Русская Википедия:Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных
Шаблон:Издание Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных (Шаблон:Lang-en) — книга 2005 года молекулярного биолога Шона Кэрролла. Она представляет собой краткое описание новой науки — эволюционной биологии развития и роли Шаблон:Нп3. Книга получила множество наград за популяризацию науки.
Несколько противоречивая идея книги[1] заключается в том, что эволюция у животных (хотя, несомненно, аналогичные процессы происходят и в других организмах) происходит, в основном, за счёт изменения способа, которым регуляторные гены, которые не кодируют структурные белки (например, ферменты), контролируют эмбриональное развитие. В свою очередь, эти регуляторные гены оказались высококонсервативными генами , которые Кэрролл назвал инструментарием. Практически идентичные последовательности можно найти в животном мире, а это означает, что гены инструментария, такие как Hox, должны были развиться до кембрийского взрыва, который создал большинство Шаблон:Нп3 животных, существующих сегодня. Эти гены используются повторно, иногда путём дупликации, но гораздо чаще они применяются без изменений к новым функциям. Таким образом, один и тот же сигнал может быть подан в разное время развития, в другой части эмбриона, оказывая различное воздействие на организм взрослой особи. По мнению Кэрролла, это объясняет, как так много типов строения создаётся с таким небольшим количеством Шаблон:Нп3.
Книга получила высокую оценку критиков.
Автор
Шон Б. Кэрролл — профессор молекулярной биологии и генетики Висконсинского университета в Мадисоне[2]. Он изучает эволюцию цис-регуляторных элементов (частей некодирующей ДНК), которые помогают регулировать экспрессию генов в развивающихся эмбрионах, на примере эмбрионов плодовой мухи дрозофилы в качестве модельного организма[3][4]. За свою работу он получил премию Shaw Scientist Award[5] и премию Стивена Джея Гулда[6].
Книга
Контекст
Название книги цитирует последнее предложение книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов» 1859 года, в котором он описал эволюцию всех живых организмов от общего предка: «бесконечные формы, самые прекрасные и самые чудесные, развивались и продолжают развиваться»[7]. Дарвин не смог объяснить, каким образом происходит возникновение и развитие «бесконечных форм» разных организмов в живой природе. Современный синтез эволюции и генетики в начале XX века также в значительной степени игнорировал эмбриональное развитие для объяснения форм организмов, поскольку популяционная генетика казалась адекватным объяснением того, как они развивались. Эта задача была наконец решена в конце XX века с появлением технологии рекомбинантной ДНК, когда биологи смогли начать исследовать, как фактически контролируется развитиеШаблон:Чего?[8].
Объяснение эволюционного процесса и того, как эволюционирует генная система, автор книги связывает с успехами в области эмбриональной биологии, которая приблизилась к пониманию того, каким образом из яйцеклетки развивается сложный организм, состоящий из многих миллиардов клеток. Почти двести лет учёные пытались решить одну из самых волнующих загадок биологии — превращение яйцеклетки в различные формы взрослого организма. В биологии произошли важные открытия: были открыты регуляторные участки генома (гомеозисые гены), которые играют ведущую роль в изменении формы и строения сложных организмов — например, Hox-гены у животных и MADs-гены — у растений (концепция номогенеза описана Л. С. Бергом как «направленное развитие жизни на основе закономерностей»)[9].
Автор разъясняет в книге, что эволюционные процессы могут происходить также за счёт изменений, регулирующих процессы в клетке на стадии эмбриона. По мнению автора, одни и те же гены, контролирующие развитие частей тела и органов у насекомых, контролируют развитие тела животных и человека. Новое направление генной эволюции и эволюционной биологии развития получило название эво-дево (от англ. evolutionary developmental biology, сокр. evo-devo)[10].
Содержание
- Часть I. Эволюция животных
- 1. Архитектура животных: современные формы, древние образцы
- Кэрролл утверждает, что многие животные имеют модульную конструкцию с повторяющимися частями, как в трилобите — с повторяющимися сегментами или повторяющимися пальцами руки человека.
