Если рассмотреть внимательно фотографии прабабушек и прадедушек, бабушек и дедушек и родителей, то можно заметить сходство, но каждое поколение будет отличаться от своих предшественников. Это и есть
процесс эволюции в его простейшей форме: происхождение с модификацией.
На протяжении многих поколений возможно невероятное количество модификаций, именно так возникло разнообразие жизни на Земле.
Однако эта идея долгое время понималась неверно, как путь, проходящий в одном направлении к «высшим» или «лучшим» организмам. Например, на знаменитой иллюстрации Рудольфа Заллингера «Дорога к Homo sapiens», опубликованной в журнале Time-Life в 1965 году, изображена поэтапная эволюция человека от обезьяноподобных предков до современного человека.
Если распространить эту перспективу за пределы развития человечества, то ранние палеонтологические теории о древней жизни поддерживали идею ортогенеза, или «прогрессивной эволюции», в которой каждое поколение рода продвигалось к более сложным или оптимизированным формам.
Но у эволюции нет финишной черты. Нет конечной цели, нет конечного состояния. Организмы развиваются в результате естественного отбора, действующего в конкретный геологический момент, или просто в результате дрейфа без сильного отбора в каком-либо направлении.
Фото: sciencealert.com
В недавно опубликованном исследовании, которое провёл Джейкоб С. Суисса, доцент кафедры эволюционной биологии растений Университета Теннесси вместе с Макалехом Смитом, стажёром-исследователем Гарвардского университета, финансировавшимся Национальным научным фондом, учёные попытались выяснить, всегда ли односторонняя модель репродуктивной эволюции справедлива для растений.
Было обнаружено обратное явление, у многих видов
папоротников - одной из самых древних групп растений на Земле - эволюция репродуктивных стратегий была двусторонней, причём иногда растения эволюционировали «назад», к менее специализированным формам.
Путь эволюции не является линейным
Давление отбора может измениться в мгновение ока и направить эволюцию в неожиданное русло.
К примеру,
динозавры и млекопитающие. Более 150 миллионов лет динозавры оказывали сильное давление отбора на млекопитающих
юрского периода, которые были вынуждены оставаться маленькими и жить под землёй, чтобы избежать нападения хищников до вымирания.
Затем, около 66 миллионов лет назад, астероид Чикшулуб уничтожил большинство неазиатских динозавров. Внезапно мелкие млекопитающие освободились от сильного давления хищнического отбора и смогли жить над землёй, со временем эволюционировав в более крупные формы, включая человека.
Фото: sciencealert.com
В 1893 году бельгийский палеонтолог Луи Долло выдвинул идею о том, что если организм достиг определённого уровня развития, он не возвращается в прежнее состояние точно таким же образом, как он развивался, даже если он сталкивается с условиями, идентичными тем, в которых он когда-то существовал.
Закон Долло, как его стали называть, подразумевает, что специализация - это улица с односторонним движением, и организмы накапливают слои сложности, которые делают обратную эволюцию невозможной.
Хотя закон Долло подвергался критике, а его первоначальная идея в значительной степени исчезла из популярного дискурса, эта точка зрения по-прежнему оказывает влияние на некоторые аспекты биологии.
Растения и марш прогресса
В музеях эволюция животных часто изображается как прямолинейное продвижение к более высоким стадиям, но это не единственные источники такого повествования. Оно также присутствует в преподавании эволюции размножения у растений.
Самые ранние сосудистые растения - те, у которых есть ткани, способные перемещать воду и минералы по всему растению, - имели безлистные, похожие на стебли структуры, называемые теломами, с капсулами на их кончиках, называемыми спорангиями, которые производили споры.
Фото: sciencealert.com
Теломы выполняли обе важные для растений функции: преобразовывали солнечный свет в энергию с помощью фотосинтеза и выпускали споры для производства новых растений. Ископаемые свидетельствуют о том, что со временем у растений появились более специализированные структуры, которые разделяли эти репродуктивные и фотосинтетические функции.
Продвигаясь по растительным линиям, от спороносных ликофитов до папоротников и цветковых растений, размножение становится всё более и более специализированным. В самом деле, цветок часто изображается как конечная цель ботанической эволюции.
Во всём растительном царстве виды, развившие репродуктивные структуры, такие как семена, шишки и цветки, не возвращались к более простым, недифференцированным формам. Эта закономерность подтверждает прогрессивное усложнение репродуктивной системы. Однако папоротники являются важным исключением.
Эволюционируют, но не всегда вперёд
У папоротников существует множество репродуктивных стратегий. Большинство видов совмещают развитие спор и фотосинтез на одном типе листьев - эта стратегия называется мономорфизмом. Другие разделяют эти функции и имеют один тип листьев для фотосинтеза и другой для размножения - стратегия, называемая диморфизмом.
Фото: sciencealert.com
Если бы модели специализации, широко распространённые среди растений, были универсальными, то ожидалось бы, что, развив диморфизм, род папоротников не сможет сменить курс и вернуться к мономорфизму. Однако, используя коллекции естественной истории и алгоритмы оценки эволюции папоротников, учёные Суисса и Смит обнаружили исключения в этой закономерности.
В семействе, известном как дербянковые папоротники (Blechnaceae), исследователи обнаружили множество случаев, когда растения развивали высокоспециализированный диморфизм, но затем возвращались к более общей форме мономорфизма.
Отсутствие семян придаёт папоротникам гибкость
Почему у папоротников такие гибкие репродуктивные стратегии? Ответ кроется в том, чего у них нет: семян, цветов и плодов. Это отличает их от более чем 350 тысяч видов семенных растений, живущих сегодня на Земле.
Если взять лист плодородного папоротника, уменьшить его в размерах и плотно свернуть в крошечную гранулу, то по сути, получится неоплодотворённое семя - сильно изменённый диморфный лист папоротника в капсуле.
Семена - это всего лишь одна высокоспециализированная структура в наборе репродуктивных признаков, каждый из которых опирается на предыдущий, создавая настолько специфическую форму, что изменить её становится практически невозможно. Но поскольку у живых папоротников нет семян, они могут изменять расположение своих спорообразующих структур на листьях.
Фото: sciencealert.com
Результаты исследований Суисса позволяют предположить, что не вся репродуктивная специализация у растений необратима. Напротив, она может зависеть от того, сколько уровней специализации приобрели растения с течением времени.
В современном быстро меняющемся мире знания того, какие организмы или черты «заперты», может оказаться важным для прогнозирования того, как виды реагируют на новые экологические вызовы и изменения среды обитания, навязанные человеком.
Организмам, эволюционировавшим по «одностороннему» пути, может не хватить гибкости, чтобы реагировать на новые факторы отбора особым образом, и им придётся искать новые стратегии для изменения. У таких видов, как папоротники, даже после специализации может сохраняться способность «эволюционировать назад».
В конечном счёте, новое исследование подчёркивает фундаментальный урок эволюционной биологии: в эволюции нет «правильного» направления, нет марша к конечной цели.
Эволюционные пути больше похожи на запутанную паутину, в которой одни ветви расходятся, другие сходятся, а третьи петляют.