Идея того, что виды постепенно меняются на протяжении многих поколений, является краеугольным камнем биологии. Эволюция – одна из величайших теорий во всей науке. С ее помощью мы объясняем жизнь, как первый простейший росток породил огромнейшее разнообразие жизни, от бактерий до дубовых деревьев и синих китов. Вот как мы к этому пришли.
Для ученых эволюция является фактом. Мы знаем, что жизнь эволюционировала, с такой же уверенностью, с какой знаем, что Земля почти круглая, что гравитация удерживает нас на ее поверхности и что осы на пикнике раздражают. Но в некоторых странах, как вы знаете, теории эволюции вставляют палки в колеса или же называют ее «просто теорией», недостойной звания объективной истины. Почему биологи так уверены в ней? Каковые доказательства? Трудно понять, с чего начать. Но список доказательств того, что жизнь действительно эволюционировала, обширен.
Возможно, стоит начать с разговора о том, что на самом деле говорит дарвиновская теория эволюции. Большинство из нас имеют о ней общее представление: виды изменятся со временем, выживают сильнейшее, и каким-то образом из обезьяны получился человек.
Дарвиновская теория эволюции гласит, что каждый новый организм немного отличается от своих родителей, и эти различия иногда могут помочь потомству или помешать ему. Поскольку организмы конкурируют за еду и партнеров, выгодные черты позволяют производить больше потомства, тогда как бесполезные черты, напротив, препятствуют этому. Таким образом, внутри конкретной популяции выгодные черты становятся обычными, а бесполезные исчезают, не имея продолжения.
При должном времени эти изменения могут накопиться и привести к появлению новых видов и новых типов организмов. Шаг за шагом, черви стали рыбой, рыба вышла на землю и приобрела четыре ноги, четырехногие животные отрастили шерсть и – в конечном итоге – некоторые из них начали ходить на двух ногах, называть себя людьми и читать эту статью.
Возможно, в это трудно поверить. Одно дело – понять, что вы не идентичны своим родителям: у вас могут быть волосы разного цвета, разный рост, характер повеселее. Но куда сложнее признать, что все мы вышли из червей, пройдя через бесчисленные поколения. Конечно, многие люди не согласятся с этим. Конечно, многим проще представить, что нас слепили из глины, занесли с другой планеты, расплодили в матрице или создали из ребра. Но пока опустим философию. Начнем, как Чарльз Дарвин, с порога.
Если в двух словах, то эволюционная теория составляет теоретический базис всей современной биологии. Как справедливо заметил один из основателей современной синтетической теории эволюции Феодосий Григорьевич Добржанский, «ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Возьмите хотя бы школьный учебник – там вся сравнительная анатомия описывается с позиций, что земноводные произошли от рыб, рептилии – от земноводных и т.д. Собственно, до дарвиновской теории биология как самостоятельная наука не существовала: чтобы изучать биологию, надо было получать либо медицинское, либо богословское образование.
Как и в любой науке, в теории эволюции гораздо больше вопросов, чем ответов. Синтетическая теория эволюции, объединяющая достижения генетики и классического дарвинизма, была создана 80 лет назад. Для всех биологов-эволюционистов сейчас очевидно, что она устарела, и многие факты не находят своего объяснения. Все говорят о необходимости нового синтеза, который бы объединил достижения палеонтологии, эмбриологии, зоопсихологии и других отраслей биологии, не учитываемые современной эволюционной теорией в полной мере. Но даже если третий синтез произойдёт (первым синтезом историки биологии называют дарвиновскую теорию), то, очевидно, он не решит всех проблем и поставит новые вопросы – такова специфика науки.
Один из проблемных вопросов: как образуются новые виды? Хотя Дарвин и назвал свой труд «Происхождение видов», он, как скрупулёзно последовательный учёный, честно признался, что вопрос, как из одного предкового вида образуются два новых, далёк от своего окончательного решения. Эти слова актуальны и поныне. Очевидно, что основным свойством вида, позволяющим ему существовать в качестве целостной автономной единицы в экосистеме, является его нескрещиваемость с другими видами, или, выражаясь научным языком, репродуктивная изоляция. Она обеспечивается системой изолирующих механизмов, куда входят: различия между местообитаниями близкородственных видов, брачной окраски и несходство брачных ритуалов, нежизнеспособность и бесплодность межвидовых гибридов.
Становление изолирующих механизмов и является основным этапом процесса видообразования. На начальных стадиях видообразования ареал предкового вида в силу каких-либо внешних причин разделяется на несколько популяций, отделённых одна от другой географическими преградами на протяжении многих тысячелетий. В изолированных популяциях накапливаются морфологические и поведенческие различия, которые впоследствии могут выступать в качестве изолирующих механизмов. Через некоторое время изолированные популяции могут вступить во вторичный географический контакт. Если в зоне контакта возникнет гибридизация, то гибриды должны быть менее жизнеспособны, чем родительские формы, из-за накопившихся между ними (родительскими формами) генетических различий. Естественный отбор будет способствовать выработке изолирующих механизмов и снижению уровня гибридизации. Через некоторое время гибридизация прекратится, и процесс видообразования завершится.
Так предсказывает теория. На практике же гибриды оказываются вполне жизнеспособными и плодовитыми, а гибридные популяции – процветающими на протяжении длительного времени. И это между такими формами, которые по уровню генетических различий, определяемому с помощью современных методов ДНК-диагностики, безусловно, являются самостоятельными видами. Как показали молекулярно-генетические исследования, гибридизация может приводить к вторичному генетическому сходству гибридизирующих видов даже за пределами зоны контакта, практически не затрагивая их внешний облик – фенотип. И как тут быть с теорией? И с критериями вида?
