Раздел генетики, изучающий механизмы изменения активности генов или признаков организма без изменения последовательности ДНК, называется эпигенетикой. У этой науки очень точное название, переводящееся как «на генетике» (греческое «эпи-» указывает пребывание на чем-то, поверх чего-то). Как метко выразился британский биолог Питер Медавар «Генетика предполагает, а эпигенетика располагает». Природа может «писать» какие угодно коды, но все зависит от того, как именно эти коды будут реализованы.
Одноклеточные организмы, образующие пленку колоний-кластеров, могут «включать» те гены, которые придают их мембранам особую прочность. Другие организмы того же кластера могут «включать» гены, стимулирующие выработку расщепляющих ферментов. Ну и так далее… Если эту способность к включению и выключению определенных генов наложить на бесконечный случайный поток мутаций, то кластер одноклеточных организмов получит неплохие шансы превратиться в многоклеточный организм, ведь к случайным мутациям добавится возможность считывать информацию с нужных генов.
«Но позвольте! – скажут сейчас читатели, сведущие в генетике. – Приобретенные в течение жизни признаки не наследуются, это и ежу известно. Например, шея у жирафа вытянулась не из-за стремления к высоко расположенным листьям, а из-за того, что на протяжении многих поколений больше шансов на выживание и оставление потомства имели особи с более длинной шеей. Они могли питаться листьями, которые были недоступны их собратьям, следовательно, они питались лучше, были крупнее, сильнее, здоровее и оставляли больше потомства, чем особи с короткой шеей… Со временем «длинношеесть» закрепилась у жирафов в геноме».
Да, так оно и есть, случайно возникшая «длинношеесть» закрепилась у жирафов в геноме, поскольку оказалась полезным признаком. Однако недавно выяснилось, что молекулы РНК, блокирующие считывание информации с определенных участков молекул ДНК, могут попадать в оплодотворенную яйцеклетку с цитоплазмой и содержимым ядер яйцеклетки и сперматозоида.
Не обязаны попадать, как молекулы ДНК, которые в обязательном порядке передаются дочерним клеткам от материнской, но могут попадать… А попав в оплодотворенную яйцеклетку, эти молекулы копируются и передаются от клетки к клетке при делении. Вот вам и механизм передачи приспособительных модификаций по наследству.
Одни и те же клетки могут становиться «честными» или «обманщиками» (генеративными) вследствие различного считывания генетической информации, без наследуемого изменения ее! Все определяется ситуацией, внешними факторами, условиями окружающей среды.
Обратите особое внимание на следующее обстоятельство. Способность безъядерной клетки к модификационной изменчивости гораздо ниже аналогичной способности эукариотической (ядерной) клетки. Изоляция наследственного материала в клеточном ядре способствует лучшей регуляции активности генов, позволяет считывать информацию более направленно. Образно говоря, спрятавшись за ядерной оболочкой от того хаоса, который царит в цитоплазме клетки, гены получают возможность спокойно решить, кто именно будет предоставлять информацию для синтеза белков, и создать инструменты, необходимые для правильного считывания информации. Возможно, именно по этой причине все многоклеточные организмы относятся к прокариотам.
На организменном уровне организации жизни впервые появились процессы, выражающие ее сущность, такие как обмен веществ и энергии или способность к размножению.
На организменном уровне осуществляется общение между особями как внутри одного вида, так и между видами – одни виды питаются другими и т. д.
Благодаря постоянству своей внутренней среды, организмы создают в биосфере особую среду жизни – биотическую, в которой они выступают в качестве хозяев, обеспечивающих проживание других организмов. Другие организмы могут селиться как внутри организма-хозяина, так и на нем. В организме человека, преимущественно на коже и в толстой кишке, в норме обитает несколько тысяч видов бактерий. Это наши естественные сожители, микроорганизмы, которые не причиняют нам никакого вреда.
В завершение главы – программный вопрос.
В чем выражается глобальная роль организмов и организменного уровня организации жизни в целом?
Она заключается в поддержании структуры и устойчивости биосферы. Организмы, как непосредственные участники пищевых цепей2, обеспечивают биологический круговорот и трансформацию энергии в биогеоценозах.
Интересное происхождение имеет слово «организм». Оно происходит от латинского «организо», означающего «упорядочение», «приведение в стройный вид», а «организо», в свою очередь, происходит от греческого «органон» – «орудие». Организм – это орудие, преобразующее природу, как-то так.
