Сложность не так уж и затратна, как считалось ранее

Согласно устоявшемуся с 1930 года принципу эволюционной теории (максима Рональда Фишера), чем сложнее организм, тем труднее ему адаптироваться к изменениям среды. Однако это противоречит существованию множества хорошо адаптированных сложных организмов — от орхидей до шалашников и человека. Эта «загадка стоимости сложности» ставила в тупик биологов и давала аргументы сторонникам теории разумного замысла.

Новый анализ, проведённый Цзяньчжи «Джорджем» Чжаном и его коллегами из Мичиганского университета и Национальных институтов здравоохранения Тайваня, выявил недостатки в моделях, породивших эту идею. Исследование показывает, что сложность действительно может развиваться в ходе эволюции. Более того, умеренный уровень сложности лучше всего позволяет организмам адаптироваться к изменениям среды. Результаты будут опубликованы на неделе с 27 сентября в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключ — в плейотропии

Исследование сосредоточено на генетическом феномене плейотропии, когда один ген влияет на несколько признаков. Хотя плейотропия важна для развития, старения и эволюции, её общие закономерности плохо изучены из-за сложности измерения.

Учёные создавали математические модели плейотропии, основанные на определённых допущениях. Группа Чжана проверила эти допущения, проанализировав крупные базы данных о влиянии конкретных генетических мутаций на признаки у модельных организмов (дрожжей, круглых червей и мышей). Каждый набор данных включал сотни и тысячи генов и десятки или сотни признаков.

Реальные данные против упрощённых моделей

Математические модели для простоты предполагали, что все гены в организме в той или иной степени влияют на все его признаки. Однако анализ Чжана показал иное:

• Большинство генов влияют лишь на небольшое число признаков.
• Относительно немногие гены влияют на большое число признаков.
• Обнаружена модульная организация: гены и признаки сгруппированы в наборы. Гены в определённом наборе влияют на конкретную группу признаков, но не на признаки из других групп.
• Чем на большее число признаков влияет ген, тем сильнее его эффект на каждый из этих признаков.

Эти выводы бросают вызов допущениям классических моделей, утверждавших, что сложность чрезмерно затратна.

Пересмотр «стоимости сложности»

Фишер утверждал, что случайные мутации с большей вероятностью принесут пользу простым, а не сложным организмам (по аналогии с молотком и микроскопом: изменение произвольной детали скорее сломает микроскоп).

В 2000 году эволюционный генетик Х. Аллен Орр добавил к этому, что даже полезная мутация у сложного организма вряд ли закрепится во всей популяции, а её преимущество, вероятно, будет небольшим.

Анализ Чжана, включивший более реалистичное представление о плейотропии, показал обратное утверждениям Орра. Хотя наблюдение Фишера остаётся в силе, опровержение доводов Орра минимизирует его влияние, тем самым снижая «стоимость сложности».

Оптимум — умеренная сложность

Анализ также показал, что способность организмов к адаптации максимальна при промежуточных уровнях сложности. «Простой организм — не лучший, и очень сложный организм — не лучший; некоторый промежуточный уровень сложности является оптимальным с точки зрения скорости адаптации», — пояснил Чжан.

Эти новые данные укрепляют позиции эволюционной биологии против критики со стороны сторонников разумного замысла, которые часто атакуют идею эволюции сложности. Теоретические трудности её объяснения, связанные с понятием «стоимости сложности», теперь устранены.