Дарвин писал свою основную книгу «Происхождение видов путём естественного отбора» как краткое изложение более общего труда, который так и не был им написан. И естественный отбор он считал основным, но, возможно, не единственным фактором эволюции. Может быть, стоит вернуться к этому замечанию Дарвина и подумать, какие ещё возможны факторы эволюции помимо отбора. В качестве такового можно назвать кооперацию. Действительно, все живые организмы стремятся к обществу себе подобных, хотя бы временно – во время размножения и выведения потомства. Нередко кооперация приводит к устойчивым социальным группировкам с иерархической структурой. В ходе эволюции интеграция социальной группировки способна зайти так далеко, что её члены уже не смогут существовать отдельно от группы, а весь социум придётся рассматривать как единый сверхорганизм.
Как ни парадоксально звучит, но без кооперации жизнь на Земле не развилась бы дальше бактерий. Для любого специалиста, имеющего высшее биологическое образование, очевидно, что наши тела не что иное, как высокоинтегрированные колонии одноклеточных организмов. Но правомерен вопрос: кооперация – самостоятельный эволюционный фактор или одно из многих проявлений отбора? Ответ на него не очевиден. Например, у воробьиных птиц часто можно видеть такое явление: годовалые птицы, не имеющие возможности занять собственный гнездовой участок, нередко помогают своим родителям выкармливать очередное потомство.
Такое поведение действительно могло закрепиться с помощью естественного отбора: выкармливая младших братьев и сестёр, птицы увеличивают шанс выживания собственных генов. Однако в пустынных районах, где пригодных для гнездования мест очень мало, помощников у гнездящейся пары из года в год становится всё больше, и они рискуют всю свою жизнь провести в качестве подсобных рабочих. Не желая мириться с подобным положением вещей, птицы начинают выяснять отношения у гнезда, что обычно приводит к гибели кладки или птенцов. Налицо отбор против кооперации, но почему-то социальные группировки «помощников» всё равно сохраняются. Вероятно, кооперация – самостоятельный эволюционный фактор, действующий наравне с естественным отбором. Дарвин объяснил, как возникает и работает естественный отбор. Но откуда берётся кооперация – вопрос открытый.
Вообще, нерешённые проблемы эволюционной теории – тема неисчерпаемая. Это вопросы направленности эволюции, соотношения между геном и признаком и т.д.
Как изменились взгляды учёных со времени Чарльза Дарвина? Если кратко, то представления об отборе дополнились данными генетики: гены являются дискретными единицами наследственности и могут комбинироваться друг с другом в различных сочетаниях из поколения в поколение; наследственная изменчивость, дающая материал для отбора, формируется в результате мутаций; помимо направленных факторов эволюции (естественный отбор), есть ещё и стохастические (дрейф генов); изменились представления о характере действия отбора – он приводит к изменению соотношения частот генов в популяции из поколения в поколение. В корне изменились представления о виде и видообразовании. В методологическом плане натуралистический подход дополнился экспериментальным, теория стала более формализованной, появился довольно сложный математический аппарат.
Теория эволюции – единственное логичное объяснение развития жизни? Эволюция – это и есть развитие жизни. Признание того, что эволюция происходит – единственное логичное объяснение наблюдаемых закономерностей современного биологического разнообразия, подтверждаемое также и палеонтологической летописью, и данными эмбриологии. Теория эволюции – это объяснение механизмов эволюции, теорий эволюции может быть много. На данный момент теория естественного отбора (вернее, синтетическая теория эволюции как «правопреемница» дарвиновской) является единственной теорией, отвечающей критериям научности – верифицируемости и фальсифицируемости: на основе этой теории можно строить гипотезы, которые проверяются эмпирически, и есть вероятность их экспериментального опровержения.
Создан ли в процессе искусственного отбора хоть один новый вид? Нет, не создан, потому что не было такой задачи. Основной критерий вида – его нескрещиваемость с близкими видами в природе. При выведении домашних пород никто такую задачу не ставил: чистота пород поддерживается искусственно. А вот с лабораторными дрозофилами такие эксперименты ставили: вели искусственный отбор на нескрещиваемость между разными линиями. И добились успеха. Представим, что кто-то вдруг решится на такой эксперимент: выпустит на какой-нибудь необитаемый остров, где нет наземных хищников (если такие острова ещё остались), две сильно различающиеся по размерам породы собак, скажем, бульдогов и такс. Если обе породы на острове выживут, то возможно, спустя некоторое время они дадут начало двум разным видам. Вообще, процесс видообразования довольно длительный. Как показали молекулярно-генетические исследования, чтобы две изолированные популяции у мелких воробьиных птиц достигли видового уровня различий, обычно требуется от одного до шести миллионов лет.
Насколько справедливы аргументы противников теории? Проблемы принятия или непринятия теории лежат только в поверхностном её понимании? Всех противников теории естественного отбора можно разбить на три лагеря.
1. Неприятие теории вследствие якобы её противоречия принципам общечеловеческой морали и/или церковным догматам.
