Александр Марков, Елена Наймарк: "Перспективы отбора. От зеленых пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества". Рецензия

Замечательные ученые и популяризаторы науки Александр Марков и Елена Наймарк выпустили в этом году новую книгу, продолжающую серию про эволюцию, — "Перспективы отбора. От зеленых пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества". Это сборник из сорока научно-популярных статей о фундаментальных исследованиях в области эволюции, ранее опубликованных на сайте Элементы. Авторы рассказали о новейших (не старше пяти лет) научных работах. Материал подан достаточно сложно: как указывают авторы в предисловии, задачей книги было заполнить нишу между вводными научно-популярными книгами и специальной литературой. Таким образом, книга адресована в первую очередь читателям с биологическим образованием и может служить образцом научных размышлений при планировании биологического эксперимента. Но и широкому читателю будет интересно познакомиться с книгой, пропустив более сложные фрагменты и сосредоточившись на ключевых идеях, которые доказываются в описанных экспериментах.

Начинается книга с благодарностей и полезного предисловия под названием "Инструкция для читателей реальных и идеальных", в котором рассказывается, как её лучше читать. Спойлеры: главы можно изучать в любом порядке, перед каждым исследованием приводится краткая аннотация и три субъективные авторские оценки в виде небольших пиктограмм. Они показывают, насколько эта глава сложна для понимания (значок "мозг"), важна для науки (значок "профессорская шапочка") и впечатляюща для читателя (значок "круто!"). После этого вы найдете сорок научных работ, которые в силу недостаточного числа не претендуют на объяснение смысла естественного отбора, современного природного разнообразия и всего остального. Но все вместе они дают разноплановое представление о современной науке.

Хотя тема естественного отбора проходит красной нитью через все исследования, о которых пойдет речь, книга все равно вышла похожей на эклектичный коллаж. Но так уж устроена наука: из множества разрозненных, с трудом добытых фактов лишь постепенно складывается более глубокое понимание мира. Выбранные исследования не связаны жестко каким-то единым сюжетом, как это зачастую бывает в научно-популярных книгах. Трудно придумать единый сюжет для описания текущего состояния дел в такой обширной и динамичной области знания, как эволюционная биология. И потом, идеи идеями, но в биологических исследованиях важнее всего конкретика: как устроен изучаемый объект, что могут дать применяемые методы, каковы их ограничения. Без этой конкретики и контекста любая идея, пусть самая логичная и красивая, не будет иметь большой ценности. Этим биология отличается от точных наук. Она продвигается вперед маленькими шажками конкретных исследований.

Книга "Перспективы отбора" — по сути, сборник статей, опубликованных ранее авторами на сайте "Элементы". Довольно сложно держать в голове то, о чем была каждая из глав или какие главы остались непрочитанными, если вы читаете их не по порядку. Специально для работы с этой книгой Биомолекула придумала чек-лист, позволяющий читателям выставить свои собственные оценки каждому исследованию.

Наш идеальный читатель, как мы его себе представляем, — личность, надо признать, своеобразная. Он всерьез интересуется биологией. Уже прочел несколько биологических книг, но ему всё мало. Скорее всего, он прочел и наши предыдущие книги: "Рождение сложности" (2010), "Эволюция человека" (2011) и "Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий" (2014). Книга, которую вы держите в руках, продолжает этот ряд. Наш идеальный читатель, даже разбуженный среди ночи, не спутает нуклеотиды с аминокислотами и не забудет, чего четыре, а чего двадцать. Его не испугать "регуляторной генной сетью", "отношением значимых замен к синонимичным" и даже "сайтом связывания транскрипционного фактора".

Исследования не строго организованы по объекту изучения: в них есть рассказы обо всех живых организмах, от бактерий до человека. Книга написана научно-разговорным языком, и легко можно представить её в качестве конспекта популярного спецкурса по эволюции. В ней действительно нет скучных и надоевших фраз из серии "мы все состоим из клеток", "ДНК — главная молекула", что делает книгу ценной для многих знающих читателей. Но иногда при использовании терминов на русском языке не хватает указания их же на английском, например, прочитав об "эпистазе убывающей доходности" и пожелав узнать о нём побольше, читателю придётся долго думать и искать, прежде чем понять о том, что это — "diminishing returns epistasis". То же самое касается "генетического автостопа", хотя для термина LECA расшифровка на английском авторами даётся. Главы украшают графические миниатюры и рисунки. Завершают книгу список литературы, не повторяющий ссылки на научные статьи, данные прямо в тексте, и словарь терминов.

Много исследований в книге посвящены темам полового размножения, его возникновению и эволюции, а также цене, которую организмы за него платят и какую пользу получают. Несколько глав посвящены исследованию адаптивной радиации, гибридизации, дарвиновым вьюркам.

Этим летом опубликовали долгожданное сообщение: ученым удалось выделить чистую культуру "архей Асгарда", локиархей — прокариот, ближайших родственников непосредственного предка эукариот. Исследование № 5 книги Маркова и Неймарк выстраивает перспективу для этой громкой новости, обстоятельно знакомя читателя с теорией возникновения полового размножения, очень важной особенности эукариот. Эволюция популяции полиплоидных архей была смоделирована автором книги Александром Марком в соавторстве с Ильей Казначеевым. Осторожно! Не полюбить локиархей после этой главы невозможно! К счастью, археи уже выделены, и на нашем сайте можно прочитать [1] про двенадцатилетнюю (!) работу японских ученых.

