stringtranslate.com

Бесконечные формы прекраснейшие (книга)

«Бесконечные формы, самые прекрасные: новая наука об эво-дево и создание царства животных» — книга молекулярного биолога Шона Б. Кэрролла , изданная в 2005 году . В ней представлено резюме новой области эволюционной биологии развития и роли генов-инструментариев . Она получила множество наград за научную коммуникацию.

Несколько спорный [1] аргумент книги заключается в том, что эволюция у животных (хотя, без сомнения, подобные процессы происходят и у других организмов) происходит в основном путем изменения способа, которым регуляторные гены, которые не кодируют структурные белки (например, ферменты ), контролируют эмбриональное развитие . В свою очередь, эти регуляторные гены оказываются основанными на очень старом наборе высококонсервативных генов, которые Кэрролл называет набором инструментов. Почти идентичные последовательности можно найти во всем животном мире, что означает, что гены набора инструментов, такие как Hox, должны были эволюционировать до кембрийской радиации , которая создала большинство планов тела животных , существующих сегодня. Эти гены используются и используются повторно, иногда путем дублирования, но гораздо чаще путем применения в неизменном виде к новым функциям. Таким образом, один и тот же сигнал может быть дан в разное время развития, в другой части эмбриона, создавая разный эффект на взрослое тело. По мнению Кэрролла, это объясняет, как так много форм тела создается с таким малым количеством структурных генов .

Книга получила высокую оценку критиков и была названа самой важной научно-популярной книгой со времен «Слепого часовщика » Ричарда Докинза . [2]

Автор

Шон Б. Кэрролл в 2008 году

Шон Б. Кэрролл — профессор молекулярной биологии и генетики в Университете Висконсин-Мэдисон . [3] Он изучает эволюцию цис-регуляторных элементов (частей некодирующей ДНК ), которые помогают регулировать экспрессию генов в развивающихся эмбрионах , используя плодовую мушку дрозофилу в качестве модельного организма . [4] [5] За свою работу он получил премию Shaw Scientist Award [6] и премию Stephen Jay Gould Prize [7] .

Книга

Контекст

Название книги цитирует последнее предложение из книги Чарльза Дарвина 1859 года «Происхождение видов» , в которой он описал эволюцию всех живых организмов от общего предка : «бесконечное множество форм, самых прекрасных и самых замечательных, эволюционировало и эволюционирует». [8] Однако Дарвин не смог объяснить, как эти формы тела на самом деле возникли. Современный синтез эволюции и генетики начала 20-го века также в значительной степени игнорировал эмбриональное развитие для объяснения формы организмов, поскольку популяционная генетика, по-видимому, была адекватным объяснением того, как эволюционировали формы. Эта задача была наконец предпринята в конце 20-го века с появлением технологии рекомбинантной ДНК , когда биологи смогли начать исследовать, как на самом деле контролировалось развитие. [9]

