Необходимо ли переосмысливать эволюционную теорию? Сейчас ответ на этот риторический вопрос очевиден, – да, необходимо. И срочно. Дело не только в пагубности для биологии как научной дисциплины теории Дарвина, но и вообще в научном понимании того, что мы называем «эволюция». Требуется расширение эволюционной основы, ибо традиционная эволюционистская теория пренебрегает ключевыми процессами, лежащими в процессе эволюции.

Чарльз Дарвин представлял эволюцию как продукт естественного отбора, не зная, что существуют гены. В настоящее время базовая эволюционная теория сосредоточилась почти исключительно на генетической наследственности и процессах, которые изменяют дрейф генов.

Тем более новые данные, полученные из смежных научных областей, начинают подрывать и эту узкую позицию. Альтернативное видение эволюции начинает постепенно кристаллизоваться, а процессы, при помощи которых организмы растут и развиваются, признаются в качестве причин эволюции.

Также уже очевидно, что некомпетентно говорить об эволюции как таковой. Речь, скорее всего, должна идти о расширенном эволюционном синтезе (РЭС), согласно которому важными факторами эволюции являются те, которые не могут быть просто сведены к генам, а должны быть вплетены в саму ткань эволюционной теории.

РЭС способен пролить новый свет на то, как работает эволюция. Сразу оговоримся, что речь идет о гипотезе, но гипотезе обоснованной: организмы выстроены в развитии, а не просто “запрограммированы” для разработки генами. Живые существа не эволюционируют, чтобы вписаться в уже существующие условия и классификации, но со-конструируются и со-средотачиваются со своим окружением, в процессе изменения структуры экосистем.

Многие биологи призывают к изменениям в биологической науке по мере того, как переосмысляется сама эволюция. И вряд ли кто-то усомниться, что в основе современных междисциплинарных практик – геномики, эпигенетики, экологии и даже в социальных науках – лежит именно теория Дарвина. Эволюционная биология нуждается в пересмотре, если она в полной мере хочет извлечь выгоду из этих других дисциплин. Данные, полученные экспериментальным путем, становятся сильнее с каждым днем.

Тем не менее, простое упоминание о РЭС часто вызывает эмоциональную, даже враждебную, реакцию среди эволюционных биологов. Слишком часто жизненно важные дискуссии опускаются до раздражительности, с последующими обвинениями в путанице или введениями в заблуждение. Возможно, академические круги преследует призрак разумного замысла, эволюционные биологи хотели бы показать единый фронт тех, кто враждебно относится к «науке». Некоторые из них даже опасаются, что они получат меньше средств на «исследования», меньше признания, в отличие от чужаков – таких, как физиологи или онтогенетики.

Однако еще один фактор является более важным: многие традиционные эволюционные биологи изучают процессы, которыми можно пренебречь, но они понимают их совсем по-другому. Таким образом они сохраняют свою значимость в академической среде. Такая борьба на самом деле только душит дисциплину.

Основные положения

Ядро нынешней эволюционной теории на самом деле было выковано в 1930-х-1940-х годах, после «обезьяньего дела» 1925 г. Теория объединила в себе положения о естественном отборе, некоторые (если не выборочные) концепты генетики (так называемый «генетический консенсус») и данные современной науки. Проще говоря, избирательные факты «подгонялись» под теорию. Собственно говоря, так был решен вопрос о том, как происходит эволюция. Но самое интересное, что уже в процессе этой первичной методологической кристаллизации де-факто произошло отрицание дарвинизма как теории, основанной на принципах «естественного отбора». Хотя отказ от самой парадигмы – еще впереди, хотя проблема на самом деле несколько другая – дарвинизм воспринимается не столько как парадигма, сколько религия и догма. А это уже дорога в ад. Для науки во всяком случае.

В этом отношении РЭС – это редукция, позволяющая очистить биологическую науку от академических издержек дарвинизма. Современный синтез как методологический принцип позволяет математически описать эволюционный процесс как распределение частот генетических вариантов изменяющихся популяций на протяжении определенного времени, – как, например, в случае распространения генетической устойчивости к вирусу миксомы у кроликов.

Тем более, что за прошедшие десятилетия эволюционная биология развивалась в соответствии с принципами современного синтеза. Одним из его проявлений стала так называемая «нейтральная теория», которая подчеркивает случайные события в эволюции. Однако стандартная теория эволюции (СТЭ) в значительной степени сохраняет те же предположения, что и 150 лет, настаивая на «половом отборе» и постепенном характере «эволюции».

История эволюции, предлагаемая РЭС, достаточно проста: возникает новая вариация вследствие случайной генетической мутации; наследование происходит через ДНК; и естественный отбор – это всего лишь адаптация, процесс, посредством которого организмы «подстраиваются» под окружающую среду. С этой точки зрения сложность биологического развития – изменения, которые происходят, когда организм растет и стареет – имеют второстепенный, даже незначительный, смысл.

Такой “ген-ориентированный” фокус не в состоянии охватить весь спектр процессов, которые направляют эволюцию. Недостающие части включают поиск ответов на такие вопросы: как физическое развитие влияет на генерацию изменений? (смещение развития); как окружающая среда непосредственно формирует черты организмов? (пластичность); как организмы изменяют среду обитания? (нишевое строительство); как организмы передают больше генов из поколения в поколение? (экстра-генетическое наследование). Для РЭС такие показатели являются не только исходными эволюции, но и ее причинами.

