Никаких изменений в генетической конституции при этом не произошло, так как мы имеем дело с одним и тем же животным. Эксперимент с гормональным воздействием показывает, что глубокие структурные и функциональные превращения, которые приписывают модификациям, ведущим к появлению различных родов, могут быть достигнуты без изменения генетической конституции. Вмешательство регуляторных молекул может за несколько дней создать то, что, как считалось, занимает много миллионов лет.

Из всего этого вытекают следующие выводы:

1) одна из основных ступеней эволюции, описываемая обычно как "завоевание позвоночными суши", может быть воспроизведена путем воздействия химического сигнала – гормона тироксина;

2) возникающие при этом изменения затрагивают морфологию и анатомию организма, физиологические процессы и способность к размножению;

3) эти изменения можно получить экспериментально, вводя животному гормон щитовидной железы или удаляя эту железу;

4) одним из внешних химических сигналов, воздействующих на этот процесс, служит также вода;

5) возможно, зависимость между внешним и внутренним химическими сигналами носит такой же характер, как и при инициации секреции медиаторов. В этом случае рецепторы клеточной поверхности связываются гидрофильными сигнальными молекулами, что ведет к секреции химического агента;

6) совершенно очевидно, что столь важный эволюционный процесс занимает всего несколько дней, не требуя никаких медленных и постепенных модификаций.

Трансформация кристаллов при переносе из водной среды в воздушную

Структура простых химических веществ также изменяется при переносе в среды с различным содержанием воды. Детально изученный пример такого рода – снежинки. По мере перемещения снежинок из воздуха в тучу, а затем снова в воздух форма кристаллов быстро изменяется и становится очень разнообразной. На этот процесс влияет также температура.

Примечательно, что все варианты снежинок имеют гексагональную форму. Таким образом, сохраняется основной тип структуры, эквивалентный генотипу живых организмов, но в то же время этот тип допускает широкую изменчивость формы, что эквивалентно фенотипу растений и животных.

Рис. 2. Различия формы кристаллов и органов растений при переходе из водной среды в воздушную. А. Различные стадии образования снежинок и изменение их формы по мере их передвижения через тучу и вхождения в находящееся под ней воздушное пространство. Содержание водяных парой и температура в разных частях тучи и под ней варьируют. Б. Различная форма листьев у трех видов покрытосеменных в зависимости от того, находятся ли они в воде или в воздухе

Рис. 3. Различия формы некоторых структур у растений в водной и воздушной средах, A. Ranunculus peltatus образует листья трех типов: погруженные со многими линейными структурами, переходные – с немногочисленными линейными структурами и с плавающими иа поверхности воды широкими листьями. Б. Различия габитуса и формы листьев у четырех растений, происходящих от одного и того же клона Poientilla glan dulosa, но выросших в разных условиях

Трансформация растений при переходе из водной среды в воздушную и "стирание" гена

Сходство между модификациями, происходящими в химических веществах и в живых организмах, становится еще более очевидным при внимательном анализе изменений, которые претерпевают растения при выходе из воды на сушу.

У многих видов растений, таких, как Ranunculus, Alisma и Sagittaria, листья имеют линейную или яйцевидно-ланцетовидную форму в зависимости от того, формируются ли они в воде или в воздухе соответственно. Все клетки растения имеют один и тот же генотип, но тем не менее, совершенно разные фенотипы в зависимости от содержания воды в среде.

Для понимания эволюции и роли, которую играет в ней внешняя среда, очень важно выяснить, могут ли структуры, возникшие при разном содержании воды в среде, стать постоянными или они лишь временные. Эксперименты, проведенные на плюще Hedera, частично ответили на этот вопрос. У плюща листья также бывают двух типов: молодые листья рассеченные, а зрелые листья, появляющиеся на стадии размножения, – цельные. Отводки, взятые с цветущей ветки плюща, продолжают давать только цельные листья. Эта форма листа сохраняется независимо от числа происходящих клеточных делений и размеров растений. Ювенильная форма листа вновь появляется лишь тогда, когда растение размножается семенами, т.е. когда его клетки претерпевают меиотическое деление.

Это позволяет считать, что прохождение через половые клетки изменяет экспрессию гена. У кукурузы и у насекомого Sciara функция одного из генов изменяется в результате прохождения через клетки зародышевой линии. Это показывает, что у Hedera изменение формы листьев было вызвано генетической модификацией, которая способна репродуцироваться только в результате прохождения через клетки зародышевого пути. Такой паттерн листа создается в результате генетического состояния, которое оставалось стабильным на протяжении многих клеточных делений или циклов размножения, но может быть стерто при возникновении новых условий, таких как половое размножение. У таких наземноводных растений, как Ranunculus, листья, находящиеся в воде, – рассеченные, находящиеся на воздухе – цельные. Цветки образуются на воздушных частях растения, и в этих цветках завязываются семена, у которых совершенно стерт паттерн цельных листьев, поскольку у молодых растений развиваются только дольчатые листья.

Клеточная память и ее стирание теперь четко установлены на молекулярном уровне. Клетки личинок дрозофилы можно бесконечно долго выращивать в культуре и при этом они не теряют способность формировать взрослые структуры: если добавить к культуре соответствующий гормон, то происходит быстрая дифференцировка с образованием таких структур. Стирание гена на уровне транскрипции недавно было подробно исследовано на гене 5S-PHK шпорцевой лягушки Xenopus.

Изменения характера структуры, зависящие от развития и от среды, давно уже смущали н ставили в тупик и генетиков, и эволюционистов. Явления запрограммированности и стирания, которые теперь хорошо изучены, позволяют гораздо лучше понять эти два процесса и их взаимозависимость в становлении эволюции.

Трансформации птиц при переходе из водной среды в воздушную

Форму тела водоплавающих птиц и птиц, частично живущих на болотах, назвали "адаптацией", тем самым как бы дав ей объяснение.

Если, однако, сравнивать то, что происходит со снежинками и с водными растениями, с одной стороны, с тем, что наблюдается у водоплавающих птиц, – с другой, то это предстанет в ином свете. У растений вода способствует образованию линейных или рассеченных листьев, тогда как в воздухе обычно образуются яйцевидные или широкие листья. У водоплавающих птиц между пальцами имеются широкие перепонки, тогда как у птиц, проводящих свою жизнь преимущественно в воздушной среде, таких перепонок нет. У болотных куликов длинные ноги, обычно погруженные в воду.