Эти аргументы не изменились за 150 лет, прошедших с момента опубликования теории Дарвина. Приводить в ответ научные доказательства эволюции бессмысленно: поскольку аргументы противников теории ненаучны, то и ответ должен быть таким же. И он есть: помнится, в XVII веке Галилей доказал, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Что с ним сделали? Заставили отречься от своих убеждений, потому что они противоречили Священному Писанию. Ну и кто же оказался прав в итоге?
2. Научная критика антидарвинистов.
Довольно большое число учёных выступало и продолжает выступать с последовательной критикой теории естественного отбора. Такая критика вполне конструктивна и полезна. Проблема лишь в том, что, как правило, эти учёные предлагают свои альтернативные теории, которые в методологическом плане оказываются гораздо более слабыми, чем синтетическая теория эволюции, либо вообще не отвечают критериям научности, о которых мы говорили выше.
3. Научная критика дарвинистов.
Теория естественного отбора настолько логически проста и понятна и подтверждается таким огромным количеством фактов, что просто не может быть ошибочной. Большинство биологов понимают это. Другое дело, что жизнь – очень сложное явление, и современная эволюционная теория даёт лишь сильно упрощённую картину. Это и создаёт почву для дальнейшего развития теории через конструктивную критику.
Процесс эволюции – плавный и непрерывный, и выделять разные стадии, например временные промежутки существования отдельных видов, можно лишь условно. Выделяя «переходные звенья», мы стараемся отобразить непрерывность процесса эволюции с помощью дискретного языка описания. И «переходное звено» – это не среднее арифметическое между двумя сравниваемыми видами, оно может и должно иметь какие-то свои специфические черты, отсутствующие у других видов (ведь оно – «звено» – должно где-то жить и чем-то питаться). Чтобы пояснить сказанное, приведем пример. Допустим, вы не проходили в школе физику и ничего не знаете о волновой теории света. Легко ли вам будет поверить, что зелёный цвет – переходное звено между красным и фиолетовым?
В животном мире на самом деле всё состоит из переходных звеньев. Амфибии – переходное звено между рыбами и рептилиями. Динозавры – переходное звено между рептилиями и птицами. Человекообразные обезьяны – переходное звено между мартышкой и человеком. И с переходными звеньями между шимпанзе и современным человеком тоже всё в порядке: эволюционный ряд человека, пожалуй, наиболее полный из ныне изученных.
Почему человек и обезьяна выжили, а промежуточные формы – нет? А вы можете себе представить параллельно существующие и мало взаимодействующие две высокоразвитые цивилизации двух разных видов людей? Ещё труднее представить их мирное сосуществование, если одна из цивилизаций находилась бы на более высокой ступени развития, чем другая. В каменном веке люди охотились на крупных животных – мамонтов, оленей. Чем бы они питались сейчас: совершали бы регулярные набеги на стада коров и овец? Нетрудно себе представить их дальнейшую судьбу. Два вида, занимающие одну и ту же экологическую нишу, не могут сосуществовать в пределах одной территории – известное экологическое правило. Так что об отсутствии других видов людей на Земле можно только пожалеть, но удивляться тут нечему.
Справедливости ради надо сказать, что такая картина сложилась относительно недавно – 30 тысяч лет назад, когда конкуренция за пищу между племенами охотников возросла. До этого на протяжении более 4 миллионов лет разные виды предков современного человека уживались вместе. Например, в Европе племена неандертальцев и кроманьонцев жили бок о бок на протяжении 30 тысяч лет. Это почти в четыре раза больше, чем возраст современной цивилизации: первые государства появились примерно 7-8 тысяч лет назад.
Если обсуждать историю жизни на Земле, то следует рассмотреть две стадии, на каждой из которых события были обусловлены двумя разными принципами. На первой стадии процессы химической эволюции на древнейшей Земле привели к образованию первой живой клетки из неорганических материалов. На второй стадии потомки этой живой клетки развивались в разных направлениях, порождая многообразие жизни на планете, которое мы наблюдаем сегодня. На этой стадии развитие определял принцип естественного отбора.
Человеческая мысль лишь сравнительно недавно обогатилась представлением о том, что мы можем понять процесс организации неживых материалов, в результате которого образуются простые живые системы. Важной вехой на пути к этому представлению был поставленный в 1953 году эксперимент Миллера-Юри, впервые показавший возможность возникновения основных биологических молекул в результате самых обычных химических реакций. С тех пор ученые предложили много других путей, по которым могла идти химическая эволюция. Некоторые из этих идей перечислены ниже, но важно помнить, что до сих пор нет единого мнения о том, какой из этих путей может быть верным. Одно мы знаем точно: что один из этих процессов или другой процесс, до которого еще никто не додумался, привел к возникновению первой живой клетки на планете.
Первичный бульон
В результате процессов, воспроизведенных в эксперименте Миллера-Юри, в атмосфере образовались молекулы, упавшие с дождем в океан. Здесь (или, возможно, в водоеме, образованном приливом) неизвестный пока процесс привел к организации этих молекул, породивших первую клетку.
Первичное нефтяное пятно
Процессы Миллера-Юри могут давать начало липидам, молекулы которых спонтанно образуют маленькие сферы (вы часто видите такие каплевидные образования на поверхности супа). В каждой сфере собрано случайное число молекул. Один из миллионов пузырьков на поверхности океана мог содержать правильный набор молекул с точки зрения энергии и материалов, и мог поделиться пополам. Такой могла бы быть первая клетка.