Глава девятаяПопуляционно-видовой уровень организации
«Самые прекрасные виды обладают лишь той красотой, которой мы их наделяем», – сказал французский писатель Оноре де Бальзак. И правильно сказал, потому что все так и есть. Одними биологическими видами мы традиционно восхищаемся, а другие вызывают у нас отвращение. Пантеру или кошку мы считаем красивыми, грациозными, изящными, а вот крыса какая-то не такая, верно? А ведь если вдуматься и вглядеться, то между кошкой и крысой разницы мало. И та, и другая – хвостатые четвероногие животные, покрытые шерстью, разве что кошка покрупнее, но ведь любят не за размер, а за душевные качества…
Впрочем, давайте оставим лирику в покое и вернемся к нашей драгоценной биологии, науке наук и основе основ. В этой главе речь пойдет о биологических видах и популяциях, на которые подразделяются эти виды по местам своего обитания.
Биологический вид – это основная структурная единица биологической систематики живых организмов. Все живое на планете разбито на виды. Мы с вами относимся к биологическому виду Человек разумный (Homo sapiens) из рода Люди (Homo), который входит в семейство гоминид из отряда приматов класса млекопитающих.
Понятие вида – это фундамент, на котором стоит наука биология.
Вид объединяет особей, имеющих общее строение, а также общие физиологические, биохимические и поведенческие признаки, способных к взаимному скрещиванию и дающих плодовитое потомство, распространенных в пределах определенного ареала и сходно изменяющихся под влиянием факторов внешней среды.
То же самое можно сказать иначе: «Вид – это группа особей, обладающих схожими морфологическими, физиологическими, биохимическими, генетическими, географическими и экологическими критериями».
Давайте разберемся с критериями вида, при помощи которых один вид отличают от другого.
Морфология – это наука о форме и строении организмов. Морфологический критерий определяет внешние признаки особей, входящих в состав определенного вида.
Морфологический критерий – самый удобный из критериев. Систематика начинается с морфологии. Но одного лишь морфологического сходства недостаточно для объединения организмов в один вид.
В природе существуют так называемые виды-двойники, не имеющие заметных внешних различий, но не скрещивающиеся из-за наличия разных хромосомных наборов. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника, один из которых имеет 38 хромосом (это хорошо известный, широко распространенный вид), а другой, обитающий в Юго-восточной Азии, имеет 42 хромосомы.
Бывает и иначе – внутри одного вида могут наблюдаться существенные морфологические различия. Так, например, гадюка обыкновенная может иметь различную окраску, начиная с темно-серой и заканчивая золотисто-желтой. А как отличаются друг от друга собаки разных пород! Но при этом все собаки составляют даже не биологический вид, а только подвид (группу в пределах вида) вида Волки. Да, представьте себе, и йоркширский терьер, и колли, и сенбернар относятся к одному подвиду.
Следом за морфологическим идет физиологический критерий, определяющий сходство жизненных процессов, первым среди которых является возможность скрещивания между особями с образованием плодовитого потомства. Ключевое слово – плодовитого. Выше было сказано о том, что в ряде случаев особи разных видов (например – лошади и ослы) могут давать потомство, но это потомство плодовитым не будет.
Впрочем, из этого правила есть некоторое количество исключений в животном мире и довольно много – в растительном.
При скрещивании между некоторыми видами животных, преимущественно птиц, могут образовываться плодовитые гибриды, например – гибриды желтой канарейки с венесуэльским чижом или с обычным чижом. В растительном мире примером плодовитого гибрида может служить гибрид тополя и осины, названный тополем Яблокова в честь советского селекционера Александра Яблокова. Это стройное дерево с пирамидальной кроной и листьями, похожими на листья осины.
Тополь Яблокова
Но, как шутят ученые, исключения не опровергают правила, а подтверждают его. Говоря о возможности скрещивания между особями одного вида с образованием потомства, не забывайте про слово «плодовитого».
Бывает ли в природе так, что особи одного вида не могут скрещиваться?
Этот коварный вопрос любят задавать экзаменаторы. Услышав в ответ твердое и решительное «Нет!», они хмурят брови и советуют хорошенько подумать…
А ведь если хорошенько подумать, то можно представить такую ситуацию, в которой скрещивания между особями одного и того же вида происходить не может. У любого растения период цветения зависит не от календаря, а от условий окружающей среды. На открытых местах, где много солнечного света, растения зацветают раньше, чем те, которые растут в тени. Разные сроки цветения – это разные сроки готовности к опылению, к скрещиванию. Между двумя близкорасположенными популяциями одуванчика – луговой и лесной – скрещивания не будет, несмотря на принадлежность к одному и тому же виду.
Можно привести иной пример – невозможность полового акта между самцом породы ньюфаундленд и самкой чихуахуа, вызванную значительной разницей в их размерах. С биологической точки зрения сперматозоиды ньюфаундленда могут оплодотворить яйцеклетку чихуахуа, но морфологическая разница препятствует скрещиванию этих пород в естественных условиях.