Ценное понимание причин адаптации и появления новых признаков исходит из принципов эволюционной биологии. Некоторые из ее экспериментальных данных сложно ассимилировать с РЭС. Особенно это касается наблюдения, что много изменений не являются случайными, поскольку процессы развития порождают определенные формы с большей готовностью, чем другие. Например, среди одной группы сороконожек каждая тысячная имеет нечетное количество сегментов ног, что может говорить об изменениях в опорно-двигательном аппарате.

Новое понятие – уклон развития – помогает объяснить, как организмы приспосабливаются к окружающей среде и поясняет диверсификацию множества видов. В одном и том же озере могут обитать различные обитатели одного и того же вида: одни рыбы имеют большие мясистые губы, другие – выступающие лбы, остальные – короткие, прочные нижние челюсти.

РЭС объясняет такие свойства проявлением конвергентной эволюции: аналогичные условия окружающей среды для выбора случайной генетической изменчивости с эквивалентными результатами. Это требует чрезвычайного совпадения для объяснения множества параллельных форм, которые развивались независимо друг от друга в каждом озере. Более сжато гипотеза состоит в том, что смещение развития и естественный отбор работают совместно. Вместо того, чтобы выбор быть свободным, чтобы пройти через любые физические возможности, эволюция направляется по конкретным маршрутам, открываемых процессами развития.

“Существует нечто большее, нежели наследование генов.”

Другой тип конструирования развития происходит тогда, когда люди реагируют на окружающую среду, изменяя под себя «природную» данность – явление, называемое пластичностью. Например, форма листа изменяется с почвенной водой, – прежде всего, в отношении химического состава. Пластичность рассматривается как тонкая настройка, или даже шум. Стандартная теория эволюции видит это как первый шаг адаптивной эволюции. Основной вывод здесь заключается в том, что пластичность позволяет организмам не только справиться с новыми условиями окружающей среды, но и генерировать черты, которые хорошо подходят для них, – в уже новых, приобретенных условиях обитания. Если отбор сохраняет генетические варианты, которые реагируют эффективно при изменении условий, то адаптации во многом происходят за счет накопления генетических вариаций, которые стабилизируют приобретенные черты после их первого появления. Другими словами, часто это черта, которая приходит в первую очередь; гены, которые ее цементируют, иногда приобретаются несколькими поколениями.

Исследования рыб, птиц, земноводных и насекомых позволяют предположить, что приспособления, которые были изначально связаны с окружающей средой, могут способствовать колонизации новых сред и облегчать жизнь вида. Некоторые из наиболее изученных примеров рыб одного вида, обитающих на дне и в открытой воде, приобрели различные формы тела вследствие, как представляется, репродуктивной изоляции друг от друга. Как следствие, эти опытные группы спустя уже два поколения «вступили» в стадию формирования новых видов. Число видов в линии зависит не только от того, какова случайная генетическая вариация провеивает, но и от природы различных экологических «сит». Это способствует появлению и новых родословных, и «готовности к эволюции».

В сущности, РЭС рассматривает окружающую среду в роли «фонового состояния», которое может вызвать или изменить выбор, но само по себе не является частью эволюционного процесса. Среда не делает различий между тем, как термиты приспособились к насыпям, что они строят, и, скажем, как иные организмы приспосабливаются к вулканическим извержениям. Это изначально данные различия.

Извержения вулканов являются идиосинкразическими событиями, не зависящими от активности организмов. В противоположность этому термиты строят и регулируют свои дома в повторяемой, направленной последовательности, сформированной прошлым выбором и таким образом, чтобы можно сделать, если не предсказать будущий выбор. Аналогичным образом млекопитающие, птицы и насекомые защищают, поддерживают и улучшают свои гнезда – мы имеем дело с приспособительными реакциями в гнезде, воспроизводимыми и в то же время обновляемыми снова и снова. Эта «ниша строительства», как и предопытность развития строительных практик, означает, что организмы, помимо собственной эволюцией, заняты систематическим изменением окружающей среды и тем самым смещают направления отбора.

Наследование вне генов

РЭС уже давно считаетс наследственные механизмы таковыми, которые могут передаваться вне генных изменений, но как частные случаи; человеческая культура является ярким тому примером. Традиционная эволюционная теория также признает, что сходство родителя-потомка по сравнению со своими родителями – следствие восстановления собственной среды развития, в том числе и по отношению к потомству. «Экстра-генетическое наследование» включает в себя и передачу эпигенетических (химические изменения, которые изменяют экспрессию ДНК, но не основную последовательность) качеств, которые влияют на фертильность, долговечность и устойчивость к болезням через изменчивость среды. Кроме того, экстра-генетическое наследование включает в себя социально передающиеся поведенческие практики у животных. Такое наследование также охватывает те структуры и измененные условия, которые организмы оставляют своим потомкам через производимую ими нишу строительства, – к примеру, плотину бобров. Исследования, проведенные за последнее десятилетие, установили факт такого наследования, – более того, социальные практики у всех животных на столько широко распространены, что должны быть включены в общую теорию.

Математические модели эволюционной динамики, которые включают экстра-генетическое наследование, предоставляют аналитический аппарат для прогнозирования вариаций развития. Инклюзивные модели помогают объяснить широкий спектр загадочных явлений, таких, например, как быстрое колонизации Северной Америки зябликами, адаптивный потенциал инвазивных растений с низким генетическим разнообразием, а также «уход» растений или животных в репродуктивную изоляцию и т.д.