Мир РНК
Одна из проблем эволюционной теории связана развитием системы кодирования, основанной на использовании молекул РНК. Проблема в том, что белки закодированы на ДНК, но для того чтобы прочесть записанный ДНК код, нужна активность белков. Недавно ученые открыли, что РНК, которая в настоящее время участвует в преобразовании записанного на ДНК кода в белки, может также выполнять одну из функций белков в живых системах. Похоже, что образование молекул РНК было важнейшим событием в развитии жизни на земле.
Океанический путь
В условиях огромного давления, господствующего на дне океана, химические соединения и химические процессы могут быть совсем не такими, как на поверхности. Ученые изучают химизм этой среды, который, возможно, мог способствовать развитию жизни. Если ответ на этот вопрос будет положительным, то жизнь могла зародиться на дне океана и позднее мигрировать на сушу.
Автокаталитические комплексы
Эта концепция ведет начало от теории сложных саморегулирующихся систем. Согласно этому предположению, что химизм жизни не развивался ступенчато, а возник на стадии первичного бульона.
Глиняный мир
Первой моделью жизни могли быть не химические реакции, а статические электрические заряды на поверхности глины, покрывающей океанское дно. По этой схеме сборка сложных молекул жизни происходила не в результате случайных комбинаций, а благодаря электронам на поверхности глины, удерживающим небольшие молекулы вместе во время их сборки в более крупные молекулы.
Как вы видите, в идеях о способах развития жизни из неорганических материалов недостатка нет. Однако до конца 1990-х годов происхождение жизни не являлось приоритетной областью науки, никто особенно не стремился разобраться с этими теориями. В 1997 году НАСА включила исследования происхождения жизни в список своих основных задач. Мы надеемся, что уже вскоре ученые смогут создать в своих лабораториях простые организмы, похожие на те, которые могли существовать на нашей планете 4 миллиарда лет назад.
Естественный отбор
После появления на планете первого способного к воспроизведению живого организма жизнь «переключила скорость», и дальнейшие изменения направлял естественный отбор. Большинство людей, используя термин «эволюция», подразумевают именно естественный отбор. Представление о естественном отборе ввел английский натуралист Чарльз Дарвин, опубликовавший в 1859 году свой монументальный труд «О происхождении видов путем естественного отбора или сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Идея естественного отбора, к которой независимо от Дарвина пришел Алфред Рассел Уоллес (Alfred Russel Wallace, 1823-1913), основана на двух положениях: 1) представители любого вида в чем-то различаются между собой, и 2) всегда существует конкуренция за ресурсы. Первый из этих постулатов очевиден для каждого, кто наблюдал за любой популяцией (включая популяцию людей). Некоторые представители крупнее, другие быстрее бегают, окраска третьих позволяет им оставаться незаметными на фоне среды обитания. Второй постулат отражает прискорбный факт из жизни мира природы – рождается значительно больше организмов, чем выживает, и таким образом, происходит постоянная конкуренция за ресурсы.
Вместе эти постулаты приводят к интересному выводу. Если некоторые особи обладают особенностью, позволяющей им успешней конкурировать в условиях определенной среды – например, развитая мускулатура хищников позволяет им успешнее охотиться – то для них увеличиваются шансы дожить до взрослого состояния и оставить потомство. И их потомство, вероятно, унаследует эту особенность. Пользуясь современной терминологией, мы скажем, что особи с высокой вероятностью передадут потомству гены, отвечающие за быстрый бег. С другой стороны, для плохих бегунов вероятность выжить и оставить потомство ниже, поэтому их гены могут и не перейти к следующему поколению. Поэтому в поколении «детей» особей с «быстрыми» генами будет больше, чем в поколении «родителей», а в поколении «внуков» – еще больше. Таким образом признак, повышающий вероятность выживания, в конце концов распространится по всей популяции.
Этот процесс Дарвин и Уоллес назвали естественным отбором. Дарвин находил в нем сходство с искусственным отбором. Люди используют искусственный отбор для того чтобы выводить растения и животных, обладающих желаемыми признаками, отбирая для этого половозрелые особи и допуская только их до скрещивания. Если люди могут делать это, рассуждал Дарвин, то почему не может природа? Для возникновения разнообразия видов, которое мы наблюдаем на планете сегодня, более чем достаточно улучшенной выживаемости особей с адаптивными признаками в последовательных поколениях и на протяжении длительного периода времени.
Дарвин, сторонник доктрины униформизма, понимал, что образование новых видов должно происходить постепенно – различия между двумя популяциями должны усиливаться все больше и больше, до тех пор, пока скрещивание между ними не окажется невозможным. Позднее ученые обратили внимание на то, что эта закономерность не всегда соблюдается. Вместо этого вид в течение длительного времени остается неизменным, затем внезапно меняется – этот процесс называется перемежающимся равновесием.
Действительно, изучая ископаемых, мы видим оба варианта видообразования, что не кажется странным с высоты современных представлений о генетике. Теперь нам понятна основа первого их двух перечисленных постулатов: на ДНК различных особей записаны различные версии одного и того же гена. Изменение ДНК может иметь совершенно разные последствия: от полного отсутствия эффекта (если изменение затрагивает участок ДНК, не используемый организмом) до громадного эффекта (если изменится ген, кодирующий ключевой белок). После того как ген изменится, что может сказаться постепенно или немедленно, действие естественного отбора будет направлено либо на то, чтобы распространить этот ген во всей популяции (если изменение полезное), либо на то, чтобы уничтожить его (если изменение вредное). Другими словами, скорость изменения зависит от генов, но когда такое изменение уже произошло, именно естественный отбор определяет направление изменений в популяции.
