Происхождение будущего

В последних словах последнего предложения книги «О происхождении видов» Чарльз Дарвин вспоминает будущее. «Существует определенная величие в этом взгляде на жизнь, с его многими движущими силами, оно началось с нескольких форм или даже из одной формы, и в то время как эта планета вращалась по устоявшимся законом тяготения, из такого простого начали развиваться и продолжают развиваться бесконечные прекрасные и великолепные формы «. Дарвин признавал, что пока существуют ингредиенты для эволюционного процесса, жизнь имеет потенциал для изменений. Он не считал возможным прогнозировать направление эволюции, но он ожидал что люди окажут на него большое влияние.

В свое время они уже продемонстрировали свою силу таким достижением как одомашнивания, например, выведением собак от волков. Дарвин также признавал, что мы, люди, можем уничтожить целые виды. Он знал о судьбе птицы додо, а в 1874 он подписал петицию об охране последних гигантских черепах Альдабра, сохранившиеся на Сейшельских островах в Индийском океане. Дарвин также ожидал, что наш собственный вид претерпевает изменения. Он предположил, что во время колонизации западными державами других частей мира, некоторые группы людей вымрут.

Но Дарвин также сохранял осторожный оптимизм. «Думая о будущих поколениях», пишет он в «Происхождении человека», «нет никаких оснований опасаться того, что социальные инстинкты утихнут, и мы можем ожидать, что благотворительные привычки стнуть сильнее». И в отличие от других видов животных, люди могут добиться этого изменения сознательно, путем культурного развития.

Сейчас, когда мир отмечает 150-летие публикации «О происхождении видов», ученые продолжают рассуждать о том, что будет происходить дальше. Но многогранность эволюции, по-прежнему делает прогнозы тяжелыми. «Как однажды сказал Йоги Берра: Делать предсказания очень сложно. Особенно о будущем», говорит Стефан Стернс, эволюционный биолог из Йельского университета.

Однако эволюционные биологи также говорят что необходимо безотлагательное понимание того, что ждет нас впереди. Начиная со времен Дарвина, люди имели беспрецедентное влияние на собственную эволюцию. В то же время, наши действия, и влияние на изменение климата, изменения геномов других организмов, или привнесения агрессивных видов, создают новые источники естественного отбора флоры и фауны вокруг нас.

«Решения, которые сделаем мы и наши дети повлекут гораздо большее влияние на ход эволюции в ближайшем будущем, чем физические события «, говорит Эндрю Нолл, палеонтолог Гарвардского университета. Формирование нашего генома Мы можем быть уверены лишь того, что люди, как и другие живые существа, будут продолжать развиваться. «Эволюцию не остановить», говорит Лоуренс Моран из Университета Торонто в Канаде.

Но это не значит, что люди идут путем к превращению в гигантских крикливых, телепатических существ из Star Trek. Это означает лишь, что геном человека будет продолжать изменяться от поколения к поколению. Течение этого процесса вызванный скоростью мутаций. ДНК каждого ребенка содержит около 130 новых мутаций. Большинство из них не влияет на наше самочувствие.

Люди могут передать эти нейтральные мутации потомству без ущерба, и с течением времени, благодаря случайностям, малая часть из них в конце концов распространится в определенных популяциях, или даже в целом биологическом виде. Естественный отбор может способствовать тем мутациям, которые помогают людям выжить и размножаться , распространяться гораздо быстрее, чем нейтральным. Котором именно мутациям естественный отбор будет отдавать предпочтение, однако, зависит от среды, в которой мы живем. И за последние 10000 лет наша окружающая среда резко изменилась.

Цивилизация способствовала распространению новых заболеваний, к которым в конце концов люди приспособились. Но в других случаях, цивилизация оградила нас от окружающей среды, и ослабила силу естественного отбора. Один из наиболее известных примеров эволюции с участием человека является малярия. Первые фермеры вырубили леса и создали поля, где малярийные комары могут откладывать яйца в лужах с водой.