Содержание

Тело трилобита состоит из множества похожих модулей (сегментов тела с парами конечностей). Они могли быть созданы путем повторного использования одних и тех же генов набора инструментов .
Часть I. Создание животных.
1. Архитектура животных: современные формы, древние конструкции
Кэрролл утверждает, что многие животные имеют модульную конструкцию с повторяющимися частями, как, например, трилобиты с повторяющимися сегментами или повторяющиеся пальцы человеческой руки .
2. Монстры, мутанты и главные гены
Эмбриологи изучают, как развиваются тела, и аномалии, возникающие в случаях, когда что-то идет не так, например, гомеозисные варианты, когда одна часть тела превращается в другую (например, антенна плодовой мушки становится ногой у мутанта Antennapedia ).
3. От кишечной палочки до слонов
В этой главе рассказывается о генетическом коде и lac-опероне , показывая, что окружающая среда и генетические переключатели вместе контролируют экспрессию генов . Он представляет набор инструментов генов evo-devo .
4. Создание детей: 25 000 генов, требуется некоторая сборка
Кэрролл рассматривает, как контролируется эмбриональное развитие плодовой мушки , и описывает свои собственные открытия (еще в 1994 году).
5. Темная материя генома: Инструкция по использованию набора инструментов
В главе описывается, как гены включаются и выключаются в точно заданной временной последовательности и трехмерной схеме в развивающемся эмбрионе, а также как эта логика может быть изменена эволюцией для создания различных тел животных.
Конечности раков являются высокоспециализированными, адаптированными благодаря изменениям в наборе генов evo-devo по сравнению с простыми конечностями их трилобитоподобных предков.
Этот эмбрион плодовой мушки окрашен, чтобы показать экспрессию некоторых генов (названных таковыми), которые контролируют его развитие .
Часть II. Ископаемые останки, гены и формирование разнообразия животных
6. Большой взрыв эволюции животных
Кембрийская радиация привела к взрывному росту разнообразия планов строения тела животных , от плоских червей и моллюсков до членистоногих и позвоночных . Кэрролл объясняет, как изменение характера экспрессии генов Hox сформировало тела различных типов членистоногих и различных типов позвоночных.
7. Little Bangs: Крылья и другие революционные изобретения
В этой главе объясняется, как эволюция действует внутри родословной, специализируя конечности членистоногих от одинаковых до «разнообразных орудий, которые носит с собой скромный рак », причем (как он пишет) приспособлений больше, чем у швейцарского армейского ножа .
8. Как бабочка получила свои пятна
Повторяя названия « Just So Stories » Редьярда Киплинга , Кэрролл показывает, как эволюционировали узоры крыльев бабочек, включая его открытие роли гена Distal-less , до того известного в развитии конечностей. Очевидно, генетический переключатель можно было бы повторно использовать для разных целей.
9. Покрась в черный цвет
Кэрролл рассматривает полоски зебры , промышленный меланизм у берёзовой пяденицы и пятна у больших кошек — все это примеры контроля рисунка у животных, вплоть до молекулярного уровня.
10. Игры разума: Создание Homo sapiens .
В этой главе обсуждается, чем люди отличаются от других обезьян и почему структурных генов для этих различий не так много . Большинство изменений находятся в генетическом контроле, а не в белках.
11. Бесконечные формы, самые красивые
Кэрролл завершает, пересматривая «Происхождение видов» Дарвина , начиная с того, как Дарвин развил последний абзац своей книги, оставив только эти четыре слова «совершенно нетронутыми во всех версиях и изданиях». Он показывает, что evo-devo является краеугольным камнем синтеза эволюции, генетики и эмбриологии, заменяя « Современный синтез » биологии 20-го века.

Иллюстрации

Книга проиллюстрирована фотографиями, например, развивающихся эмбрионов плодовой мушки , окрашенных для демонстрации эффектов генов-инструментариев , а также рисунками Джейми У. Кэрролла, Джоша П. Клайсса и Лианны М. Олдс.

Награды

Прием

«Киплинг был бы заворожён»: книга объясняет, как на самом деле животные приобрели черты, о которых Редьярд Киплинг писал в своих «Просто историях » 1902 года , например, «Как у слона появился хобот». [11]

Эволюционный биолог Льюис Вулперт , пишущий в American Scientist , назвал Endless Forms Most Beautiful «прекрасной и очень важной книгой». Он резюмировал послание книги словами: «Как ясно показала теория Дарвина, эти многочисленные формы развились в результате небольших изменений в потомстве и естественного отбора тех, кто был лучше приспособлен к своей среде. Такие вариации вызваны изменениями в генах, которые контролируют поведение клеток в развивающемся эмбрионе. Таким образом, невозможно понять эволюцию, не понимая ее фундаментальной связи с развитием эмбриона». Вулперт отметил, что Кэрролл намеревался объяснить evo-devo и «блестяще добился того, что намеревался сделать». [12]

Эволюционный биолог Джерри Койн , пишущий в Nature , описал книгу как книгу для заинтересованного неспециалиста и назвал ее «хвалебной песнью последним достижениям в генетике развития и тому, что они могут нам рассказать об эволюционном процессе». [1] Для него центральным моментом стало «неожиданное открытие того, что гены, которые контролируют планы тела всех двусторонних животных, включая червей, насекомых, лягушек и людей, в значительной степени идентичны. Это гены „гомеобокса“ (Hox)». [1] Он назвал Кэрролла лидером в этой области и «искусным коммуникатором», но признается, что «чувствует себя некомфортно» [1] , когда Кэрролл излагает свое личное видение этой области, «не признавая, что большие части этого видения остаются спорными». [1] Койн указал, что идея о том, что «„регуляторный ген“ является локусом эволюции» [1], восходит к Рою Бриттену и его коллегам примерно в 1970 году, но все еще слабо подкреплена наблюдениями или экспериментами. Он признал, что шимпанзе и люди почти на 99% идентичны на уровне ДНК, но указал, что «люди и шимпанзе имеют разные аминокислотные последовательности по крайней мере в 55% своих белков, эта цифра возрастает до 95% для людей и мышей. Таким образом, мы не можем исключить эволюцию белковой последовательности как важную причину, по которой у нас нет усов и хвостов». [1] Он также отметил, что почти половина генов, кодирующих человеческие белки, не имеют гомологов у плодовых мушек, поэтому можно утверждать обратное тезису Кэрролла и утверждать, что «эволюция формы — это во многом вопрос обучения старых генов созданию новых генов». [1]