Что же, собственно, сделал сам Дарвин? А сделал он на первый взгляд очень простую, но совершенно необходимую вещь, благодаря которой гипотеза стала теорией. Он объяснил, как идет эволюция, каков ее конкретный механизм. Именно это объяснение, оформленное в виде теории естественного отбора, впоследствии назвали «дарвинизмом». Эта теория «покоится на трех китах»: изменчивости, наследственности и отборе. Понять ее несложно и школьнику, достаточно припомнить, что среди животных и растений, будь то домашние или дикие, всегда есть какое-то разнообразие, и особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга – так проявляется изменчивость. При этом дети больше похожи на своих родителей, чем на чужих, – так работает наследственность.
На самом деле прямого обоснования эволюционной теории еще никто не представил. В качестве такового может послужить только наблюдение за естественным развитием видов и обязательная регистрация того, какими были существа на старте, их промежуточные формы и во что превратились в конце. Отсутствие такого наблюдения и есть наиболее уязвимое место теории. Действительно, если видообразование – это непрерывный процесс, который продолжается и в наши дни, то почему мы не встречаем переходных форм? Есть, к примеру, тигр, лев, леопард, рысь – представители семейства кошачьих, а полосатых львов или тигров с гривами – форм промежуточных между двумя родственными видами – не бывает. Настораживает и то, что в ископаемом состоянии переходные формы также не встречаются.
Отсутствие современных переходных форм Дарвин объяснял тем, что картина сегодняшнего мира – это результат уже разрешившихся противоречий и родоначальные виды истреблены естественным отбором. Что же до отсутствия их ископаемых остатков, то аргументом служили кратковременность их существования и небольшая численность, из-за чего вероятность, чтобы они сохранились, очень мала, а вероятность обнаружить их – и вовсе мизерна. Все, что видят палеонтологи, – это один вид в одном слое, другой – в другом, и никаких переходов. Словно долгие периоды устойчивого существования одних и тех же организмов вдруг сменялись быстрым видообразованием. Американские ученые Нильс Элдридж и Стивен Гоулд назвали это явление «прерывистым равновесием». Осталось понять условия стабильности и факторы ускорения эволюции.
И все-таки, в одном частном случае – среди микроорганизмов – ученые считают, что им удается видеть и регистрировать ход эволюции. В ответ на изобретение новых антибиотиков против болезнетворных бактерий возникают штаммы (группы микроорганизмов с четкими физиологическими особенностями), устойчивые к действию этих лекарств. С первой половины XX века идет постоянная гонка: медикам приходится все время изобретать новые лекарственные средства, которые быстро теряют эффективность из-за ускоренной эволюции микробов. Единственное, что останавливает от того, чтобы считать ее зримым процессом видообразования, – невозможность применить к бактериальному штамму понятия «вид».
Стандартное определение гласит, что вид – это совокупность организмов, неспособных к скрещиванию с особями других видов или дающих при таких скрещиваниях бесплодное потомство. Но оказалось, что штаммы, относящиеся к одному и даже разным видам бактерий, могут обмениваться генетическим материалом друг с другом. Это явление назвали горизонтальным переносом генов. Благодаря миграции генов достижения одного вида микроорганизмов становятся доступными для другого – такую форму эволюции назвали ретикулярной, или сетчатой, чтобы подчеркнуть ее отличие от «классической», то есть древовидной, куда бактерии, похоже, не вписываются. Образно говоря, для бактерий нельзя построить эволюционное древо с общим корнем – у них родственные связи образуют запутанную сеть.
Еще один феномен, который пока трудно объяснить с эволюционной точки зрения, – это сложность строения живого организма. Как, например, мог образоваться такой совершенный орган, как глаз? Дарвин, который хорошо знал зоологию и анатомию, на этот вопрос отвечал так. Органы, способные воспринимать свет, есть даже у самых простейших существ. Поэтому глаза можно выстроить в ряд по мере усложнения: от простых пигментных пятен или выстланных пигментом прозрачных кожных мешочков ланцетника до сложных фасеточных глаз насекомых и совершенной оптической системы человеческого глаза. Причем такой ряд легко создать и на основе глаз зародышей, что будет иллюстрацией к процессу их развития. Ну а какие преимущества в конкурентной межвидовой борьбе дают хорошо работающие глаза тем, у кого они есть, вряд ли нужно перечислять. Гораздо труднее оказалось для Дарвина объяснить происхождение электрических органов у рыб. Но если бы ему было известно, что почти все физиологические процессы имеют электрическую природу, он с легкостью это сделал бы.
Тем не менее проблема осталась – на молекулярном уровне. Даже у наиболее простых бактерий есть около 200 генов, каждый из которых состоит из сотен или тысяч нуклеотидов. Каждый ген отвечает за какую-то жизненно необходимую функцию, например за построение элементов клетки, производство и починку молекул ДНК, за транспорт пищи в клетку. Американский биохимик Майкл Бихи назвал это свойство живой системы «неуменьшаемой сложностью», из которого следует, что первая клетка должна была появиться сразу с двумя сотнями генов, чтобы стать жизнеспособной. Кстати, этот пример часто используют критики теории эволюции. Они говорят: раз биологи сами пришли к такому парадоксу, значит, они отрицают дарвинизм. В логике такой прием называется подменой тезиса и свидетельствует об ошибочном выводе – разумеется, ученые не отрицают дарвинизма, они ищут пути обхода «неуменьшаемой сложности». Действительно, случайное возникновение даже самой элементарной клетки путем перебора химических соединений маловероятно. Но мы мало знаем о том, как была организована ранняя жизнь на Земле и какие пути могли привести к возникновению клетки.
