Повторить историю жизни: возможно ли это?
Насколько предсказуема эволюция? Биологи давно спорят об этом, пытаясь понять, в какой степени история влияет на её повторяемость.
Обзор, опубликованный 9 ноября в журнале Science, детально исследует сложность предсказуемости эволюции. Авторы из Колледжа Кеньон, Университета штата Мичиган и Вашингтонского университета в Сент-Луисе проанализировали данные эмпирических исследований повторяемости и случайности в эволюции.
Вопрос о предсказуемости эволюции был поднят палеонтологом Стивеном Джейем Гулдом в его книге 1989 года Wonderful Life. Он утверждал, что эволюция случайна и неповторима: «Прокрутите плёнку миллион раз... и я сомневаюсь, что что-то подобное Homo sapiens когда-либо эволюционирует снова». С тех пор многие биологи провели свои версии этого мысленного эксперимента в меньших масштабах, придя к разным выводам о роли случайных мутаций, исторических событий и направляющей силы естественного отбора.
«Исторические исходы зависят от длинных цепочек событий, полных мельчайших деталей... Эволюция разворачивается на протяжении огромных периодов времени с уникальными цепочками событий, включающими много случайности. Но, в отличие от истории, у эволюции есть детерминистическая сила естественного отбора. Как это напряжение влияет на результат? Что важнее: случайность деталей истории или детерминизм?» — говорит Закари Блаунт, ведущий автор обзора.
В работе также участвовали Ричард Ленски из Университета штата Мичиган и Джонатан Лозос из Вашингтонского университета.
«С момента, как Гулд ввёл метафору "перемотки плёнки", многие исследования пытались охарактеризовать повторяемость эволюции. Наш обзор показывает, что нет простого ответа: иногда эволюция производит поразительно похожие решения, а иногда развивающиеся линии идут очень разными путями даже в одинаковых обстоятельствах», — отмечает Ленски.
Мысленный эксперимент Гулда до сих пор вызывает споры, отчасти из-за неоднозначности в его описании и смешения двух значений слова «случайность» (contingency): как зависимости от чего-либо и как случайного события.
Авторы обзора сосредоточились на трёх типах исследований «повторения»:
- Лабораторные эксперименты с быстро эволюционирующими организмами (например, Escherichia coli).
- Эксперименты в природных условиях.
- Сравнительные исследования «естественных экспериментов», когда виды эволюционировали в сходных условиях.
Анализ выявил сложную картину, в которой видны как случайность, так и детерминизм.
Ключевые выводы:
- Лабораторные эксперименты, такие как долгосрочный эксперимент по эволюции E. coli (LTEE), показывают высокую степень повторяемости на молекулярном и фенотипическом уровнях, но также выявляют уникальные события.
- Эксперименты в природе (пока их немного) также указывают на высокую повторяемость эволюционных ответов.
- Сравнительные исследования демонстрируют, что сходные черты могут независимо развиваться у разных видов (как у ящериц анолисов на Карибах), но конвергенция происходит не всегда — случайность может играть сильную роль.
«Мы ясно видим, что и конвергенция, и её отсутствие часто встречаются в природе. Настоящий вопрос, на который теперь направлены исследования: почему конвергенция происходит в одних случаях, а в других — нет?» — резюмирует Джонатан Лозос.