Александр Гордон

Диалоги (май 2003 г.)

Регресс в эволюции многоклеточных

Участник:

Владимир Вениаминович Алёшин – кандидат биологических наук

Александр Гордон: И поэтому когда я готовился к сегодняшней программе и увидел название темы, вдруг эта простая лестница или филогенетическое древо, как мы его себе представляем, стало у меня, как под ветром, гнуться, путаться. Я уже на самом деле не понимаю: если возможен регресс в эволюции живых существ, причём сложных, многоклеточных, то что такое тогда эволюция?

Владимир Алёшин: Действительно, независимо от того, чему нас учили в школе на уроках биологии, мы могли бы задуматься над тем, чему нас учили на уроках физики. Для того чтобы возникла или поддерживалась сложная структура, мы должны затратить энергию на её консервацию. Тепловое движение молекул, космические лучи, ошибки при репликации – всё это энтропийные факторы, которые неизбежно приводят к мутациям. Они стремятся разрушить сложную структуру. И они её разрушат во всех тех случаях, когда не будет затрачена энергия на её поддержание. Это энергия – тела живых существ, погибших в ходе стабилизирующего отбора, движущего отбора. И как только угасает алтарь жертв, которые приносит вид, эта форма разрушается.

А.Г. Мы же не видим вещи в их развитии, мы видим либо установившиеся виды, либо некие формы, которые не позволяют нам судить о том, как был этот вид устроен давно. Так что, наряду с развитием, оказывается, есть ещё один движущий фактор эволюции – регресс.

В.А. Я бы не назвал регресс движущим фактором. Регресс – это результат действия энтропийных факторов, мутагенеза. Или, может быть, ещё каких-то факторов, которые мы сейчас должны заново переосмыслить, потому что мы столкнулись с бесспорными результатами регресса не только среди паразитических животных, которые были описаны раньше, которые не вызывают удивления у специалистов, но и у свободно живущих животных. Это многочисленные свидетельства очень глубокого регресса. И мы видим, что благородная идея, что эволюция обязательно ведёт к прогрессу. И она оказывается ложной. Часто это приводит к регрессу.

А.Г. Ну, тогда я не понимаю действие отбора. Ведь нас учили, что как только возникает вредная попытка регресса, вот то самое разрушение, о котором вы говорите, отбор должен сделать всё, чтобы отбраковать этот экземпляр и не дать возможности ему передать свои гены в следующее поколение. Вы же говорите об устойчивой передаче этих мутаций до такой степени, что вид просто разваливается на некое примитивное существо.

В.А. Очевидно, все случаи регрессивной эволюции не противоречат действию отбора, видимо, в некоторых случаях потеря тех или других органов не сказывается на приспособленности организма. Давайте я вам покажу картинки, чтобы было легче понять, о чём я говорю.

А.Г. С удовольствием. Вот одна уже появилась, я вижу.

В.А. Тут мы видим личинку асцидии, которая представляет собой настоящее хордовое животное. Дальше эта личинка садится на субстрат и теряет подвижный хвост, в котором хорда, мышцы…

А.Г. И превращается…

В.А. И превращается во взрослую асцидию. Таким образом, её индивидуальное развитие регрессивно. Как это развитие возникло? Каковы были предки асцидии? Можно предполагать, что они были похожи на эту личинку и в дальнейшем признаки хордовых остались только личиночными. И это путь регрессивного развития. Можно, правда, выбрать и другой сценарий. Такой, что у сидячих животных расселительные личинки оказались той основой, на которой возник тип хордовых.

Эта лепёшка – трихоплакс. Они изредка появляются в морских аквариумах и выглядят, как налёт грязи на стекле. Вот мы видим разрез её, прошу задержать эту картинку. На срезе видно лишь два слоя клеток. Этот трихоплакс выглядит, как пирожок с двумя слоями эпителиальных клеток и тоненькой начинкой отростчатых клеток. У него нет ни переднего, ни заднего конца. Тем не менее, это многоклеточное животное. Живёт он так – наползает на скопление бактерий или водорослей, в образовавшуюся щель изливает пищеварительные ферменты, ну а потом переползает на следующее место.

Когда-то трихоплакс был очень знаменит, как вероятный предок всех многоклеточных. Потому что это, на самом деле, может быть одно из наиболее просто устроенных многоклеточных животных. У него нет ни одного органа – ни рта, ни кишечника, ни органов чувств, ни мышечных, ни нервных клеток. И поэтому он казался возможным предком – так, как и некоторые другие многоклеточные животные. Вот схема строения одного из таких животных – ортонектиды. Это червячок, у которого покровы представлены однослойным эпителием. И этот мешочек заполнен гомогенным продуктом, гаметами, яйцеклетками или сперматозоидами, в зависимости от того, какой экземпляр попался. И всего лишь несколько волокон мышечных идут вдоль тела этого животного. Рождается ортонектида из гигантской клетки, плазмодия, который прорастает в ткани беспозвоночных, афиур, немертин, моллюсков и некоторых других.