Проблему представляет собой и сложность многоклеточных организмов с десятками тысяч генов. Ведь материала, с которым «работает» естественный отбор, может не хватить. Особенно среди крупных животных, исчисляемых всего лишь тысячами особей, таких как киты или слоны. В 1957 году английский генетик Джон Холдейн рассчитал, что для замены в популяции каких-либо организмов только одного признака необходимо вести отбор в 300 поколениях – а признаков-то (генов) десятки тысяч! Возможно ли при такой маленькой скорости эволюции возникновение новых видов, различающихся не по одному, а по целому комплексу признаков? Позднее это затруднение назвали «дилеммой Холдейна». Кажущуюся невозможность удается преодолеть, если сменить математическую модель и отказаться от посылки, что признаки эволюционируют независимо друг от друга. Половой процесс и связанный с ним обмен генами может объединять в одной особи множество нежелательных признаков и позволяет выбраковывать их существенно быстрее, чем предполагалось в модели Холдейна.
С помощью генетики удалось решить и вопрос о направленном течении эволюции, который стоял в свое время довольно остро. Еще в XIX веке палеонтолог Эдуард Коуп обнаружил, что у разных видов ископаемых животных могли развиваться одинаковые признаки. Это указывало на то, что эволюция – процесс не случайный, но подчиняющийся каким-то внутренним, еще не открытым закономерностям. В XX веке схожую концепцию под названием «номогенез» развивал русский ученый Лев Берг. Но экспериментальные данные такой концепции противоречат. У животных, даже не близких родственно, есть много общих генов, они-то и определяют, казалось бы, независимое появление у разных видов сходных признаков. Поскольку гены похожи, то и изменяются (мутируют) они сходным образом. С этой точки зрения удалось объяснить «закон гомологических рядов в наследственной изменчивости», сформулированный в 1920 году Николаем Вавиловым, который обнаружил, что у разных видов злаков встречаются похожие формы. Например, у ржи и пшеницы колосья могут быть как с остью, так и без нее; междоузлия могут быть как окрашенными, так и нет. Этот закон обладает большой предсказательной силой: если у одного растения какого-то признака нет, но он есть у близкого ему вида – нужно искать, вполне вероятно, что его просто еще не обнаружили.
Генетика генетикой, но давайте посмотрим правде в глаза. Во всей этой истории большинство людей по-настоящему волнует лишь один вопрос – происхождение человека. Прав ли был Дарвин относительно близкого родства людей с человекообразными обезьянами? Судите сами. Анатомическое строение, физиологические и биохимические особенности, в частности строение молекулы гемоглобина, роднят нас с человекообразными обезьянами настолько, что сомневаться трудно. Ближе всех к человеку стоит шимпанзе, наше генетическое сходство настолько велико – 98%, что возникла идея в один род объединить человека и два известных вида шимпанзе: обыкновенного (Pan troglodytes) и карликового (Pan paniscus), также известного под названием бонобо. В 1991 году американский биолог Джаред Даймонд написал книгу об эволюции человека, которую так и назвал: «Третий шимпанзе». По его мнению, в зоологической систематике рода Homo правильнее использовать три вида: Homo troglodytes (человек пещерный, или шимпанзе обыкновенный), Homo paniscus (человек фавновый, или шимпанзе карликовый) и Homo sapiens.
По данным молекулярной филогенетики, эволюционные линии человека и шимпанзе разошлись примерно 6-7 миллионов лет назад. Мало того, сопоставив 14 000 генов человека и шимпанзе, ученые из Мичиганского университета под руководством Цзяньчжи Чжана пришли к выводу, что у шимпанзе эволюция на молекулярном уровне шла быстрее. То есть для того чтобы из предка, общего для шимпанзе и человека, получились сегодняшние виды, больше генов потребовалось изменить у шимпанзе. Так, может быть, вершина эволюции – это шимпанзе, а не человек? Тем более что с точки зрения биологии способность к рассудочной деятельности, выраженная у человека в большей мере, чем у других видов животных, не такое уж принципиальное отличие, и оно требует меньшего количества генетических перестроек, чем геном в целом.
За полтора столетия эволюционной теории в ней бывали ошибочные опыты и заключения, а подчас и фальсификации, и это – повод для вполне справедливой критики. Например, знаменитая история с «пилтдаунским человеком», обнаруженным в 1912 году. Его скелет был сфабрикован какими-то шутниками из черепа человека и челюсти орангутана и долгое время рассматривался как промежуточное эволюционное звено к современному человеку. Фальшивку разоблачили в 1953 году.
Другой повод подал известный в прошлом популяризатор дарвинизма Эрнст Геккель: в стремлении убедительнее проиллюстрировать эволюционную теорию он переделывал рисунки зародышей животных так, чтобы на ранних стадиях они больше напоминали рыб – того требовал сформулированный им «биогенетический закон» (в развитии особи повторяются основные этапы эволюции вида). Оппоненты, приводя подобные случаи, делают вывод, что при доказательствах эволюционной теории были использованы несуществующие факты, а значит, она ошибочна. В каких-то единичных случаях да, были использованы. Но во-первых, все такие подделки, в том числе пилтдаунский человек и геккелевские рисунки, позже разоблачили, причем сами биологи. Во-вторых, твердо установленных фактов, не противоречащих теории, – гораздо больше. Встречается часто и такой аргумент, который касается, скорее, методологии науки, чем ее содержания, – раз у эволюционной теории есть нерешенные проблемы, значит, она несостоятельна. На это можно сказать следующее: у естественнонаучной теории должны быть нерешенные проблемы и области изучения, которые она только нащупывает. Это следует, в частности, из особенностей эмпирических обобщений: нет логических законов перехода от частного к общему.
