О молекулярном отборе и возрасте тараканов

таракан
Зимой 1898 года американский биолог Бампус подобрал на улице после сильной бури с дождем и снегом 136 полуживых воробьев и принес их в лабораторию. Хороший уход не мог спасти всех: выжили только 72, 64 погибли. На этом можно бы и кончить печальную историю, но Бампус заинтересовался, не отличаются ли чем-либо погибшие от живых? Вооружившись циркулем и линейкой, он тщательно измерил у тех и других длину тела, крыльев, клюва, головы и прочие показатели. Результат получился довольно четкий. Погибли те воробьи, у которых признаки больше отклонялись от средних, характерных для воробья, величин. Слепая стихия оказалась не так уж слепа: она уничтожила все отклонения от видового стандарта, за тысячи лет существования вида наиболее приспособившегося к переменчивым внешним условиям. Естественный отбор сохранял признаки вида!

Но вот другой случай. В начале 19-го века изящная бабочка березовая пяденица, обитавшая в юго-восточной Англии, легко отличалась от других видов по светлым с темными пятнышками и полосками крыльям, удивительно напоминавшим кору березы, покрытую лишайниками. Правда, крайне редко коллекционерам попадались темные, почтя черные пяденицы. Но их было мало: они были слишком хорошо заметны птицам. Прошло 50 лет. В юго-восточной Англии выросли заводы. Тысячи фабричных труб прокоптили окружающие леса, стволы деревьев покрылись слоем копоти, а лишайники погибли. И окраска пядениц чудодейственно изменялась: черные бабочки составляют уже 99 процентов, потому что светлых пядениц, сидящих на закопченных деревьях, склевывали дрозды, овсянки и мухоловки. Светлая форма сохранилась только в сельских местностях — и сейчас, глядя на карту распространения этих двух форм, мы можем судить о размещении объектов тяжелой промышленности на Британских островах.

Итак, в случае с воробьями естественный отбор сохранил признаки вида. А в случае с пяденицами — изменил их, да еще как: переделав белое в черное. Нет ли здесь противоречия? Никакого.

Еще Дарвин, создатель учения о естественном отборе, понимал, что естественный отбор не только изменяет виды. В других случаях, напротив, он может их сохранять, уничтожая все возникающие отклонения. Как теперь принято говорить, существует два вида отбора: отбор творческий и отбор стабилизирующий. Творческий отбор (его называют еще направленным) происходит тогда, когда внешние условия благоприятны для выживания особей, по каким-то признакам отклоняющихся от средней нормы. Такой отбор проводит, например, селекционер, оставляя для воспроизводства наиболее скороспелых свиней или, скажем, самую холодоустойчивую пшеницу. В истории с пяденицами роль селекционера играли птицы, съедавшие самых заметных бабочек.

Но могут сложиться условия, при которых именно средняя норма — организмы со стандартными признаками вида — окажется наиболее приспособленной (как воробьи Бампуса). Тогда вступит в действие отбор стабилизирующий: все отклонения не оставят потомства. Кстати, искусственный отбор тоже может быть стабилизирующим: на выставках собак медали, как известно, получают экспонаты, у которых нет отклонений от породного стандарта.

Если условия среды постоянны, стабилизирующий отбор сохранит до наших дней древние формы животных и растений — до тех пор, пока условия эти не изменятся.

ЕСТЬ ЛИ ОТБОР МОЛЕКУЛ?

Что же происходит при действии этих двух форм отбора на молекулярном уровне? Прежде всего: изменяется ли под влиянием отбора строение нуклеиновых кислот и белков? Или эволюционные перестройки затрагивают только высшие уровни организации: строение клеток и тканей, форму и функцию органов тела животных?

Посмотрим, как обстоит дело с нуклеиновыми кислотами. Краткие словосочетания — ДНК и РНК вот уже много лет не сходят со страниц специальной и популярной печати. Все чаще их даже не расшифровывают (дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты): достаточно сказать: «дээнка» и «эрэнка», и любой человек, мало-мальски интересующийся проблемами биологии, поймет, о чем идет речь. В лабораториях эти сокращения ухитряются склонять и даже производить от них прилагательные и глаголы. Получаются фразы вроде: «В этой дээнке много эрэнкашной примеси».

Специалисты, работающие над проблемами молекулярной эволюции, гораздо чаще склоняют и спрягают слово ДНК, чем РНК. Это и понятно: ДНК — хранитель генетической информации, материальное выражение тех гипотетических генов, существование которых более ста лет назад было предсказано бессмертными опытами Менделя. Без изменений ДНК нет эволюции. А вот РНК: какова ее роль в эволюционном процессе?

До самого последнего времени этот вопрос не исследовали, — потому, в частности, что РНК представлялась ученым простым слепком с ДНК, в точности повторяющим ее состав. Лишь сравнительно недавно было доказано: слепком ДНК является лишь одни из трех видов клеточной РНК, а именно так называемая информационная РНК, переносящая информацию о составе белков с ДНК в плазму клетки; состав другого вида РНК — транспортной — практически стабилен у разных видов. Зато состав третьего вида РНК — а ее в клетке 80% — значительно меняется от вида к виду. Кстати, и функции этого вида РНК наиболее туманны.

