Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Всякой новой научной области нужны свои знаменосцы. Эво-дево обрела своего знаменосца в лице Шона Кэрролла – блестящего рассказчика.

— PLoS Biology

Как из одной клетки образуются сложные существа, состоящие из миллионов клеток? Человечество со времен Дарвина пыталось разгадать эту тайну. Ученые понимали, что это поможет ответить и на другой вопрос — как из самых первых многоклеточных животных получилось сегодняшнее "бесконечное число самых прекрасных форм".

Новая область науки — эволюционная биология развития, или эво-дево, объединившая эмбриологию, палеонтологию и молекулярную генетику, сумела объяснить, как на ранних стадиях развития закладывается будущая форма животных. В своей книге американский биолог, ведущий специалист в области эво-дево Шон Б. Кэрролл увлекательно и просто, на примере самых разных представителей земной фауны — от плодовой мушки до человека — показывает, как действуют законы развития и эволюции, будь то несколько часов, за которые личинка дрозофилы развивается из яйца, или сотни миллионов лет, за которые формируется новый таксон животных.

Предисловие

Физик и нобелевский лауреат Жан Перрен однажды заметил, что путь к любому научному достижению заключается в "объяснении сложного видимого [явления] какими-то простыми невидимыми". Две величайшие революции в биологии — революция в теории эволюции и революция в генетике — шли именно таким путем. Дарвин объяснил разнообразие видов, обнаруживаемых в палеонтологической летописи, и современных живых организмов действием естественного отбора на протяжении чрезвычайно длительного времени. Молекулярная биология объяснила, каким образом наследственные признаки всех организмов закодированы в молекулах ДНК, состоящих всего из четырех оснований. Но какими бы блестящими ни были эти догадки, они не смогли полностью объяснить происхождение сложных наблюдаемых нами форм — от формы тела древних трилобитов до формы клюва галапагосских вьюрков. Ни естественный отбор, ни последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК не могут напрямую объяснить, каким образом формировался внешний вид живых существ или как он эволюционировал.

Ключом к пониманию формы является развитие, в ходе которого яйцеклетка превращается в сложное животное, состоящее из многих миллиардов клеток. Это удивительное превращение оставалось одной из самых волнующих загадок биологии на протяжении почти двухсот лет. А развитие тесно связано с эволюцией, поскольку изменить форму взрослого организма можно только за счет изменения эмбриона. В последние двадцать лет в биологии развернулась новая революция. Успехи биологии развития и эволюционной биологии развития, сокращенно — эво-дево (от англ. evolutionary developmental biology, evo-devo — Прим. перев.), позволили узнать много интересного о невидимых генах и некоторых простых правилах, которые определяют форму животных и ее эволюцию. Многое из того, что нам открылось, было настолько удивительным и неожиданным, что в значительной степени изменило наш взгляд на процесс эволюции. К примеру, раньше ни один биолог не мог предположить, что те же самые гены, которые контролируют развитие частей тела и органов насекомых, контролируют и развитие тела человека.

Книга, которую вы держите в руках, рассказывает об этой новой революции и о том, как она помогает разобраться в вопросах эволюции царства животных. Я хотел представить читателю наглядную картину процессов развития животных и показать, как различные изменения в ходе этого процесса сформировали и современных животных, и тех, которых мы знаем лишь по окаменелостям.

Когда я писал эту книгу, я имел в виду несколько типов читателей. Во-первых, те, кто интересуется природой, естественной историей, фауной дождевых лесов, рифов, саванн, а также ископаемыми останками из древних отложений, узнают много нового о развитии и эволюции некоторых наиболее удивительных животных из прошлого и настоящего. Во-вторых, физикам, инженерам, программистам и всем остальным, интересующимся происхождением сложных структур, эта книга расскажет о том, как в результате комбинации небольшого числа общих элементов возникло невероятное разнообразие форм. В-третьих, я уверен в том, что новые достижения эво-дево помогут студентам и преподавателям сделать изучение эволюции более интересным и раскроют более увлекательную и ясную картину эволюции, чем та, что мы представляли себе до сих пор. И,наконец, в-четвертых, эта книга предложит любому человеку, задающему себе вопрос "Откуда я взялся?", описание нашей с вами истории: относительно короткого пути, который мы проходим от яйцеклетки до взрослого организма, и долгого трудного путешествия от возникновения первых животных до совсем недавнего появления нашего вида.