Ознакомительная версия. Доступно 16 страниц из 78
У гусениц ближе к голове есть три пары “правильных” ножек, какие и подобает иметь насекомому, а вот задние пары также подверглись реформам. Эти измененные ножки мягче состоящих из сочлененных фрагментов типичных крепких ног, расположенных в трех грудных сегментах, да и по другим признакам они тоже отличаются от настоящих. В седьмом и восьмом сегментах у насекомых, как правило, имеются крылья. Некоторые насекомые бескрылые, и их предки никогда не имели крыльев. Другие – например, блохи и рабочие муравьи – за время долгой эволюции утратили крылья, хотя их предки были крылатыми. У муравьев есть генетический аппарат для формирования крыльев – любая самка, если растить ее должным образом, может стать маткой (царицей), а у матки крылья есть. Любопытно, что муравьиная матка в течение жизни теряет крылья и даже обламывает их сама по окончании брачного полета, прежде чем спрятаться в муравейнике. Под землей крылья мешают, как и среди лесной растительности или в шерсти животных и перьях птиц, где обычно находят прибежище блохи.
Рис. 7.10. У членистоногих сегменты повторяются от головы к хвосту, зачастую с некоторыми вариациями: ракообразное подкласса мистакокарид, Derocheilocaris; гусеница большого павлиньего глаза, Saturnia Pyri; десятиногий рак, Penaeus; многоножка из группы симфила, Scutigerella.
Блохи избавились от обеих пар крыльев, а вот мухи, несметное множество видов которых, включая комаров, составляет колоссальное семейство Diptera, лишились только одной пары, а вторую сохранили. Первая осталась в сильно редуцированном виде – это жужжальца, похожие на крошечные молоточки, которые торчат позади основных крыльев (рис. 7.11). Жужжальца не способны выполнять функции крыльев, это ясно и без технического образования. Но вот зачем все же нужны жужжальца, без хорошего технического образования не понять. По-видимому, они служат миниатюрным стабилизирующим устройством и играют ту же роль для насекомого, что и гироскоп для самолета и ракеты. Жужжальца вибрируют с той же частотой, с какой насекомое машет крылышками. Малюсенькие датчики у основания жужжалец реагируют на вращающие силы, направленные по трем осям, – как говорят в авиации, на крен по продольной и поперечной оси и на рысканье. Все в духе эволюции – приспособиться и пользоваться тем, что уже есть. Авиаконструктор проектирует стабилизирующее устройство, вычерчивая его на кульмане с нуля. Эволюция модифицирует то, что уже имеется, в данном случае крыло, и достигает того же результата.
Рис. 7.11. У всех членов семейства Diptera (комары, мухи) вторую пару крылышек заменяют жужжальца. У комара-долгоножки они видны особенно отчетливо. Слева Tipula maxima, справа Ctenophora ornate (ножки и правое крыло не показаны).
В простом видоизменении сегментов ничего нет от калейдоскопа – как раз наоборот. Но к калейдоскопическим (в менее прямолинейном смысле, чем мы имели в виду до сих пор) можно отнести изменения иного рода. Строение тела членистоногого можно сравнить с предложением, в котором есть круглые скобки (если в предложении открываются скобки , то их обязательно следует закрыть). Фразу в скобках можно сократить или дополнить, но независимо от ее сложности каждой открывающей скобке – знаку ‘(’ – должна отвечать закрывающая – знак ‘)’. Точно так же надо расставлять кавычки, по правилам грамматики. Что еще интереснее, этот закон распространяется и на выделяемые конструкции внутри предложения. Начало фразы “учитель, севший на кнопку…” аналогично открывающей скобке и требует сказуемого. Можно сказать: “Учитель подскочил” или “учитель, севший на кнопку, подскочил”, но нельзя оборвать фразу на полуслове – если только это не ответ на вопрос и не название произведения живописи, когда понятно, к чему вы клоните. В грамматике предложения должны быть правильно построены. По той же причине ближе к голове креветки, омара и краба всегда расположены шесть первых сегментов, а сзади всегда есть тельсон – последний особый сегмент. Все, что в середине, может варьироваться.
Мы изучили один вид калейдоскопических эффектов мутаций – зеркально отображенных относительно разных плоскостей симметрии. “Грамматические” эффекты мутации роднит с калейдоскопом другое свойство. Опять‐таки, не все вариации разрешены, но в данном случае лимитирует не симметрия, а принцип, который можно сформулировать так: при любом количестве суставов на конце ноги должна быть клешня. Мы с Тедом Келером, сотрудником корпорации Apple, разработали программу с учетом правил такого рода. Она напоминает “Слепого часовщика”, но производит “животных”, которых мы назвали артроморфами и в эмбриональном развитии которых действуют правила, отсутствующие в программе для биоморфов. “Тела” компьютерных артроморфов, как и живых членистоногих, представляют собой цепочку сегментов. Каждый сегмент – это округлая часть “тела”, а его форма и размер определяются такими же “генами”, как и у биоморфов. По бокам каждого сегмента могут торчать (а могут и не торчать) ножки, состоящие из члеников. За это – а также за толщину ног, количество, длину и углы соединения члеников – тоже отвечают гены. От генов же зависит, будет ли на конце ножки клешня, а если будет – то какой формы.
Если бы эмбриональное развитие артроморфов шло так же, как у биоморфов, то количество сегментов должен был бы регулировать некий ген – Nseg. Это было бы просто число, и оно могло бы меняться. При Nseg = 11 у животного будет 11 сегментов. Должен быть и другой ген – Njoint, – определяющий количество суставов[25] конечности. При всем внешнем разнообразии биоморфов, показанных на рис. 1.16 (я чрезвычайно рад, что они получились такие разные, и горжусь этим), у всех ровно по шестнадцать генов. Первые биоморфы, созданные в программе “Слепой часовщик”, имели всего по девять генов. У цветных биоморфов генов больше – тридцать шесть, – и под них пришлось переписать всю программу. В итоге получились три разные программы. Артроморфы устроены иначе. У них нет фиксированного набора генов. Их генетическая система более лабильна (вряд ли кому‐нибудь, кроме увлеченных программистов, интересно, что информация о генах артроморфов хранится в виде связного списка с указателями, а о генах биоморфов – как запись на Паскале с фиксированным форматом). В ходе эволюции артроморфов путем дупликации старых генов могут спонтанно появляться новые. Иногда гены дуплицируются по одному. Иногда – в иерархически структурированных кластерах. Это означает, что теоретически у ребенка-мутанта может оказаться вдвое больше генов, чем у его родителя. Если в результате дупликации появляется новый ген или группа генов, их начальные численные значения равны тем, что были до дупликации. Возможна мутация другого типа – делеция (выпадение), – поэтому генов может стать как больше, так и меньше. Дупликации и делеции проявляются в виде изменения формы тела, а стало быть, поддаются отбору – визуальной селекции, как и в случае с биоморфами. Изменение количества генов часто выражается в изменении количества сегментов (рис. 7.12). Кроме того, может измениться число суставов в конечности. В обоих случаях идея та же, что и в грамматике – можно прицеплять или отцеплять вагоны в середине, в то время как голова и хвост состава остаются неизменными.
Ознакомительная версия. Доступно 16 страниц из 78
