Одна из главных моделей эволюционной биологии держалась на математической ошибке

Одна из самых цитируемых идей в эволюционной биологии получила серьезный удар. Двое американских исследователей пришли к выводу, что модель, которой почти два десятилетия объясняли рост коренных зубов и других повторяющихся структур в организме, работает не потому, что точно описывает развитие, а потому, что удачно маскирует математическую ошибку.

Речь идет о модели Inhibitory Cascade Model, или ICM. В 2007 году работу с этой схемой опубликовали в Nature, после чего ICM начали широко использовать для объяснения того, как формируются признаки, растущие в ряд, например коренные зубы. Логика модели выглядела убедительно: один процесс запускает рост, другой подавляет, а соотношение двух сил определяет размер каждого следующего элемента в цепочке.

Бенджамин Ауэрбах из Университета Теннесси и Чарльз Роузман из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне решили проверить, насколько прочны математические и биологические основания такой схемы. Результаты ученые опубликовали в журнале Evolution. Разбор показал, что предсказания ICM во многом появляются из-за сбоя, связанного со стандартизацией данных, а убедительных подтверждений существования описанного в модели «тормозящего» механизма почти нет.

Авторы проверили модель на биологических, небилогических и смоделированных данных. Анализ не нашел признаков того, что ICM действительно отражает процессы, управляющие развитием организма. Исследователи также обратили внимание на особенно показательный факт: модель успешно применяли даже к структурам, которые не формируются последовательно, хотя сама теория держится именно на идее такой последовательности.

Хороший пример дала верхняя конечность. Плечо и кисть закладываются раньше предплечья, однако ICM все равно довольно точно предсказывала размеры этих частей. По мнению авторов, такой результат не подтверждает биологический механизм, а указывает на математический артефакт. Именно артефакт, как считают ученые, и помогал модели работать там, где заявленный принцип развития попросту не действует.

Новая работа не перечеркивает весь накопленный массив исследований, связанных с ICM, но меняет взгляд на саму основу модели. Авторы считают, что теперь у биологов появится шанс заново изучить, как развитие и эволюция вместе формируют размеры сегментированных частей организма. Накопленные за последние двадцать лет данные о развитии зубов и других структур, вероятно, останутся важной опорой, но искать объяснения придется уже в другом направлении.

Ауэрбах и Роузман собираются продолжить работу над вопросом, как именно процессы развития и эволюции влияют друг на друга и порождают разнообразие форм в живой природе. Для эволюционной биологии такой поворот может оказаться не менее важным, чем появление самой ICM почти двадцать лет назад.