С тех пор как Дарвин сформулировал свою теорию эволюции в   «Происхождении видов путём естественного отбора», учёных не покидал вопрос: а   продолжает ли эволюционировать человек?

Человеческий эмбрион (иллюстрация tempo)    В отличие от, скажем, белого медведя, нам не нужно из поколения в   поколение накапливать слой подкожного жира, чтобы противостоять суровому   арктическому климату; мы можем одеться, мы можем развести огонь, наконец, мы   можем просто уплыть на лодке в тёплые края... Подобные рассуждения привели   многих учёных к мысли о том, что человеческая эволюция остановилась, что человек   не менялся в течение последних 40 или 50 тысяч лет, и всё, что мы называем   «культурой» или «цивилизацией», создано, образно говоря, одними и теми же   руками.

    С развитием молекулярных технологий эту точку зрения пришлось   пересмотреть. Возможность сравнения ДНК тысяч людей показала, насколько мы   отличны друг от друга на уровне генов. А это значит, что разные группы людей   развивались совершенно независимо, то есть эволюция продолжалась и после   появления на свет человека разумного.

    Доктор Пардис Сабети, генетик из Гарвардского   университета (США), описал 250 областей (групп генов) в   человеческом геноме, которые продолжали изменяться в течение последних 10 000   лет. Некоторые из них довольно очевидны — к примеру, группы генов, отвечающие за   цвет кожи. Но наш метаболизм совсем недавно тоже менялся: современный человек   способен переваривать некоторые продукты, чего не умели его далёкие предки;   произошли изменения в системе терморегуляции; возникла адаптация к жизни в   условиях пониженного содержания кислорода. Наконец, очевидней всего эволюция   человека отражается в иммунной системе: тот, у кого она оказалась в состоянии   быстро отреагировать на инфекцию, имеет больше шансов выжить и оставить   потомство.

    Но мир вокруг нас сильно отличается от условий жизни, допустим, XVI   века. Если во времена Шекспира только один ребёнок из трёх доживал до 21 года,   то сейчас 99% всех новорождённых живут, здравствуют и передают гены потомству. По-видимому, если освобождение человека из-под пресса естественного отбора и   произошло, то случилось это не ранее XX века.

    Но выживание, естественный отбор есть лишь один из инструментов   эволюции. Вероятность попадания того или иного гена в будущие поколения   определяется не только тем, выжил ли родитель, но и его плодовитостью. С другой   стороны, в современном мире многие решают вообще не заводить детей — что в   эволюционном смысле означает «смерть» особи. Однако, поступая так, человек сам   берёт на себя изрядную часть эволюционных функций, навязывая «слепой силе   эволюционной судьбы» свои волю и разум.

    Впрочем, это всего лишь цветочки по сравнению с возможностями   генно-инженерных техник, доступных уже сейчас. Доктор Джефф Стейнберг из Институтов   рождаемости (Лос-Анджелес, США), используя преимплантационную   диагностику, анализирует зародыши сразу после слияния половых клеток на предмет   выявления генетических заболеваний, пола и т. п., вплоть до цвета глаз и волос.   Такая диагностика используется при экстракорпоральном оплодотворении, и для   дальнейшей имплантации в матку и вынашивания ребёнка пары могут выбирать из   многих зародышей, образовавшихся при слиянии в пробирке их собственных половых   клеток. Оставляя за скобками религиозно-этические дискуссии, развернувшиеся   вокруг подобных манипуляций, можно сказать, что культура и технологический   аппарат человечества в скором времени позволят нам пересотворить себя, забыв про   «устаревшую» естественную эволюцию.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Эволюция традиционно понимается как перебор множества небольших изменений в организме и выбор самого подходящего к конкретным условиям среды. В любом живом существе постоянно происходят генетические мутации, которые могут приводить к переменам в работе клеток, тканей, органов и т. п. Если это случается к месту, изменение сохраняется в поколениях.

Хотя человеческий эмбрион (на фото) и превратится в будущем в уникальный организм, клеточные комплексы, образующиеся в ходе его развития, сходны с теми, что образуют эмбрионы других животных. (Фото Bettmann / Corbis)Стюарт Ньюман из Медицинского колледжа Нью-Йорка (США) предложил свою версию эволюции жизни — по крайней мере в той её части, которая касается развития самых первых многоклеточных организмов. Учёный исходил из того, что тела животных, от эмбриональной стадии до взрослого состояния, используют набор повторяющихся морфологических мотивов, повторяющихся структурных комплексов, которые можно уподобить строительным блокам. Причём эти элементы, если верить ископаемым находкам, впервые появились почти полмиллиарда лет назад. С помощью таких блоков образуются кровеносные сосуды, сегменты тела, экзоскелет или скелет обычный и т. д.