Похожи на ортонектид дециемиды. Это тоже паразитические существа со сложным жизненным циклом. Слева легко рассмотреть устройство дециемиды. Это гигантская осевая клетка, несколько миллиметров длиной, с одним ядром и покрыта чехлом ресничных клеток. В цитоплазме осевой клетки лежат генеративные клетки и эмбрионы на разных стадиях развития, которые по мере созревания также покидают тело дециемиды. С одной стороны, это существо многоклеточное. С другой стороны, здесь все клетки счётные, нет никаких органов чувств и нет специализированных клеток, которых можно ожидать в многоклеточном животном, – мышечных или нервных. Когда-то дециемиды, ортонектиды, трихоплакс – все эти организмы были очень знаменитые, потому что казались предками многоклеточных животных.

Можно переформулировать нашу задачу таким образом. Как нам ориентировать ряд от простых форм, примеры которых мы видели, к сложным? Или наоборот. Оказалось, что в этом нам могут помочь макромолекулы, которые имеются у всех многоклеточных животных, а также и за пределами многоклеточных. Пример такой макромолекулы показан на рисунке. Видно, что это очень сложная структура. Каждая точка – это символ нуклеотида (это малая рибосомная РНК, её модель). Сейчас мы рассмотрим в большем увеличении кусочек этой молекулы, которая подсвечена.

На этом большом плакате в верхней части рисунка собраны самые разные существа. От бактерий до многоклеточных животных, губок и грибневиков, структура молекулы у которых соответствует первому типу. В нижней части этой простынки собраны соответствующие участки, выбранные из многоклеточных животных других типов. По сути, мы можем по этому признаку всё многообразие разделить на две группы.

А.Г. Таким образом получили инструмент, с помощью которого можно выстроить тот самый ряд, о котором вы говорите. Показать кто кому родственник.

В.А. Вот результат построения дерева с использованием молекулярных признаков. На подсвеченном фоне мы видим многоклеточных животных и только их. Но за одним исключением, на котором я остановлюсь. И это свидетельство того, что те способы, которые мы используем, дают разумные результаты.

Мы видим, что всё многообразие живых существ распалось на две группы. Одна показана чёрным, а другая цветным. Многоклеточные животные отчасти попали на чёрный фон – губки и грибневики. Монофилитическую группу вместе с билатерально-симметричными животными составляют книдарии, трихоплакс. И, таким образом, мы можем заключить, что общий предок многоклеточных животных обладал, по крайней мере, тем набором признаков, которые свойственны грибневикам.

Это схема грибневика, желетелого организма довольно сложного строения. У него в отличие от кишечнополостных имеется аборольный чувствующий орган, сложно разветвлённая гастроваскулярная система, снабжённые мускулами щупальца, гонодукты. Открытие ползающих грибневиков в конце XIX века было зоологической сенсацией, потому что их тут же записали в предки билатерально-симметричных животных. Теперь же мы видим, что они не имеют непосредственного отношения к предкам билатерально-симметричных животных. Но сложная структура, свойственная грибневикам, должна быть отнесена, по крайней мере, к общим предкам. К общему предку грибневиков и ветви, которая ведёт в другую сторону, к билатерально-симметричным животным – кнедариям, к трихоплаксу, артенектидам, дециемидам.

А.Г. То есть, получается, что грибневик от общего предка пошёл по привычному нам эволюционному пути прогресса.

В.А. Ну, или, по крайней мере, не испытывал масштабного регресса.

А.Г. Да, а та группа, которую вы описали сейчас, несмотря на то, что предок у них общий, явно регрессировала в процессе эволюции.

В.А. Да, об этом можно говорить вполне определённо.

А.Г. А у этой точки зрения есть противники или против вот этой молекулярно-генетической картины не поспоришь?

В.А. Что касается положения среди многоклеточных животных – трихоплакс, ортонектид и дециемид, то этот вопрос можно считать полностью решённым. Хотя детали топологии дерева продолжают оставаться предметом, который требуют дальнейших исследований.

В.А. Вот на этой картинке мы видим результат работы генов, которые у билатерально-симметричных животных определяют эмбриональное развитие. А именно передне-заднюю ось. И здесь эти гомеотические гены, управляющие эмбриональным развитием, определяющим передний и задний конец, работают у животного, у которого нет ни переднего, ни заднего конца, ни права, ни лева, ни головы, ни кишечника, ни рта, ни органов чувство. И, очевидно, что эти структуры существовали.