В то время как малярия распространялась, естественный отбор способствовал тем людям, которые имели защиту от этой болезни. Один из таких защитных механизмов происходит от вариации гена гемоглобина, которая затрудняет размножение паразита в клетках крови. Одна копия такого гена снижает вероятность заражения малярией. Две копии приводят серповидно-клеточную анемию. Кроме того, цивилизация также определенным образом притупила силу естественного отбора у людей, в частности, и за 150 лет со времени как Дарвин опубликовал свой труд «Происхождение видов».

Тогда, например, некоторые дети имели несчастье родиться с дефектной копией гена фермента, который расщепляет аминокислоты пищи, которую они потребляли. Это расстройство, известное как фенилкетонурия, как правило, приводит к тяжелым повреждениям мозга.

Довольно мало людей с серьезным случаем фенилкетонурии могли бы передать свои гены. Но сегодня, когда ученые знают, что вызывает эту болезнь, люди с фенилкетонурией будучи осторожным относительно пищевых продуктов, которые они употребляют, могут наслаждаться нормальной жизнью, и они передают свои гены своим детям. Другие медицинские достижения, от очков к антибиотикам, могут также позволить потенциально пагубным генам стать более распространенными, чем в прошлом.

Однако прогресс медицины и другие изменения в жизни человека не прекращают естественный отбор и не прекратят его в будущем. ВИЧ, например, впервые превратился в человеческой патоген в начале 1900-х и сегодня вызывает опустошительные последствия во многих частях мира. Гены которые обеспечивают определенную устойчивость к вирусу, могут испытывать положительного отбора в местностях, где ВИЧ встречается особенно часто.

Даже в богатых регионах мира, таких как США, естественный отбор не прекратился. Незначительные различия в здоровье людей влияют на то, сколько детей их имеют и, следовательно, могут постепенно изменить целые популяции. В докладе, опубликованном в журнале «Труды Национальной Академии Наук (Proceedings of the National Academy of Sciences), Стернс и коллеги документально обосновывают пример естественного отбора у 2238 женщин США.

Эти женщины являются субъектами «Программы изучения здоровья сердца Фрамингем» (Framingham Heart Study), которая отслеживала здоровье тысяч людей в городе Фрамингем, штат Массачусетс, с 1948 года . Ученые искали признаки, которые соотносились с наличием большего количества детей. Затем они проверили эти черты, как правило, передаются от матери к ребенку, другими словами, являются ли они генетически обусловленными.

Ученые обнаружили, что несколько черт действительно испытывают положительного естественного отбора . Женщины с генетической тенденцией к низкому уровню холестерина, например, имели больше детей, в среднем, чем женщины с высоким уровнем холестерина. Большая масса тела была также связана с большим репродуктивным успехом, так же как меньший рост, ниже артериальное давление, поздний возраст наступления менопаузы и рождение первого ребенка в более раннем возрасте.

Стернс и его коллеги определили какие признаки испытывают эволюционного давления, но пока они точно не определили, какие преимущества дает каждая из этих признаков — ситуация, с которой часто сталкиваются эволюционные биологи когда документируют естественный отбор . Несмотря на это, исходя из давления естественного отбора что они измерили, ученые предполагают, что после 10 поколений, женщины Фрамингему рожать детей, будучи, в среднем, на несколько месяцев моложе, чем сегодня, имея на 3,6% ниже уровень холестерина , и на 1,3% ниже ростом. Конечно, и этот прогноз может измениться.

Если, например, женщины с высоким уровнем холестерина, благодаря лекарству снижающими этот уровень, смогут иметь высокую рождаемость, говорит Стернс, различия в репродуктивном успехе исчезнут. » Отбор всегда работает «, говорит Стернс», но черты, на которые он влияет, меняются в зависимости от окружающей среды и культуры.

» Вполне возможно, что наряду с естественным отбором, однажды генная инженерия сможет напрямую изменять ДНК человека. В сентябре ученые в Национальном центра изучения приматов штата Орегон сообщили, что они могут заменить ДНК в митохондриях эмбрионов обезьян на митохондриальную ДНК других обезьян.

В июле ученые Центра регенеративной медицины в Барселоне, Испания, сообщили, что они соединили человеческие стволовые клетки с генами наследственного заболевания крови. Оба исследования показывают , что в конечном итоге ученые смогут изменять гены будущих поколений. Но даже если в наше время родится ребенок с искусственно изменение генами, эта веха не будет иметь большого значения для эволюции всего вида.

Эти единичные гены будут «засыпаны» миллиардами мутаций, которые каждый год возникают естественным путем у новорожденных младенцев. И хотя «искусственные» гены вряд ли могут обеспечить достаточную репродуктивное преимущество, чтобы начать распространяться самостоятельно, они могут стать довольно распространенными.

Джон Хоукс, антрополог из Университета штата Висконсин в Мэдисоне, считает, что если генная инженерия станет достаточно дешевой и обеспечит привлекательные черты, такие как стройность — такие гены станут распространяться благодаря экономике даже если они не смогут распространяться посредством естественного отбора: «Я думаю, что люди будут покупать такие гены», говорит Хокс. Эволюция с помощью человека Генетически измененные люди могут все еще быть научной фантастикой, но генетически измененные животные, растения и микробы уже существуют.

В 2008 году фермеры посадили 125 000 000 гектаров генетически модифицированных сельскохозяйственных культур. Многие из этих культур несут гены других видов. Например, кукуруза, хлопок и другие растения являются носителями гена, который происходит из бактериального генома, и производит фермент, который убивает насекомых.

В крупных странах, таких как Китай и Индия, резко наращивается использования генетически модифицированных сельскохозяйственных культур, и эта эволюционная тенденция скорее всего продолжится. В ближайшем будущем ученые начнут менять живые организмы более глубоким образом, и производить новые виды с нуля.

Их идея состоит в том, чтобы разработать микробы на компьютере, соединяя гены с различными функциями в генетические сети. Затем ученые смогут синтезировать новый геном с ДНК и вставить его в пустую микробную клетку. Дж. Крейг Вентер и его коллеги из института Вентера в Роквилле, штат Мэриленд, сделали ряд важных шагов для достижения этой цели, такие, как выполнение «пересадки генома» в микроорганизм. Если Вентер преуспеет, его искусственная клетка будет триумфом человеческой изобретательности, но станет, вероятно, лишь в незначительной погрешностью на экране биосферы.

Биологи, занимающиеся созданием организмов, хотят, чтобы микробы служить нашим целям, таким как производство топлива и медикаментов. Отягощенный генами для выполнения этих функций, такой микроб, вероятно , будет плохо подготовлен для конкуренции с дикими видами, которые приспосабливались на протяжении миллионов лет.

В будущем, синтетические микробы вероятно смогут выжить только в приюте лаборатории или ферментационного аппарата. «Я позволю себе сделать такой прогноз», говорит Адам Уилкинс, биолог из Кембриджского университета в Великобритании. «Такого рода биотехнология может преуспеть в создании достаточно странных и прекрасных организмов.

Но их чистое влияние на эволюцию за пределами лаборатории будет нулевым «. Но люди, как замечает Уилкинс, не нуждаются синтетической биологии, чтобы иметь большое влияние на эволюцию живого. Бензопилок, сеток, и заводских труб более чем достаточно. Многие промышленные рыболовных предприятий, например , установили правила ловли только большей за определенный размер рыбы. В результате, естественный отбор способствовал рыбам, которые достигают половой зрелости имея меньший размер.