- 2. Монстры, мутанты и главные гены
- Эмбриологи изучают как развиваются тела, а также аномалии, когда что-то идёт не так, например, гомеотические варианты, когда одна часть тела превращается в другую (например, усик плодовой мухи становится ногой у мутанта Antennapedia).
- 3. От кишечной палочки до слонов
- В этой главе рассказывается о генетическом коде и lac-опероне. Учёный связывает понятия среда и генетические переключатели, полагая, что они вместе контролируют экспрессию генов. Контроль экспрессии представляет Шаблон:Нп3.
- 4. Создание детей: 25000 генов, требуется сборка
- Кэрролл смотрит на то, как контролируется эмбриональное развитие плодовой мухи и описывает свои собственные открытия, сделанные в 1994 году.
- 5. Тёмная материя генома: инструкция по эксплуатации набора инструментов
- Часть II. Ископаемые останки, гены и формирование разнообразия животных
- 6. Большой взрыв эволюции животных
- Кембрийский взрыв вызвал вспышку в разнообразии Шаблон:Нп3, от плоских червей и моллюсков до членистоногих и позвоночных. Кэрролл объясняет, как изменение паттерна экспрессии гена Hox сформировало тела разных типов членистоногих и разных типов позвоночных.
- 7. Малые взрывы: Крылья и другие революционные изобретения
- В этой главе объясняется, как эволюция работает внутри родословного древа, специализируясь на конечностях членистоногих от всех одинаковых существ до «всех различных орудий, которые несёт скромный рак», с (он пишет) «большим количеством штуковин, чем швейцарский армейский нож».
- 8. Как у бабочки появились пятна
- Вторя названиям «Просто сказок» Редьярда Киплинга, Кэрролл показывает, как развивались узоры крыльев бабочек, основываясь на своём открытии роли гена Шаблон:Нп3 до того, как стала известна его роль в развитии конечностей. Очевидно, генетический переключатель можно было повторно использовать для разных целей.
- 9. Покрась в чёрное
- Кэрролл рассматривает полосы у зебры, Шаблон:Нп3, берёзовой пяденицы и пятна больших кошек как примеры управления закономерностями у животных, вплоть до молекулярного уровня.
- 10. Прекрасный разум: создание Homo sapiens
- В этой главе обсуждается, чем люди отличаются от других приматов и почему Шаблон:Нп3, отвечающие за эти различия, не так многочисленны. По мнению учёного, большинство изменений связано с генетическим контролем, а не с белками.
- 11. Бесконечные формы — самые красивые
- В заключение Кэрролл пересматривает «Происхождение видов» Дарвина, начиная с того, как Дарвин развивал последний абзац своей книги. Из него Кэрролл оставляет только эти четыре слова «полностью нетронутыми во всех версиях и изданиях». Он утверждает, что эво-дево является краеугольным камнем синтеза эволюции, генетики и эмбриологии, заменяя «современный синтез» биологии XX века.
Иллюстрации
Книга иллюстрирована фотографиями, например, развивающимися эмбрионами плодовой мухи, окрашенными, чтобы показать действие генов из Шаблон:Нп3, а также штриховыми рисунками, выполненными Джейми У. Кэрроллом, Джошем П. Клэйссом и Линн М. Олдс.
Награды
- Лучшие научные книги года журнала Discover, 2005[11]
- Лучшие научные книги года от USA Today, 2005[11]
- Приз Банта, Шаблон:Нп3, 2006[11]
- Финалист, 2005, Шаблон:Нп3 Los Angeles Times (Наука и технология)[11]
- Финалист, 2006 Премия Национальной академии наук в области коммуникации[11]
Реакция
Биолог-эволюционист Льюис Уолперт в журнале «Шаблон:Нп3» назвал «Бесконечные формы самых прекрасных» «красивой и очень важной книгой». Он резюмировал рецензию на книгу словами: «Как поясняет теория Дарвина, многочисленные формы развились в результате небольших изменений в потомстве и естественного отбора в тех организмах, которые были лучше адаптированы к окружающей среде. Такие вариации вызваны изменениями в генах, которые контролируют поведение клеток в развивающемся эмбрионе. Таким образом, невозможно понять эволюцию без понимания её фундаментальной связи с развитием эмбриона». Уолперт отметил, что Кэрролл намеревался объяснить эво-дево и «блестяще добился того, что намеревался сделать»[13].
