от друга: естественное многообразие означает, что некоторые из них лучше приспособены к среде и с большей вероятностью смогут дать потомство. Например, те, у кого ноги чуть длиннее, быстрее убегут от опасности. Такие представители вида, вернее всего, проживут дольше и станут размножаться, а значит, передадут свои качества дальше. С течением времени выгодный признак постепенно распространится на всю популяцию, и виды будут изменяться, или эволюционировать.

Книга Дарвина «Происхождение человека», появившаяся в 1871 г., спровоцировала споры: автор предположил, что люди и обезьяны, такие как шимпанзе, произошли от общего предка. Критики неверно истолковали его вывод: многие считали, что, по мнению Дарвина, люди произошли от современных обезьян.

Рисунок викторианской эпохи со сражающимися динозаврами иллюстрирует идею о выживании наиболее приспособленного (англ. survival of the fittest). Однако сам Дарвин не использовал такую формулировку, она появилась благодаря его стороннику Герберту Спенсеру.

За пять лет плавания (1831–1836) «Бигль» исследовал побережье Южной Америки, пересек Тихий океан, зашел в Австралазию и затем вернулся в Англию через Индийский океан. Позже Дарвин написал: «Путешествие на ”Бигле“ было, конечно, самым важным событием моей жизни, определившим всю мою последующую деятельность».

«Бигль» на ремонте на реке Санта-Крус в Аргентине. Ниже по побережью Дарвин нашел окаменелости гигантского ленивца и задумался о причинах его вымирания.

По окончании Кембриджа Дарвин услышал, что вскоре в кругосветную научную экспедицию отправится корабль «Бигль». Он подал заявку и был принят на неоплачиваемую должность натуралиста (в действительности ему даже пришлось оплатить дорогу). Корабль вышел в море в декабре 1831 г. Молодой человек страдал от морской болезни, пока шли через Атлантику, и когда «Бигль» достиг побережья Бразилии, он был рад оказаться в тропическом девственном лесу. Обогнув южную оконечность Южной Америки, «Бигль» держал курс на север и к 1835 г. достиг далеких Галапагосских островов у побережья Эквадора. Здесь, на маленьких островах, обнаружились невероятные виды животных, которые больше нигде не водились: например, морские игуаны, нелетающие бакланы, гигантские черепахи и даже пингвины, обитающие вдалеке от Антарктики. Дарвин заметил, что особи разных видов животных, например черепах, обитавшие на разных островах, отличались по таким признакам, как форма панциря. Молодой натуралист также видел птиц с клювами разной формы. Этот опыт дал ему пищу для размышлений, пока «Бигль» продолжал путь.