Можно привести еще несколько подобных аргументов против теории эволюции. Одни из них будут содержать логические ошибки, другие – показывать, что у современной теории эволюции есть «белые пятна». Во всех этих случаях повода для отказа от теории не возникает, тем более что научной альтернативы ей нет. Принять в качестве таковой креационизм ученые не могут, поскольку он основан на метафизическом подходе. Теория эволюции и миф о Творении – это разные языковые системы, основанные на разном понятийном аппарате, и поэтому их невозможно корректно сравнивать и противопоставлять. А так называемый «научный креационизм» оказался неэффективен в качестве методологии исследования: он не выдвигает экспериментально подтверждаемых гипотез, а значит, бесполезен для развития научного знания.
Все так, и конкурентов у теории эволюции на сегодняшний день нет. Тем не менее с идеологических позиций она подвергается критике, суть которой сводится к тому, что теория оскорбляет чувства верующих. Остроумную идею, примиряющую естествознание и буквальную веру в Святое Писание, выдвинул современник Дарвина креационист Филипп Госсе. Он признавал верными все геологические данные, свидетельствующие о древности мира, но утверждал, что мир и был создан таким, как если бы имел долгую историю. По этому поводу английский математик Бертран Рассел иронично заметил: «Предположив это, нам уже нет надобности считать мир сотворенным в какой-то определенный момент времени. Все мы могли возникнуть всего пять минут назад – небритые, с дырками в носках и готовыми воспоминаниями». Эту идею, пусть и в шутливой форме, все еще используют. Например, в зоопарке американского города Сент-Луис есть зал, посвященный эволюции, и в нем – объявление, гласящее: «Здесь вовсе не утверждается, что мир живого не мог быть создан сразу – просто он выглядит так, будто появился в результате долгой эволюции».
В 2001 году исламские авторитеты Саудовской Аравии выпустили фетву (правовую позицию), в которой карточная игра о покемонах была объявлена противоречащей нормам ислама. В 2016 фетву «по просьбам верующих» обновили, хотя новая игра Pokemon Go в ней напрямую не упоминается. Одной из причин решения стал игровой механизм, при котором покемоны мутируют и улучшают свои характеристики. По мнению богословов, это является прямым указанием на теорию эволюции, изучать которую непозволительно.
Попадая на острова, многие птицы эволюционируют в нелетающих – так появились, например, додо, какапо, киви и ещё более тысячи других видов. Это объясняется тем, что при меньшей опасности от хищников птицам не нужны сильные мускулы крыльев. Широкомасштабное сравнение популяций видов, обитающих как на материке, так и на островах, показало, что у островных представителей всегда более слабая мускулатура, отвечающая за полёт, и более длинные ноги. Такие изменения характерны даже для колибри, которые всю жизнь проводят в порхании.
Эволюция далеко не всегда означает усложнение организмов. Примером экстремального упрощения можно считать одноклеточных паразитов Myxozoa, которые являются родственниками медуз. Их связь заподозрили из-за сходства полярных капсул Myxozoa со стрекающими клетками кишечнополостных и доказали путём анализа ДНК. В ходе специализации геном этих паразитов уменьшился больше чем на 95%, из него исчезли в том числе гены, отвечающие за формирование многоклеточных особей.
В 1990-х годах сверчки на Гавайских островах стали жертвами паразитирующих мух Ormia ochracea, которые откладывали личинки в самцов, определяя их по стрекотанию. Сейчас на острове Кауаи почти все самцы бесшумны – из-за случайной мутации зубчики на их крыльях изменили положение и больше не зацепляются друг о друга. Но стрекотание сверчкам нужно для привлечения самок, поэтому безмолвные самцы теперь ждут их рядом с теми самцами, кто ещё не утратил способность издавать звук. Аналогичная ситуация возникла на соседнем острове Оаху, правда там крылья самцов изменились другим образом, то есть мутация произошла в другом гене независимо от самцов Кауаи, что стало наглядным проявлением конвергенции. Таким образом, всего за 20 поколений сверчков мы смогли воочию наблюдать эволюционные процессы у большой популяции в естественных условиях.
За последние полтора столетия средний размер бивней слонов, как африканских, так и индийских, уменьшился примерно вдвое. Исследователи напрямую связывают эти данные с браконьерством: охотники за слоновой костью убивают, как правило, самых больших особей, поэтому слоны поменьше и с меньшими по размеру бивнями получают больше шансов оставить потомство.
В нескольких изолированных озёрах Африки и Америки замечены виды цихлид, у которых в ходе параллельной эволюции выделились две популяции: тонкогубые и толстогубые. Рыбки с толстыми губами приспособились добывать пищу из расщелин камней, обволакивая их губами и всасывая добычу. Тонкогубые же цихлиды обычно ищут жертву в открытой воде. В вулканическом озере Апоеке, что в Никарагуа, цихлиды появились чуть более ста лет назад из расположенного неподалёку озера Манагуа, но за это время самостоятельно успели разделиться по признаку толщины губ. Аксель Майер из Констарнцского университета в Германии, вместе с коллегами изучающий эволюционные изменения в этих рыбах, шуточно называет программу исследований «Проект Анджелина Джоли».