По словам профессора Ньюмана, ему в голову вдруг пришла идея, что эти клеточные блоки похожи на то, как ведут себя вязкоупругие химические субстанции при механическом воздействии. Из этого он делает вывод, что первые многоклеточные столкнулись с силами, с которыми до сих пор жизнь не имела дела, и эти силы буквально слепили из многоклеточных, как из глины, те самые базовые морфологические мотивы. Действительно, даже интуитивно понятно, что чисто механически среда действует на одну-единственную клетку совершенно иначе, чем на многоклеточный организм, пусть даже самый простой.

В будущем остались те многоклеточные, у которых гены позволяли принять ту или иную форму, не противоречившую новой физике. То есть у клеток были гены, предназначенные для внутриклеточных целей, но если они не могли найти общий язык с новой формой, многоклеточность такой клетке не светила. Иными словами, физические силы поставили фильтр, через который одни генетические комплексы прошли, а другие — нет. И здесь важно то, что таких комплексов могло быть довольно много; это объясняет морфологическое разнообразие живых организмов.

В этом случае не было постепенных микроизменений, которые шаг за шагом формировали облик организмов. Физические силы работали с уже имеющимся набором генетических признаков, разделяя их на годные и негодные к многоклеточной жизни. В дальнейшем естественный отбор шёл в направлении всё большей независимости от физики, но при этом структурные кирпичи остались. Эту теорию можно оспаривать, но в её пользу говорит тот факт, что взрыв морфологического разнообразия произошёл между 640 и 540 млн лет назад: именно тогда сформировались все структурные мотивы, и с тех пор ничего нового к ним не прибавилось.

Подробности гипотезы изложены в журнале Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Чтобы приспособиться к условиям внешней среды, обычным тлям требуется всего год.

Крылатая особь тли Myzus persicae (фото Aphidman)Принято считать, что эволюция живых организмов — это довольно длительный процесс: чтобы в геноме возникли и закрепились какие-то изменения, нужны тысячи и сотни тысяч лет. Устойчивые к антибиотикам бактерии служат, казалось бы, одним из самых наглядных опровержений такой точки зрения, но в данном случае на руку бактериям играет высочайшая скорость размножения и относительная простота генома. Но вот исследователи из Университета Калифорнии в Риверсайде (США) показали: обычным тлям хватает одного сезона, чтобы ускоренным образом проэволюционировать и приспособиться к изменившимся условиям среды.

Каждую осень у тлей появляется крылатое и раздельнополое поколение, предназначенное для расселения по новым местам и полового размножения. На следующий год эти тли производят потомство, которое в течение лета много раз размножается бесполым путём, образуя таким образом клоны самих себя. Линии клонов с разной генетикой вступают в соревнование друг с другом, и в результате остаются только те, чей набор генов позволяет наиболее успешно выживать.

Зоологи взялись выяснить, сколько времени нужно тлям, чтобы определить, кому оставаться в эволюционном выигрыше.

О приспособленности популяции к условиям среды можно судить по изменению её численности, и исследователи оценивали прирост в двух разных группах тлей: в первой все особи были точными клонами друг друга, вторую группу составляли два генетически разных клона. Обе популяции подвергались давлению окружающей среды в виде конкурентов и хищников, при этом первая служила «точкой отсчёта» — естественному отбору в ней не из чего было выбирать. Регулярно подсчитывая численность особей, учёные обнаружили следующее. В популяции, состоящей из двух клонов, их соотношение изменилось довольно быстро, за 30 дней, что соответствует 4–5 поколениям. При этом разнородная популяция увеличивалась на 42% быстрее, чем однородная, — но только в присутствии факторов отбора в виде хищников и конкурентных видов. В конечном итоге разноклоновая популяция достигала на 67% большей плотности, чем моноклоновая.

Результаты работы исследователи опубликовали в журнале Ecology Letters.

В общем, даже без человеческого влияния тлям было достаточно одного весенне-летнего периода, чтобы совершить эволюционный шаг, более адекватно приспособившись к среде. Если учесть, что поколение, которое размножается половым способом, оставляет много разных клонов, то тлям ничего не стоит из множества вариантов-клонов выбрать самый подходящий, чтобы справиться, допустим, с каким-то пестицидом. Оставшийся в живых клон произведёт потомство для полового размножения, за счёт которого осуществится ещё более тонкая настройка популяции «под человека».

Авторы подчёркивают, что необходимо учитывать высокую скорость эволюции, демонстрируемую тлями, если мы хотим как-то ослабить давление этих вредителей на сельское хозяйство.

Источник:  КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные сумели поставить эксперимент, в котором столкнули две мощные эволюционные силы — естественный отбор и эффект основателя.