В электронной версии книги отсутствуют цветные вклейки (рис. 2), но их можно найти на сайте издательства (все, кроме первой иллюстрации). Кстати, там же есть ссылка на фрагмент книги, включающий ее содержание и предисловие. А вот по этой ссылке можно познакомиться с исследованием № 3 "Эволюция умнее, чем ты: рождение экологического разнообразия".

Главы, посвященные человеку, ожидаемо кажутся самыми дискуссионными. Например, в исследованиях № 39 и № 40 речь идет о генах, связанных с уровнем образования.

Что и как следует говорить об изучении эволюции человека, и не является ли сама постановка вопроса этической проблемой, сложной для общества? Ученые, ищущие ответы в этой области, должны проявлять не только высокий профессионализм, но и деликатность. Обсуждение различий между людьми в известной степени табуировано слишком долгой (и еще не закончившейся) борьбой за равенство. Книга Маркова и Наймарк смело открывает дискуссию, связанную с генетикой человека.

Еще в 1980-е годы анализ больших выборок близнецов и их родителей показал, что уровень образования имеет высокую наследуемость (напомним, что наследуемость, которую не следует путать с наследственностью, — это доля изменчивости признака, объясняемая генами, а не средой; подробнее о наследуемости психологических и поведенческих признаков рассказано в нашей книге "Эволюция человека"). Изменчивость по уровню образования как минимум на 20% определяется генетическими различиями между людьми, а для некоторых выборок были получены значения наследуемости порядка 70% (в среднем по всем выборкам — примерно 30-40%).

Обратите внимание на круг людей, включенных в предварительное исследование — близнецы и их родители, то есть люди, вероятно, живущие в равных условиях и обладающие похожими возможностями. Биология человека слишком тесно связана с влиянием среды, поэтому глава 39 содержит одну фразу про методы исследования: люди были генотипированы, то есть для них определили нуклеотиды в конкретных вариабельных участках ДНК, а затем рассчитали корреляцию между генотипом и личными особенностями людей, такими как время обучения. Бoльшая часть главы отведена рассуждениям о том, как уберечься от ошибок, связанных с составом выборки. Оригинальная статья [2] довольна сложна для понимания, поэтому авторы книги сужают обсуждение до вопроса о правильном подходе к анализу генетических данных людей и интерпретации полученных результатов. Чуть более подробный разбор оригинальной статьи авторами книги можно найти на сайте Элементы.

Но кроме похвал, хотелось бы оставить пару замечаний касательно логики повествования и некоторых научных обобщений. В исследованиях № 1 и № 4 рассказывается про накопление замен в эволюционных экспериментах, но в первом говорится о том, что "на первых этапах эксперимента фиксировались в основном мутации с сильным полезным эффектом", а в четвертом — "на начальных этапах общий рост приспособленности популяции идет за счет высоковероятных мутаций со слабым положительным эффектом". Эти фразы смущают и не дают покоя до тех пор, пока, наконец, авторы, не объясняют, в чём причина такого противоречия. Но, к сожалению, это сделано очень кратко и лишь в конце четвертого исследования, и внимательный читатель, снедаемый противоречивой информацией, устанет ждать объяснения.

В исследовании № 17 сказано, что "появившаяся в геноме „лишняя“ копия гена на какое-то время получает небывалую эволюционную свободу". За этими словами легко можно прочитать, что после дупликации одна из копий всегда начинает эволюционировать нейтрально, либо же оказывается под положительным отбором и её ждёт судьба неофункционализации. Но существуют исследования, в которых подобный факт разбирается подробно и находится множество исключений и деталей (например, [3–6]). "Перспективы отбора" — книга высокого уровня и для подготовленного читателя, поэтому в ней хотелось бы видеть более подробные объяснения таких вещей. Также, есть некоторые неточности, например, в исследовании № 36 сказано о том, что геном человека вчерне был прочтён в 2000 году, хотя официальным окончанием проекта "Геном человека" считается 2001 год, когда вышли публикации в Nature и Science о его итогах [7].

Таким образом, книга Александра Маркова и Елены Наймарк представляет собой сборник популярно изложенных статей, связанных с последними открытиями в области теории эволюции. Отобранные исследования станут вашими проводниками в мир современной науки, а авторские комментарии помогут разобраться с важными концептуальными вопросами.

Литература 1 — Собственной персоной: ученым удалось вырастить в лаборатории вероятного предка эукариот;
2 — Aysu Okbay, Jonathan P. Beauchamp, Mark Alan Fontana, James J. Lee, Tune H. Pers, et. al.. (2016).
Genome-wide association study identifies 74 loci associated with educational attainment. Nature. 533, 539-542;
3 — Fyodor A Kondrashov, Igor B Rogozin, Yuri I Wolf, Eugene V Koonin. (2002). . Genome Biol. 3, research0008.1;
4 — I King Jordan, Yuri I Wolf, Eugene V Koonin. (2004). . BMC Evol Biol. 4, 22;
5 — Oriol Pich i Roselló, Fyodor A. Kondrashov. (2014). Long-Term Asymmetrical Acceleration of Protein Evolution after Gene Duplication. Genome Biology and Evolution. 6, 1949-1955;
6 — Margarida Cardoso-Moreira, J. Roman Arguello, Srikanth Gottipati, L.G. Harshman, Jennifer K. Grenier, Andrew G. Clark. (2016). Evidence for the fixation of gene duplications by positive selection inDrosophila. Genome Res.. 26, 787-798;
7 — Геном человека: как это было и как это будет.