Каков же он, этот состав, и что в нем может меняться? Все рибонуклеиновые кислоты построены в общем одинаково. Это длинные цепи молекул сахаров-пентоз, сшитых между собой остатками фосфорной кислоты. К каждой пентозе подвешено азотистое основание; их четыре: аденин, гуанин, цитозин и урацил. Комбинация молекулы пентозы и основания именуется нуклеотидом.

РНК

Молекула РНК неустойчива, она закручивается, как говорят химики, сама на себя. Достаточно изменить температуру или ионную силу растворителя, как молекула РНК изменит свою форму. У некоторых организмов число каждого из четырех оснований в РНК практически одинаково, как число карт каждой масти в неразрозненной колоде. Однако в громадном большинстве случаев отношения значительно сложнее. Но и они подчиняются определенным закономерностям.

Количество пар «гуанин + цитозин» и «аденин + урацил» у разных организмов может меняться очень сильно. Но изменчивость интересна не сама по себе. Чем больше в РНК пар Г—Ц (так называемый ГЦ-тип РНК), тем устойчивее ее вторичная структура к температурным и иным воздействиям. Нагреем раствор РНК до определенной температуры — и сложная упаковка нуклеотидной цепочки разрушится, молекула превратится в беспорядочный клубок. РНК, богатая гуанином и цитозином, дольше выдерживает хаотические удары молекул, находящихся в состоянии теплового движения. Естественно предположить, что и в живой клетке рибосомы с РНК ГЦ-типа окажутся более стабильными, «тугоплавкими». Это и делает последний показатель гуанин+цитозин аденнн+урацнл (так называемый фактор специфичности) очень интересным.

Теперь нам остается только выбрать какую-нибудь обширную группу организмов, где имеются формы и молодые, созданные творческим отбором, и древние, дошедшие до наших дней в результате отбора стабилизирующего, и посмотреть, каков у тех и других ФС — фактор специфичности.

ЛАТИМЕРИЯ И ТАРАКАН

Наш выбор пал на обширный класс насекомых. Почему насекомых, а не рыб, например? Фактор специфичности РНК насекомых очень изменчив. Только в типе простейших обнаружена такая же изменчивость РНК. Но простейшие, за немногими исключениями, не сохраняются в ископаемом виде, их история не записана в палеонтологической летописи. Рыбы в этом отношении благодатный объект, но самые интересные формы труднодоступны. Как добыть, например, РНК единственной кистеперой рыбы, дожившей до наших дней,— латимерии? Колесить по всему свету, собирая разбросанных там и тут «живых ископаемых», — занятие не на месяцы, а на годы.

Иное дело насекомые. Это самый большой класс животных (число их видов приближается к миллиону), весьма разнообразный, широко распространенный и доступный. Отряды насекомых эволюционно разновозрастные. В каменноугольный период (325—240 миллионов лет назад) было уже много крылатых насекомых, но многие отряды еще не появились на свет. Леса каменноугольного периода населяли главным образом родственники ныне живущих поденок, стрекоз и тараканов. Некоторые древние стрекозы достигали гигантскях размеров — до 75 сантиметров в размахе крыльев.

бабочка

Докучливого спутника человека — таракана также все хорошо знают. Было бы ошибкой считать, что тараканы обитают только в человеческих жилищах. Поворошите весной где-нибудь в крымском лесу опавшую листву, и вы увидите, как будут разбегаться от света довольно крупные насекомые — родственники наших черных тараканов.

таракан

Больше всего их во влажных тропических лесах — там обитают настоящие гиганты. И все таракановые, дожившие до наших дней, используют тактику премудрого пескаря: места их обитания — гниющие растительные остатки, щели в камнях и под корой деревьев, звериные норы и… укромные уголки человеческих жилищ. Для того, чтобы переселяться в последний биотоп (если выражаться научным языком), тараканам не потребовалось изменяться. Условия жизни таракановых с каменноугольных времен практически не изменились и стабилизирующий отбор как бы законсервировал этих противных насекомых на миллионы лет. Так что, встретив где-нибудь на кухне таракана, давите его, но помните, что он древнее динозавров, древнее латимерии…

Другие отряды насекомых возникли и получили широкое распространение в конце каменноугольного периода и в последующих — пермском, триасовом и юрском (240—135 миллионов лет назад). Таковы, например, прямокрылые (сверчки, кузнечики, саранчевые) и жуки. Только в меловом периоде (135—75 миллионов лет назад) в эпоху расцвета и быстрого вымирания огромных ящеров — динозавров возникли чешуекрылые — бабочки. Но не эта группа самая молодая. Наиболее молодой и бурно эволюционирующий отряд насекомых — к сожалению, самый неприятный с житейской точки зрения — двукрылые. К этому отряду относятся комары, мухи, слепни, оводы и множество других, не столь широко известных, но порой не менее вредных шестиногих. Хотя древнейшие двукрылые известны еще из отложений триасового периода, расцвет их приходится на кайнозойскую эру, начавшуюся примерно 75 миллионов лет назад и продолжающуюся до нашего времени.

Продолжение следует…

Автор: Б. Медников.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *