Пам’ятай предків!

Будь-який нині живе складний організм — продукт тривалої еволюції, і цей процес анітрохи не схожий на будівництво за заданими кресленнями. Це був шлях проб і помилок, але не керований волею, а той, хто спирається на випадкові зміни в геномі і природний відбір, який не раз призводив не до розвитку, а до глухого кута і вимирання. Свідченням цього є різноманітні сліди, які еволюційний процес залишив в організмі людини та інших живих істот.

Йдеться про атавізми і рудименти — ці поняття часто сусідять один з одним, іноді викликають плутанину і мають різну природу. Найпростіший і, напевно, найвідоміший приклад, в якому сусідять обидва поняття, відноситься до, так би мовити, нижньої частини людського тіла. Копчик, закінчення хребта, в якому зрослися кілька хребців, визнаний рудиментарним. Це рудимент хвоста. Хвіст, як відомо, є у багатьох хребетних, але нам, Homo sapiens, він начебто і ні до чого. Однак природа чомусь зберегла людині залишок цього колись функціонального органу. Немовлята зі справжнім хвостом вкрай рідко, але все ж народжуються. Іноді це просто порожній, наповнений жировою тканиною, часом хвіст містить в собі перетворені хребці, і його володар навіть здатний ворушити своїм нежданим придбанням. В даному випадку можна говорити про атавізм, про прояв у фенотипі органу, який був у далеких предків, але був відсутній у найближчих.

Отже, рудимент — норма, атавізм — відхилення. Живі істоти з атавістичними відхиленнями виглядають часом лякаюче і в силу цього, а також через рідкість явища викликають великий інтерес з боку широкої публіки. Але ще більше атавізмами цікавляться вчені-еволюціоністи, і саме тому, що ці «потворства» дають цікаві підказки з історії життя на Землі.

Таємниця, прихована в яйці

Жоден із сучасних птахів не має зубів. Точніше, так: є птахи, наприклад деякі види гусей, які мають у дзьобі ряд дрібних гострих виростів. Але, як кажуть біологи, ці «зуби» не гомологічні справжнім зубам, а є саме виростами, які допомагають утримувати в дзьобі, наприклад, слизьку рибину. При цьому у предків птахів зуби обов’язково повинні були бути, адже вони нащадки теропод, хижих динозаврів. Відомі і останки копалин птахів, у яких зуби були. Точно не зрозуміло, з яких причин (можливо, через зміну типу харчування або з метою полегшення тіла для польоту) природний відбір позбавив птахів зубів, і можна було б припустити, що в геномі сучасних пернатих генів, що відповідають за формування зубів, вже не залишилося. Але це виявилося неправдою. Причому задовго до того, як людство щось дізналося про гени, на початку XIX століття здогадку про те, що і сучасні птахи можуть відрощувати подобу зубів, висловив французький зоолог Етьєн Жоффруа Сент-Ілер. Він спостерігав якісь вирости на дзьобі ембріонів папуг. Це відкриття викликало сумніви і толки і було врешті-решт забуто.

А майже десять років тому, в 2006 році, американський біолог Метью Харріс з Університету штату Вісконсін помітив на кінці дзьоба ембріона курки вирости, що нагадують зуби. Ембріон був схильний до смертельної генетичної мутації talpid 2 і не мав шансів дожити до вилуплення з яйця. Однак за час цього короткого життя в дзьобі курча виробилися два типи тканин, з яких формуються зуби. Будівельний матеріал для подібних тканин гени сучасних птахів не кодують — ця здатність була втрачена предками пернатих десятки мільйонів років тому. Зародки зубів у ембріона курки не були схожі на тупоконечні моляри ссавців — вони мали загострену конічну форму, зовсім як у крокодилів, які, як динозаври і птахи, включаються в групу архозаврів. До речі, вирощувати моляри у курок пробували і успішно, коли методом генної інженерії впроваджували в курячий геном гени, що відповідають за розвиток зубів у мишей. Але зуби ембріона, якого досліджував Харріс, з’явилися без будь-якого стороннього втручання. «Зубні» тканини виникали завдяки суто курячим генам. Отже, ці гени, які не проявлялися в фенотипі, дрімали десь в глибині геному, і лише фатальна мутація їх пробудила. Для підтвердження свого припущення Харріс провів експеримент з курчатами, які вже вилупилися. Він заразив їх вірусом, штучно створеним методом генної інженерії, — вірус імітував молекулярні сигнали, що виникають при мутації talpid 2. Експеримент приніс результат: на дзьобі курчат на короткий час з’являлися зуби, які потім безслідно розчинялися в тканині дзьоба. Роботу Харріса можна вважати доказом того факту, що атавістичні ознаки є наслідок порушень у розвитку зародку, які пробуджують давно замовклі гени, і головне — гени давно втрачених ознак можуть продовжувати перебувати в геномі майже 100 млн років потому після того, як еволюція ці ознаки знищила. Чому таке відбувається, точно невідомо. Згідно з однією з гіпотез, гени, які «мовчать», можуть виявитися не зовсім мовчущими. У генів є властивість плейотропічності — це можливість одночасного впливу не на одну, а на кілька фенотипічних рис. У цьому випадку одна з функцій може бути блокована іншим геном, при тому що інші залишаються цілком «робочими».

Дивна живучість

Дізнатися про зубастих курчат і зробити відкриття вдалося майже випадково — все через те, що, як вже говорилося, мутація вбивала ембріон ще до появи на світ. Але очевидно, що мутації або інші зміни, що викликають до життя стародавні гени, можуть виявитися і не настільки фатальними. Інакше як пояснити набагато більш відомі випадки атавізмів, виявлених у цілком життєздатних істот? Цілком сумісні з життям такі спостережувані у людини атавізми, як багатопальцевість (полідактилія) на руках і ногах, багатососковість, що трапляється і у вищих приматів. Полідактилія властива коням, які при нормальному розвитку ходять на одному пальці, ніготь якого перетворився на копито. Але для стародавніх предків коні багатопальцевість була нормою.

Існують окремі випадки, коли атавізм призвів до серйозного еволюційного повороту в житті організмів. Кліщі сімейства Crotonidae атавістичним шляхом повернулися до статевого розмноження, в той час як їх предки розмножувалися партеногенезом. Щось подібне сталося у яструбинки волосистої (Hieracium pilosella) — трав’янистої рослини сімейства астрових.

Далеко не всі, кого в зоології називають чотирилапими (tetrapoda), четвероноги насправді. Наприклад, змії і китоподібні походять від сухопутних предків і також включаються в надклас tetrapoda. Змії втратили кінцівки начисто, у китоподібних передні кінцівки стали плавниками, а задні практично зникли. Але поява атавістичних кінцівок позначена як у змій, так і у китоподібних. Відомі випадки, коли у дельфінів виявлялася пара задніх плавників, і чотирилапість ніби відновлювалася.

Удави і пітони мають так звані анальні шпори — одиночні кігті, що є рудиментом задніх ніг. Відомі випадки появи змій атавістичних кінцівок

Більше кістка — більше потомства

Втім, про чотирилапість у китів нагадує дещо ще, і тут ми переходимо до області рудиментів. Справа в тому, що у деяких видів китоподібних збереглися рудименти тазових кісток. Ці кістки вже давно не пов’язані з хребтом, а значить, і зі скелетом в цілому. Але що змусило природу зберегти інформацію про них у генному коді і передавати її у спадок? У цьому головна загадка всього явища під назвою рудиментація. Згідно з сучасними науковими уявленнями, про рудименти не завжди можна говорити як про зайві або марні органи і структури. Найімовірніше, одна з причин їх збереження саме в тому, що еволюція знайшла рудиментам нове, не властиве раніше застосування. У 2014 році американські дослідники з Університету Південної Кароліни опублікували в журналі Evolution цікаву роботу. Вчені досліджували розміри тазових кісток китів і дійшли висновку, що ці розміри корелюються з розміром пенісів, а м’язи пеніса кріпляться якраз до рудиментарних тазових кісток. Таким чином, від величини кістки залежала величина китового статевого органу, а великий пеніс зумовлював успіх у розмноженні.

Навіщо киту тазРудиментарні

кістки таза деяких китоподібних давно втратили свою початкову функцію, проте їх марність поставлена під сумнів. Цей рудимент не тільки нагадує про те, що кити сталися від чотириногих, а й відіграє актуальну роль у процесі розмноження’) «» >

Навіщо киту тазРудиментарні

кістки таза деяких китоподібних давно втратили свою початкову функцію, проте їх марність поставлена під сумнів. Цей рудимент не тільки нагадує про те, що кити сталися від чотириногих, а й відіграє актуальну роль у процесі розмноження

Те саме з людським копачем, згаданим на початку статті. Незважаючи на рудиментарне походження, ця ділянка хребта має чимало функцій. Зокрема, до нього кріпляться м’язи, задіяні в управлінні сечостатевою системою, а також частина пучків великого сідничного м’яза.

Апендикс — червеобразный отросток слепой кишки — иногда доставляет человеку немало неприятностей, воспаляясь и вызывая необходимость хирургического вмешательства. У травоїдних тварин він має значний розмір і був «сконструйований» для того, щоб служити свого роду біореактором для ферментації целюлози, яка є конструктивним матеріалом рослинних клітин, але погано перетравлюється. У людському організмі такої функції у апендикса немає, але є інша. Кишковий відросток — це свого роду розплідник для кишкової палички, де оригінальна флора сліпої кишки зберігається в недоторканності і розмножується. Видалення апендиксу тягне за собою погіршення стану мікрофлори, для відновлення якої доводиться застосовувати лікарські препарати. Також цей орган відіграє певну роль в імунній системі організму.

Очі у кротів, що живуть під землею, а також у протеїв — земноводних, що мешкають у воді в темних печерах, відносяться до рудиментів. Користі від них трохи, чого не скажеш про крила страуса. Вони грають роль аеродинамічних рулей при бігу, використовуються для оборони. Самки захищають крилами пташенят від палючих променів сонця

Набагато важче побачити користь від рудиментів, як, наприклад, вушні м «язи або зуби мудрості. Або очі у кротів — ці органи зору рудиментарні і нічого не бачать, але можуть стати «воротами» інфекції. Проте поспішати оголошувати щось у природі зайвим явно не варто.