На суше, охотники создали аналогичный эффект, охотясь на крупную дичь. Снежные бараны, например, сейчас вырастают с рогами на 25% меньше, чем это было 30 лет назад. Люди вызвали вспышку эволюционных изменений также и путем привнесения видов на новые места обитания. В Австралии, например, тростниковые жабы завезены из Южной Америки в 1935 году, стали вредителями континентального масштаба. Они пожирают небольшие местные виды, и их ядовитая кожа убивает некоторых из хищников охотящихся на них. Ученые обнаружили, что в своей новой квартире лягушки эволюционируют: на «передовой» завоевания лягушки имеют более длинные ноги и двигаются быстрее, чем их предки, это ускоряет вторжения.

Аборигенные виды также реагируют. Австралийские змеи развивают сопротивление к яду тростниковой жабы. Стивен Пелумби, биолог из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, предполагает, вызванного человеком естественный отбор станет намного сильнее в будущем. «В прошлом веке человечество вызывало большие последствия, и это было не везде «, говорит Пелумби.» Но глобальные изменения климата действуют по всему миру, и по-другому «. Растения и животные уже реагируют на климатические, смещая ареалы своего обитания, пытаясь найти удобную температуру. Но переселение не будет возможным для многих видов, которые сталкиваются с физическими препятствиями, такими, как пустыни или города.

Они должны адаптироваться, чтобы выжить — процессы, ученые уже обнаружили у некоторых видов, таких как красные белки в Канаде, которые приспособились размножаться ранней весной. Возросший уровень двуокиси углерода создает вторую волну эволюционного давления, когда СО2 растворяется в мировом океане. Там он превращается в угольную кислоту и снижает рН.

Подкисление, что происходит, затрудняет для кораллов и других морских животных строить скелеты и раковины из карбоната кальция. организмам придется адаптироваться, чтобы выжить в этих новых условиях. «Мы знаем, что организмы могут быстро эволюционировать, но меняются они быстро?» спрашивает Пелумби. Он и многие другие ученые подозревают, что для многих видов, ответом является «нет». Если мы не смягчим влияние на биосферу, предупреждают они, особенностью эволюции в ближайшем будущем будут вымирания.

Нолл указывает на некоторые тревожные параллели между сегодняшним кризисом и событиями, которые повлекли массовое вымирание животных 252 млн лет назад, уничтожив, по оценкам, 96% видов, обитавших в океанах и 70% видов на суше. Быстрое увеличение уровня углекислого газа в атмосфере привело, среди прочего, подкисление океана. Животные, которые зависят от карбоната кальция, «имели около 90% вероятность исчезновения», говорит Нолл. «Кораллы, губки, брахиоподы, все они погибли. » Нолл не ожидает что массовое вымирание вызвано человеком будет столь же катастрофическим как и то древнее. Но оно может быть невероятно большим. »

Если мы потеряем половину видов на планете, наши внуки не увидят их восстановления», говорит Нолл. «Это займет миллионы лет «. Снижение биоразнообразия может привести крах многих экосистем. В сочетании с быстрым ростом глобальных температур, закисление океана и другими изменениями, мы можем подтолкнуть окружающую среду до состояния, с которым мы, как цивилизация, никогда еще не сталкивались. Такое напряжение может привести к интенсивному естественному отбору и к нашему виду. Взгляд в будущее Так или иначе, жизнь переживет нынешний кризис.

Но в любом направлении двигаться жизни в очень далеком будущем? Чтобы выяснить это, планетолог Кинг-Фай Ли из Калифорнийского технологического института в Пасадене и его коллеги построили модель поведения Земли и Солнца и наблюдали как они эволюционируют в течение миллиардов лет. Согласно их модели, солнце становится ярче, как это и происходит с момента его образования. Дополнительная энергия ускоряет процесс выведения углекислого газа из атмосферы Земли, охлаждая ее.

Но примерно через 2 миллиарда лет, это охлаждение прекратится, и Земля будет нагреваться, превращаясь в конце концов в ее неживую соседку, Венеру.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Добавить комментарий