Среди последователей самых разных конфессий немало приверженцев теистического эволюционизма. Эта концепция признаёт научный взгляд на возникновение Вселенной, зарождение жизни на Земле и эволюцию, но движущей силой этих процессов объявляет Бога. Нестыковки в религиозных текстах (например, творение мира Богом за 6 дней) теистические эволюционисты объясняют тем, что в свете неоспоримых доказательств современных научных теорий религиозные тексты нужно трактовать не буквально, но аллегорически. Из всех конфессий наиболее последовательную и официальную поддержку теистический эволюционизм получил от католической церкви: ещё в середине 20 века папа Пий XII заявил, что эволюцию нужно считать серьёзной гипотезой, а в 1996 году Иоанн Павел II сказал, что это больше чем гипотеза, и что между теорией эволюции и доктриной веры нет противоречий.
Мясная диета сыграла важную роль в эволюционном успехе человека как биологического вида. Традиционно это утверждение аргументировалось тем, что добыча мяса методом охоты стимулировала использование орудий труда и развитие речи, посредством которой охотники могли эффективнее взаимодействовать. Исследователи из шведского университета города Лунда построили математическую модель и выявили ещё одну существенную пользу мясной диеты – она позволила сократить период грудного вскармливания, из-за чего увеличилась численность населения людей. У людей, как и других млекопитающих-хищников, развитие мозга до стадии, когда вскармливание прекращается, происходит быстрее, чем у травоядных.
В 2005 году американец Бобби Хендерсон придумал новую религию – пастафарианство, главное божество в которой – Летающий Макаронный Монстр. Это было сделано в знак протеста против введения в школах Канзаса изучения концепции «Разумного замысла» как альтернативе эволюционному учению. Согласно религии, невидимый Летающий Макаронный Монстр создал Вселенную и преднамеренно встроил все доказательства эволюции, испытывая веру своих адептов. Например, каждый раз, когда учёный проводит измерение возраста какого-либо предмета методом радиоуглеродного анализа, Монстр изменяет результаты своей Макароннейшей Десницей. В 2011 году австриец Нико Альм добился права сфотографироваться на водительские права с дуршлагом на голове, обосновав такой головной убор принадлежностью к пастафарианству.
Австралийская ящерица под названием желтобрюхий трёхпалый сцинк известна разным способом деторождения в пределах одного вида. В популяциях, живущих на морском берегу, детёныши вылупляются из яиц, а в холодных горных областях эти ящерицы – живородящие. Подобными свойствами обладают и встречающийся в наших широтах род лесных ящериц – они откладывают яйца только на юго-западе своего ареала.
У человека и всех млекопитающих есть возвратный гортанный нерв, обеспечивающий двигательную функцию и чувствительность структур гортани. Он отходит от идущего из мозга блуждающего нерва, огибает дугу аорты или иную крупную артерию и возвращается обратно к гортани. Особенно длинным – до четырёх метров – оказывается этот маршрут у жирафа, хотя расстояние от мозга до гортани составляет всего несколько сантиметров. Такая нецелесообразная траектория используется как доказательство теории эволюции её сторонниками – ведь это строение млекопитающие унаследовали от рыб, у которых отсутствует шея, и нерв идёт по оптимальной траектории.
Рефлекс, приводящий к возникновению «гусиной кожи», достался нам в наследство от животных. Мышцы волосяных фолликулов сокращаются и приподнимают волоски – в результате шерсть животного встаёт «дыбом». При реакции на холод это помогает дольше удерживать тепло тела, при реакции на опасность – делает зверя более массивным и устрашающим. У людей же в процессе эволюции волос на теле осталось мало, и этот рефлекс не имеет практического смысла.
Киты, дельфины и другие китообразные называются также вторичноводными: их предки в процессе эволюции сначала вышли из воды, а потом вернулись туда снова.
Жуки-бомбардиры защищаются от хищников, выстреливая нагретую до температуры кипения смесь токсичных веществ из специальных желез в их задней части. Как минимум у одного вида эта смесь извергается в виде пульсирующей струи. Такое сложное устройство жука часто приводится креационистами как доказательство невозможности появления этой системы в ходе эволюции.
Жители Африки и Азии с лёгкостью носят на голове тяжёлые грузы. Это объясняется законами физики. При ходьбе корпус человека поднимается и опускается, таким образом затрачиваются силы на подъём груза. Голова при этом поднимается и опускается с меньшей вертикальной амплитудой, чем всё тело, причём эта особенность вырабатывалась эволюционным путём: мозг оберегался от сотрясения, рессорой же служил пружинящий позвоночник с двойным изгибом.
Человеческий организм переваривает молоко благодаря особому ферменту – лактазе, который изначально вырабатывался только в организме грудных детей, чтобы пить материнское молоко. Однако некоторые люди имели «дефект», благодаря которому фермент вырабатывался их кишечником всю жизнь. Именно способность пить молоко дала им конкурентное преимущество среди жителей Северной Европы, ощущавших недостаток кальция и витамина D. Постепенно этот ген распространился, и сегодня число жителей североевропейских стран с непереносимостью лактозы не превышает 10%. А у китайцев, жителей Юго-Восточной Азии, Африки, американских индейцев этот показатель выше 90%.
|