Самец анолиса Anolis sagrei (фото Filigreed)Когда животные или растения расселяются по новым территориям, часть особей уходит из родной популяции и основывает собственную. Понятно, что первопроходцы не могут взять с собой всё генетическое разнообразие исходной популяции: они несут только те гены, которые есть у них. Поэтому новая маленькая популяция должна пережить обеднение генофонда: изменчивость в ней падает, и все особи стремятся к каким-то одним параметрам, заданным основателями. Этот эволюционно-генетический эффект так и называется — эффект основателя. Ему противостоит естественный отбор: чтобы выжить в новых условиях, популяция должна действовать методом проб и ошибок, то есть у неё под рукой должно быть много вариантов, из которых какой-нибудь да пригодится. То есть генетическое разнообразие должно быть большим.

Естественно, никто в явном виде этого не наблюдал. Ученые обнаруживали новые популяции каких-то видов, отличающиеся друг от друга, и начинали теоретизировать, является нынешний облик животных следствием естественного отбора или же следствием случайного эффекта основателя. Исследователи из Университета Род-Айленда (США) решили определить взаимовлияние этих факторов, основываясь на эволюционном эксперименте. Они поселили несколько пар ящериц анолисов на ряде островов Багамского архипелага, где до сих пор этих ящериц не было. Условия благоприятствовали экспериментаторам: исходная популяция жила в лесистой местности, тогда как на других островах поблизости от «экспериментального» те же ящерицы обитали на более открытых кустарниковых пространствах. У лесных ящериц более длинные задние ноги, с помощью которых они лучше пролезают сквозь тонкие ветви и листья. У кустарниковых анолисов задние ноги короче, ими удобно балансировать, путешествуя по толстым открытым стволам и камням.

Ящериц расселили в 2005-м, и уже через год учёные видели явные признаки эффекта основателя: генетическое разнообразие ящериц на каждом из семи заселённых островов резко упало, и все популяции демонстрировали заметный разброс в длине задних ног. Эффект основателя не обращает внимания на условия среды: преимущество получил тот вариант признака, который по чистой случайности оказался у первых «колонизаторов». Поэтому все популяции стали отличаться как друг от друга, так и от материнской. Следующие несколько лет прошли под знаком естественного отбора, который заставил ящериц укоротить задние конечности: животные начали приспосабливаться к условиям среды. Однако следы первоначального эффекта основателя сохранялись: те из ящериц, у которых после расселения оказались самые длинные ноги, оставались в этом смысле чемпионами и далее, хотя длина задних конечностей и уменьшалась.

Результаты исследований учёные представили в журнале Science.

Итак, уникальный в своём роде эксперимент позволил увидеть взаимовлияние двух важных эволюционных факторов. Хотя нельзя не признать, что с условиями его проведения авторам во многом просто повезло. Ну и в качестве побочного результата исследователи отмечают то, насколько хорошо прижились расселённые ящерицы: за первые два года на чужбине популяции анолисов выросли в 13 раз. Острова, использовавшиеся для эксперимента, испытали удар мощного урагана, после которого оттуда исчезли многие виды, в том числе и анолисы. Возможно, результаты исследования пригодятся в расселении в естественной среде редких и исчезающих видов, которых разводят в неволе.

Источник:  КОМПЬЛЕНТА

Инженерам давно известно, что лучше всего собирать систему из модулей. Если один из компонентов перестанет работать, достаточно его заменить, будь то видеокарта компьютера, генератор автомобиля или камера космического телескопа.

Напротив, если проблемы начнутся у монолитного комплекса (экономики, финансовых рынков), их будет очень трудно исправить.

Как ни странно, это правило действует и в природе. Биологические системы, как правило, модульны — в частности те, которые могут рассматриваться как сети: мозг, генетические регуляторные сети, метаболические пути. (Сети являются модульными, если они содержат сильно связанные друг с другом скопления узлов, которые с другими кластерами соединены очень слабо.)

Здесь возникает важный вопрос: каким образом биологические сети приобрели такое свойство? Должно быть какое-то эволюционное давление, но какое?

Тайна усугубляется преимуществами, которые даёт модульность. Это делает системы более способными к развитию в случае изменения окружающих условий. Поскольку мутации влияют обычно на один модуль, они приводят к конкретным небольшим изменениям приспособляемости системы. Эволюция с лёгкостью выбирает между «за» и «против» этих изменений.

Немодульным системам развиваться сложнее, потому что мутации в них обычно влияют на всю систему и далеко не всегда оказываются полезными, о чём свидетельствуют различные эксперименты.

Но модульность, само собой, даёт явное преимущество, когда она уже существует. Это не объясняет, как и почему она развивается.