В обзоре BioScience отмечалось, что книга служит новым Just So Stories , объясняя «пятна, полоски и выпуклости», которые привлекали внимание Редьярда Киплинга в его детских рассказах. В обзоре Кэрролла хвалили за то, что он занялся человеческой эволюцией и осветил ключевые концепции того, что Чарльз Дарвин называл величием [эволюционного взгляда на] жизнь, предполагая, что «Киплинг был бы прикован». [11]

Научный обозреватель Питер Форбс, пишущий в The Guardian , назвал ее «важнейшей книгой», а ее автора — «и выдающимся ученым... и одним из наших великих научных обозревателей». [13] Журналист Дик Пунтан, пишущий в журнале PC Pro , утверждал, что «Бесконечные формы — самые прекрасные» была самой важной научно-популярной книгой со времен «Слепого часовщика » Ричарда Докинза , «и, по сути, ее продолжением». [2]

Палеобиолог Дуглас Х. Эрвин , рецензируя книгу для Artificial Life , отметил, что формы жизни от плодовых мушек до людей имеют гораздо меньше генов, чем ожидали многие биологи — у людей их всего около 20 000. «Как люди, при всем нашем разнообразии типов клеток и сложности нейронов , могут нуждаться в том же количестве генов, что и муха или, что еще хуже, червь (нематода Caenorhabditis elegans )?» [14] — спрашивает Эрвин. Он ответил на свой собственный вопрос об «удивительном морфологическом разнообразии» животных, происходящих от «такого ограниченного числа генов», восхваляя «проницательный и восторженный» стиль Кэрролла, пишущего «остроумным и увлекательным» образом, вовлекающего читателя в сложности Hox и PAX-6 , а также восхваляющего кембрийский взрыв форм жизни и многое другое. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Coyne, JA (2005). «Включение эволюции». Nature . 435 (7045): 1029–1030. Bibcode : 2005Natur.435.1029C. doi : 10.1038/4351029a .
  2. ^ ab Pountain, Dick (ноябрь 2016 г.). «3D-принтер Nature показывает, что Pokémon Go — это пустая копия». PC Pro (265): 26.
  3. ^ "Наши ученые". HHMI . Медицинский институт Говарда Хьюза . Получено 15 сентября 2017 г. .
  4. ^ "LCMB Investigators". Лаборатория клеточной и молекулярной биологии в UW-Madison . Получено 14 сентября 2017 г.
  5. ↑ Уэйд, Николас (5 июля 1994 г.). «Как природа создает крыло бабочки». The New York Times . стр. C9.
  6. ^ "Shaw Scientist Award Recipients". Greater Milwaukee Foundation . Архивировано из оригинала 2019-06-06 . Получено 2017-09-15 .
  7. ^ "SSE 2010 Stephen Jay Gould Prize". YouTube .
  8. ^ Дарвин, Чарльз (1859). "XIV". О происхождении видов. Cornell University Press. стр. 503. ISBN 0-8014-1319-2. Получено 27 февраля 2011 г.
  9. ^ Гилберт, С.Ф.; Опиц, Дж.М.; Рафф, РА (1996). «Ресинтез эволюционной и биологии развития». Биология развития . 173 (2): 357–372. doi : 10.1006/dbio.1996.0032 . PMID  8605997.
  10. ^ abcde Кэррол, Шон Б. «Бесконечные формы, самые красивые». Шон Б. Кэрролл . Получено 28 октября 2016 г.
  11. ^ ab Mabee, Paula M. (2005). «Новые истории «просто так»». BioScience . 55 (10): 898–899. doi : 10.1641/0006-3568(2005)055[0898:tnjss]2.0.co;2 .
  12. ^ Wolpert, Lewis (сентябрь 2005 г.). "Clever Tinkering". American Scientist . 93 (5): 1. doi :10.1511/2005.55.467. Архивировано из оригинала 2017-02-07 . Получено 2016-10-28 .
  13. ^ Форбс, Питер (23 марта 2016 г.). «Обзор книги «Правила Серенгети» Шона Б. Кэрролла – провидческая книга о том, как устроена жизнь». The Guardian . Получено 15 апреля 2016 г.
  14. ^ ab Erwin, Douglas J. (2007). «Обзор книги: Бесконечные формы, самые красивые». Искусственная жизнь . 13 (1): 87–89. doi :10.1162/artl.2007.13.1.87. S2CID  11493585.

Внешние ссылки