Биолог-эволюционист Джерри Койн в журнале «Nature» описал книгу как подходящую для заинтересованного читателя-непрофессионала и назвал её «гимном недавним достижениям в генетике развития и тому, что они могут рассказать нам об эволюционном процессе»[1]. Для него центральным моментом было «неожиданное открытие, что гены, которые контролируют строение тела всех двусторонних животных, включая червей, насекомых, лягушек и людей, в значительной степени идентичны. Это гены «гомеобокса» (Hox)»[1]. Он назвал Кэрролла лидером в этой области и «искусным коммуникатором», но признаёт, что «чувствовал себя некомфортно»[1], когда Кэрролл излагает свое личное видение данной области науки, «не признавая, что большая часть этого видения остаётся спорной»[1]. Койн указал, что идея о том, что «регуляторный ген является локусом эволюции»[1], восходит к Шаблон:Нп3 и его коллегам, впервые упомянувшим о ней примерно в 1970 году, но эта идея всё ещё слабо подтверждена наблюдениями или экспериментами. Он признал, что шимпанзе и люди почти на 99% идентичны на уровне ДНК, но отмечает, что «люди и шимпанзе имеют разные аминокислотные последовательности, по крайней мере, в 55% своих белков, и эта цифра возрастает до 95% для людей и мышей. Таким образом, мы не можем исключить эволюцию белковой последовательности как важную причину отсутствия усов и хвостов»[1]. Он также отметил, что почти половина генов, кодирующих белок человека, не имеет гомологов у плодовых мушек, поэтому можно возразить против тезиса Кэрролла и заявить, что «эволюция формы — это во многом вопрос обучения старых генов создания новых»[1].
В обзоре «Шаблон:Нп3» отмечалось, что книга служит новыми Просто сказками, объясняющими «пятна, полосы и неровности», которые привлекли внимание Редьярда Киплинга в его рассказах для детей. В обзоре выражена похвала Кэрроллу за то, что он занялся эволюцией человека и охватил ключевые концепции того, что Чарльз Дарвин называл величием [эволюционного взгляда на] жизнь, предполагая, что «Киплинг был бы прикован»[12].
Учёный-писатель Питер Форбс в «The Guardian» назвал произведение «важной книгой», а её автора «одновременно выдающимся учёным… и одним из наших великих писателей-учёных»[14]. Журналист Дик Понтейн в журнале «Шаблон:Нп3» утверждал, что «Бесконечные формы самых прекрасных» были самой важной научно-популярной книгой со времён «Слепого часовщика» Ричарда Докинза, «и, по сути, продолжением [к ней]»[15].
Палеобиолог Шаблон:Нп3, рецензируя книгу «Искусственная жизнь», отметил, что формы жизни от плодовых мух до людей имеют гораздо меньше генов, чем ожидали многие биологи — у людей их всего около 20 000. «Как могли люди, при всём нашем разнообразии типов клеток и сложности нейронов, требовать по существу такое же количество генов, как муха или, что ещё хуже, червь (нематода Caenorhabditis elegans)?»[16], — спрашивает Эрвин. Он ответил на свой собственный вопрос об «удивительном морфологическом разнообразии» животных, происходящих от «такого ограниченного числа генов», похвалив «проницательный и восторженный» стиль Кэрролла, написавшего «остроумно и увлекательно», вовлекая читателя в сложность Hox и PAX-6, а также отметив празднование кембрийского взрыва форм жизни и многое другое[16].
См. также
- Шаблон:Нп3 (Lewis I. Held, Jr., 2014)
Примечания
Ссылки
- Приложение Лаборатории творческих машин Корнельского университета для создания трёхмерных форм в соответствии с принципами, изложенными в книге
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite news
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite book Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 Шаблон:Cite web
- ↑ 12,0 12,1 Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Cite news
- ↑ Шаблон:Cite journal
- ↑ 16,0 16,1 Шаблон:Cite journal
_(cropped).jpeg){kind=link}
.png){kind=link}