Недостатка в гипотезах нет. Одна из точек зрения гласит, что модульность возникает в быстро меняющейся среде, в которой существуют общие подзадачи, но различные проблемы первого уровня. Однако реальных доказательств в пользу этого мнения пока не найдено.

По этим причинам появление модульности остаётся одним из наиболее важных открытых вопросов в биологии.

Ход Липсон из Корнеллского университета (США) и его коллеги предлагают ещё одно объяснение. По их словам, недооценивается такой ключевой фактор, как стоимость создания и поддержки сети. «Модульность развивается не потому, что она расширяет возможности эволюции, а в качестве побочного продукта снижения стоимости подключения к сети», — говорят исследователи.

Речь идёт о расходах на изготовление соединений и их содержание, об энергии, необходимой для передачи информации по ним и для сдерживания сигналов. Стоимость растёт с увеличением числа соединений и их длины.

«Действительно, многочисленные исследования сосудистой и нервной систем (в том числе головного мозга) показали, что суммарная длина схемы сведена к минимуму», — подчёркивают авторы гипотезы.

Очевидно, что у таких сетей есть важные преимущества.

Для проверки идеи г-н Липсон и коллеги разработали компьютерную среду для измерения способности различных сетей приспосабливаться к тем или иным обстоятельствам. Поначалу сети были случайными, и ни одна из них не показала хороших результатов. Но некоторые были чуть лучше других, и именно они чаще давали «потомство». Следующее поколение не являлось точной копией предыдущего, ибо содержало случайные изменения. Таким образом и происходит биологическая эволюция.

Компьютер измерял сети по двум критериям. Первый был очень простым: насколько хорошо система распознавала некий набор входных данных. А второй требовал принять во внимание затраты на поддержание сети.

Так вот, сети, которые демонстрировали лучшие показатели по первому критерию, через 25 тыс. поколений точно идентифицировали входящие сигналы. Но только те, что набирали больше баллов по второму критерию, были модульными. То есть модульность делает систему более гибкой (в мире ограниченных ресурсов минимум затрат — важное преимущество), но дело не в стремлении к модульности, а в необходимости свести к минимуму расходы.

Результаты исследования, опубликованные на сайте arXiv, могут иметь большое практическое значение. В последние годы так называемые эволюционные вычисления используются всё чаще — и в анализе рентгеновских снимков, и в работе с наборами данных для проектирования (например, деталей для сверхзвуковых самолётов). При этом инженеры никак не могли понять, как заставить систему стать модульной. Быть может, теперь НТР пойдёт ещё немного быстрее?..

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Генетические данные говорят о том, что черепахи произошли от общего предка птиц и крокодилов, а не от более древних групп рептилий.

Эволюционные корни черепах долгие годы занимают ученых. Согласно данным палеонтологов и морфологов, черепахи отделились уже на самых ранних этапах эволюции рептилий, от их общего предка, или же на более поздних этапах, от общего предка ящериц, змей и гаттерий. Однако авторы работы, опубликованной в журнале Biology Letters, на основании генетических данных пришли к другому,неожиданному выводу: черепахи произошли от общего предка архозавров,современными представителями которых являются птицы и крокодилы.

Изучив тысячи участков генома с малой изменчивостью у черепах и других рептилий, коллектив ученых из Бостонского университета обнаружил, что черепахи генетически ближе всего к крокодилам и птицам. Это бросает вызов предыдущим палеонтологическим и анатомическим гипотезам, которые склонны «удревнять»черепах, сближая их с общими предками рептилий. Ведь, например, у черепах, как и у котилозавров, предков основных групп рептилий, в черепе нет височных окон.

По материалам предыдущих исследований, основанных на анализе генов,кодирующих микроРНК, выходило, что черепахи произошли от предка лепидозавров,включающих в себя ящериц, змей и гаттерий. Чтобы проверить эту гипотезу, ученые проанализировали 1145 уникальных ультраконсервативных элементов ДНК и вариабельную фланкирующую ДНК по краям этих участков. Это и позволило сблизить черепах с архозаврами.

Ультраконсервативные элементы с очень низкой изменчивостью позволяют сравнивать геномы, в процессе эволюции сильно разошедшиеся между собой. Чем дальше тот или иной участок ДНК находится от центра ультраконсервативного элемента, тем быстрее он изменяется, что позволяет выстраивать разные шкалы эволюционного времени.

Ученые подчеркивают, что они впервые построили генетическое древо рептилий с высоким разрешением, на основании анализа множества локусов (участков) ДНК. Так как общие ультраконсервативные участки есть не только у разных позвоночных, но даже у насекомых и дрожжей, исследователи указывают, что этот метод генетического анализа позволит пересмотреть генетические связи и между другими группами организмов.

Источник: infox.ru