Сложность организма и сложность программы развития

Соотношение между кажущейся сложностью организма и реальной сложностью генно‑регуляторных сетей, составляющих его «программу развития», далеко не однозначно. Видимая сложность порой порождается весьма простой программой.

Например, чтобы перейти от внешне простой типичной офиуры (на рисунке слева) к причудливому горгоноцефалюсу с фрактально ветвящимися руками (справа), достаточно, чтобы каждая рука в какой‑то момент своего развития раздвоилась, так же как и каждая ветвь руки. Для этого нужно добавить в программу развития следующую инструкцию для растущих концов рук: «При выполнении таких‑то условий разветвись надвое». В результате одной‑единственной команды автоматически получается сложная, завораживающая фрактальная структура.

Для чего же на самом деле необходимо усложнение генетической программы развития? Герберт Спенсер (1820–1903), философ и социолог, с легкой руки которого дарвиновское «наследование с изменением» (descent with modification) стали называть эволюцией, дал прекрасное определение тому, что мы сейчас назвали бы «прогрессивным развитием» или «развитием по пути усложнения». Спенсеровское определение таково: прогрессивное развитие – это переход от неопределенной несвязной однородности к определенной связной разнородности.

Так вот, усложнение программы развития необходимо для изменений, подпадающих под это определение. Этот вывод трудно обосновать экспериментально – мы пока слишком многого не знаем о програмах развития реальных организмов, – но он быстро становится очевиден пользователю, поигравшему немного с программой EvoDevo.

Усложнение генетической программы развития необходимо, во‑первых, для клеточной дифференцировки. Если мы хотим, чтобы из одного исходного типа эмбриональных клеток получились клетки нескольких разных типов (а это и есть переход от однородности к разнородности), нам придется для каждого типа клеток написать свою «подпрограмму».

Во‑вторых – это менее очевидно, хотя не менее важно, – усложнение программы необходимо для повышения упорядоченности фенотипа, для подавления «внутреннего хаоса» и роста устойчивости к внешним помехам. Повышение упорядоченности – это, по Спенсеру, переход от неопределенного состояния к определенному. Все эти «избыточные» регуляторные контуры и отрицательные обратные связи, которые приходится добавлять в программу, чтобы развитие стало стабильным, – это самое настоящее, подлинное усложнение, хотя на фенотипическом уровне оно может проявиться всего‑навсего в снижении стохастической изменчивости, в более редком появлении всевозможных уродств. При этом каждый дополнительный регуляторный контур, развившийся «для стабильности», может в новых условиях сработать каким‑то неожиданным, но интересным образом и стать источником эволюционных новшеств.

–––––