eknow — обзор технологий

Многие органы в нашем теле настолько сложны, что кажется невероятным их возникновение в результате постепенного усложнения более простых структур. Причём дело не столько в большом количестве элементов, сколько в их спаянности друг с другом, взаимной интеграции. Если взять классический пример такого органа — глаз, то нельзя представить себе, скажем, две трети от него: недособранный глаз просто не будет работать. А на каких основаниях тогда эволюционировала структура, которая ни за что не отвечала?

В таких случаях учёные-эволюционисты обычно указывают на более простые аналоги таких «нередуцируемо сложных» структур: например, наш сложный глаз можно сопоставить с предельно простыми «глазами» плоских червей. В эволюции всё могло начаться со скопления светочувствительных клеток на поверхности кожи, которые потом образовали впячивание, аналог глазного бокала, и следом уже шло развитие глазной камеры. Причём такие первые «глаза» были вполне функциональны, то есть могли отличать по крайней мере свет от тени. Развитие всё же имело место, и оно шло постепенным прибавлением генов, клеток и тканей.

Американские учёные из научно-исследовательского центра NESCent (National Evolutionary Synthesis Center) предложили альтернативную версию того, как могли развиваться сложные структуры. Их модель полностью противоположна описанной выше, то есть эволюционное движение шло не по пути усложнения, а по пути упрощения. Свою гипотезу исследователи подтверждают математической моделью, описанной в статье в Evolutionary Biology. Модель оперировала скоплением клеток, в котором происходили процессы передачи наследственной информации, её перемешивания в результате рекомбинации, мутационные процессы и т. д. Кроме того, клетки должны были выполнять некую функцию. Чем эффективнее они делали свою работу, тем больше была вероятность воспроизводства, появления следующего поколения. При этом клетки в виртуальной популяции были разного рода — условно говоря, белые и чёрные.

Поначалу способ организации клеток был довольно сложен: белые и чёрные клетки сочетались друг с другом довольно хитроумным способом. Но спустя несколько поколений исследователи обнаруживали, что «клеточная» структура заметно упростилась. То есть задача, которая стояла перед комплексом клеток, заставляла их в каждом поколении искать более простые пути взаимодействия, чтобы с помощью эффективной работы получить право оставить потомство.

Похожие вещи, по словам учёных, можно наблюдать и в природе. Например, череп позвоночных развивался явно по пути упрощения. Если череп ископаемых рыб напоминал костяную головоломку, то впоследствии и число костей уменьшилось, и их соединения упростились. Особенно это заметно при переходе между классами, то есть от рыб к амфибиям, от амфибий к рептилиям и т. д. В некоторых случаях кости просто исчезали, в некоторых — срастались с другими в одну.

Поэтому вполне возможно, что такие сложные структуры, как глаз или бактериальный жгутик, в прошлом выглядели ещё сложнее, а то, что мы видим сейчас, есть лишь более простые и эффективные версии первоначальной конструкции. Впрочем, чтобы эта гипотеза окончательно подтвердила своё право на существование, учёным нужно будет найти больше подобных примеров, а кроме того, убедиться, что процессы упрощения соответствуют реальным эволюционным срокам.