Есть основания полагать, что поступательное увеличение темпов эволюции связано с изменениями в устройстве и работе генома. Как они происходят? Современная наука постепенно начинает приоткрывать вековую завесу над этой тайной. В частности, некоторую пищу для размышлений дает сравнение геномов у голосеменных и цветковых.
Скорость эволюции – это в значительной мере скорость появления мутаций. Если речь идет об эволюции генома, то ее можно измерить скоростью появления нуклеотидных замен в цепи ДНК. Анализ окаменелостей позволяет установить сроки расхождения отдельных филогенетических линий. Анализ последовательностей ДНК позволяет установить, сколько нуклеотидных замен произошло за это время в конкретных генах. Всё это вместе позволяет оценить скорость молекулярной эволюции.
Сравнительный анализ голосеменных и цветковых проведен вот в этой очень серьезной работе: Amanda R. De La Torre, Zhen Li, Yves Van de Peer, and Par K. Ingvarsson. 2017. Contrasting Rates of Molecular Evolution and Patterns of Selection among Gymnosperms and Flowering Plants. Molecular Biology and Evolution. Vol. 34 (6): 1363–1377. У голосеменных скорость молекулярной эволюции (мутаций = замен нуклеотидов) в 7 раз ниже (в среднем), чем у цветковых. В 7 раз!!! Это приближает нас к пониманию того, почему саговники, гинкго, араукарии и даже сосны задолго до появления цветковых были примерно такими же, как сейчас. Главных причин предположительно две.
Первая лежит на поверхности. Это возраст начала половой репродукции. У голосеменных он в среднем многократно выше, чем у цветковых. Поэтому за единицу времени, например, за тысячу лет сменяется меньше поколений, значит, медленней происходит эволюция.
Вторая причина невооруженным глазом не видна, но она, по-видимому, важнее, и в значительной мере определяет первую. Чтобы произошло деление клетки, вся ее ядерная ДНК должна дублироваться. Чем ее больше, тем больше нужно для этого времени, вещества и энергии при прочих равных условиях. Так вот: у наших хвойных деревьев геном в 10, а то и в 100 раз больше, чем у наших лиственных.
Если сравнивать голосеменные и цветковые в целом, то различие будет примерно в 3 раза. В отношении размера генома голосеменные (Gymnosperms) ближе к папоротникам (Ferns), но превосходят даже их. Разнообразие внутри каждой группы – огромное, причем, у цветковых (Angyosperms) оно даже больше, чем у голосеменных. Однако немногочисленные исключения лишь подтверждают общее правило.
Когда-то давно предполагалось, что у голосеменных и генов в разы больше. Эта гипотеза не подтвердилась: число работающих (кодирующих белки) генов у всех семенных растений примерно одинаковое: 25-30 тыс. Всё остальное в геноме голосеменных – это по большей части генетический мусор, который они вынуждены копировать и перекопировать при каждом клеточном делении. Тут уже не до эволюции: дай бог выжить!
Раз уж мы заговорили о геномах и их структуре, остановимся на этом чуть подробнее. Геном водорослей – 5-7 млн. пар нуклеотидов. Это очень мало. Клетки с таким геномом делятся быстро. Организмы, из которых они состоят, отлично живут в привычной среде, но на прогресс и усложнение не замахиваются. Выход растений на сушу, который мы обсуждали раньше, сопровождался многократным (почти в 100 раз) увеличением размера генома, примерно до миллиарда пар нуклеотидов. Это, видимо, происходило по принципу цепной реакции: увеличение генома способствовало решению сложных задач, структурно-функциональное усложнение организмов требовало дальнейшего увеличения генома, это увеличение способствовало решению новых задач и т.д.
Кстати, ровно то же самое происходило и у животных при переходе от беспозвоночных к позвоночным. Даже «цифра» получилась похожая: тот же миллиард. Увеличение размеров генома в обеих линиях (и у растений, и у животных), с одной стороны, сопровождалось усложнением его структуры. С другой стороны, происходило методом проб и ошибок. Что это были за пробы и что это были за ошибки, узнаем в следующей статье.