"Чудеса" эволюции: немного про преадаптацию и Hox-гены
Ещё одной причиной недоверия к эволюции является ошибочное представление, что эволюция идёт целенаправленно и создаёт идеально приспособленных существ без изъянов, что непохоже на работу случая. Такое впечатление и вправду может сложиться, когда рассматриваешь отдельные впечатляющие примеры, так любимые научпопом. Но несовершенство эволюции легко увидеть на примере человека.
Я подумал, что сюда надо вставить картинку и заяндексил слово "эволюция". Удивительно, что, по крайней мере, с точки зрения поисковика, слово эволюция ассоциируется именно с человеком, а не с живыми организмами в целом.
Несмотря
на то, что человек прямоходящий, его тело имеет множество недостатков, этим
вызванных. Самое яркое из них, наверное, процесс рождения. Муки, которыми рождение
человека сопровождается, явно нельзя причислить к удачным эволюционным
решениям. А всё из-за прямохождения и увеличения черепной коробки, форма таза
женщин пытается усидеть на двух стульях (фьють-ха!) – и чтобы бегать можно было
и чтоб в процессе рождения не слишком уж часто погибали самки. В результате и
то и другое получается хуже, чем могло бы. Позвоночник человека частично
приспособился к прямохождению, сформировав естественные амортизирующие
искривления, но это не спасает от патологических искривлений и плоскостопия. А
кровеносная система хоть и обеспечивает организм, но из-за того, что приходится
постоянно качать кровь по вертикали, сосуды изнашиваются быстрее, развивается
варикоз и другие проблемы кровообращения. Вы только представьте, насколько
проще было бы качать кровь, если бы мы были четвероногими! А аутоимунные
заболевания? Это неслабый такой косяк.
На эту тему, кстати, был пост на пикабу Про несовершенство человеческого тела и хотя текст там странный, изображения, источник которых сейчас уже проблематично найти, там вполне информативные и я одну из них прикреплю сюда.
По этой теме можно почитать:
https://habr.com/ru/post/254473/ и https://theoryandpractice.ru/posts/16416-nerazumnaya-konstru...
Человек в своём нынешнем виде относительно молод с эволюционной точки зрения, отчасти поэтому так много несовершенств, а большинство из них еще и нехило сглаживает мозг, позволяя выживать не силой, но умом.
Кстати, мозг! Если мозг – такая крутая штука, почему он только у человека? Потому что иди на хуй, вот почему - говорит эволюция. Отбор работает с тем, что имеется, а не создаёт сам идеальные решения. Так получились наглухо отбитые камбала, удильщик, жираф, морской конёк, и я даже не погружаюсь в мир насекомых.Что касается кажущейся целенаправленности отбора, я хочу рассказать про два механизма эволюции, которые часто обходят стороной, но которые могут сильно влиять на её ход.
Множество удивительных приспособительных решений природы становится намного легче воспринимать, когда узнаёшь о преадаптации. Суть преадаптации настолько проста и эффективна, что невольно задаёшься вопросом, почему она не была изначально очевидной.
А заключается преадаптация, если кратко, в том, что иногда потенциально полезный признак появляется до того, как будет использоваться «по назначению», как адаптивный. Вот так просто. Такое бывает, когда мутации для отбора – нейтральные. Да, иногда организм не просто приспосабливается к среде, а активно выбирает себе среду, подгоняя её под свои возможности. Рыбы не отращивали себе ноги потому что выползли на сушу. Они вышли на сушу потому что у них появилась такая возможность. Впрочем, о рыбьих ногах поговорим чуть позже.
У феномена преадаптации есть одно очень важное следствие – то, что помогло получить адаптивное преимущество, изначально могло быть не какой-то незначительной мутацией, а вполне себе рабочим органом, который приобрёл дополнительный функционал. Этот функционал был незначительным, но вскоре нашлось место для его применения и дальнейшего развития путём отбора. Описанный процесс позволяет объяснить появление сложных органов и систем, которые, по идее, не могут работать, пока не сформируются. Преадаптация же предполагает, что такие системы развивались на основе эволюционно полезных органов и потому не отсекались отбором. Кроме того, новые функции часто как-то связаны с уже имеющимися и дополняли друг друга.
Меня всегда удивляла и озадачивала система свёртывания крови и заживления ран – она очень громоздка и в этой сложности есть как польза в виде механизмов обратной связи и защиты от случайного срабатывания, так и вред, потому что с ростом элементов системы растёт вероятность её поломки.
Основные реакции свертывания крови. Источник: https://biomolecula.ru/articles/kak-rabotaet-svertyvanie-kro...
Считается, что система свёртывания крови развилась на основе иммунной:
Появление очередной системы иммунных реакций, которая боролась с бактериями путем обволакивания их фибриновым гелем, привело к случайному побочному результату: кровотечение стало прекращаться быстрее.
Мне
нравится пример с плавательным пузырём рыб, который изначально, по-видимому, выполнял
функцию дополнительного дыхания и для неё размер пузыря не важен – небольшой объём
с воздухом уже создаёт преимущество. Для гидростатической функции же имеет
значение критический нижний порог и этот функционал развился вторично, по
механизму преадаптации и экзаптации –
именно так называют эволюционный процесс смены функции органом.
Ещё один классический пример экзаптации - Перья птиц, которые изначально несли терморегуляционную функцию
А в заключение немного (или много?) про ноги у рыб. Есть у эволюции в рукаве один туз. А может даже козырной туз или вовсе джокер. Это мутация генов, ответственных за эмбриональное развитие. Я не буду углубляться в тему этих генов, мои знания о них не превышают то, что и так есть в википедии.
Еще в школе я был немного озадачен тем, что гены-то, по идее, просто кодируют белки, а не формируют внешний облик. Есть горсть фактов про то, насколько похожи гены у сильно отличающихся животных, например, что у человека и мыши 85% общих генов, а у банана и человека – 60%. Из этих фактов никак нельзя понять, почему живые организмы так сильно отличаются.
Оказалось, что дело в наборе консервативных (слабо меняющихся) генов, которые регулируют то, как именно, в каком порядке будут считываться гены в процессе развития организма из зародыша. И лично для меня было очень важно осознать, что всё это происходит на базе яйцеклетки – всегда есть основа, на которой начинается эпическая надстройка и эта основа передаётся дальше снова и снова.
Для этих генов закрепилось название Hox-гены, хотя в этом процессе участвуют не только они. Эти гены располагаются в хромосомах в том же порядке, что и участки тела, развитие которых они определяют. Это – свидетельство большой древности.
И всё
же, несмотря на высокую консервативность, hox-гены прилично отличаются. То есть, они регулярно менялись в ходе
эволюции и вносили большие изменения в организм - появление и изменение конечностей, увеличение и уменьшение количества сегментов тела и т.д.
Для ЛЛ: Эволюция не создаёт совершенно приспособленные организмы, иначе бы у вас не выпадали навсегда зубы, а спина не болела. Преадаптация - спонтанное появления адаптивного признака, а организм потом находит как его использовать. Экзаптация - добавление органу новой функции с последующей утратой исходной. Hox-гены - специальные гены, которые кодируют форму тела и их мутация даёт клёвые результаты (новые руки, глаза на ноге и т.п.)