Максим Винарский

Евангелие от LUCA

В поисках родословной животного мира

Научный редактор Сергей Ястребов

Редактор Анна Щелкунова

Художественное оформление и макет Андрея Бондаренко

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Корректоры М. Миловидова, О. Петрова

Компьютерная верстка А. Фоминов

© Винарский М., 2020

© Бондаренко А., художественное оформление, макет, 2021

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2021

© Электронное издание. ООО «Альпина Диджитал», 2021

* * *

«Ах, как много на свете кошек…»

(вместо предисловия)

…И не только кошек, но и крокодилов, улиток, стрекоз, ленточных червей, медуз и широконосых обезьян. Есенин прав: «Нам с тобой их не счесть никогда». Давно канули в прошлое те времена, когда один человек, даже такой гениальный, как Аристотель или Линней, мог охватить своим пытливым умом все известные науке виды животных, населяющих Землю. Сегодня ни один специалист не знает, сколько всего видов представлено в фауне нашей планеты. Известно только, что счет должен вестись на миллионы и что из этих миллионов немалая часть до сих пор остается неизвестной науке. Открыть и описать эти виды, а также расположить их в определенном порядке, известном как система животного мира, — вот цель, которую научная зоология преследует уже более двух с половиной веков. Преследует, но никак не может достичь… Разнообразие современных животных поистине фантастично, а если добавить к нему всех вымерших существ, то задача полного описания всего животного царства может потребовать еще несколько веков интенсивных исследований.

Описание и систематизация видов животных — задача важная, но не единственная. В современной науке общепринято, что все они, от губок до человекообразных обезьян, происходят от единого предка, существовавшего так умопомрачительно давно, что приходится только гадать о том, как он выглядел и какой образ жизни вел. Понятие о генеалогии животного мира, о том, что все его представители в той или иной степени родственны друг другу, появилось относительно недавно. Окончательно эта концепция утвердилась только во второй половине позапрошлого века трудами Чарльза Дарвина и его единомышленников. Великая идея всеобщего родства вдохновляла и продолжает вдохновлять ученых на реконструкцию родословной всех существующих на Земле организмов. Эта родословная еще не выяснена во всех деталях, хотя за полтораста лет, минувших с начала «дарвиновской революции», наши знания о живой природе, о том, как она устроена и как развивается во времени, увеличились многократно. Но и до сих пор остается много неясного и нерешенного. В обозримом будущем филогенетики — специалисты, занимающиеся изучением родственных связей между животными, — без работы точно не останутся. С каждым годом они становятся все ближе к своей цели, но грандиозность замысла такова, что я не рискну делать прогнозы, когда же наконец они до этой цели доберутся. Вот почему в подзаголовке к названию этой книги значится: в поисках родословной животного мира. Поиски не окончены, они продолжаются прямо сейчас, пока я пишу это предисловие, и будут продолжаться еще долго после того, как вы перевернете последнюю страницу. Это настолько динамичная область знаний, что в ней буквально каждый день что-нибудь происходит. Я совсем не удивлюсь, если какие-то сведения, описанные в рукописи этой книги, успеют устареть за то время, пока ее будут редактировать и печатать.

В этой книге я хотел обрисовать — по необходимости очень широкими мазками — историю возникновения и эволюции многоклеточных животных, к которым мы, люди, тоже имеем честь принадлежать на правах довольно необычного, но вовсе не «исключительного» вида. Homo sapiens возник как одна из небольших ветвей великого Древа жизни, и формирование этого вида происходило в соответствии с общими эволюционными принципами. Об этом мы тоже поговорим, только в самом конце. Чтобы добраться туда, нам предстоит проделать протяженный путь длиною в четыре миллиарда лет. Он начнется в водах первобытного океана, где не встретить никаких других обитателей, кроме невидимых глазу одноклеточных микробов, а закончится на привычной нашему взору современной Земле, все уголки которой заселены разнообразнейшими живыми существами, большими и малыми.

Мы поговорим не только о том, кто от кого произошел, когда и как это случилось. Особая тема для разговора — каким образом биологам удается выявить родственные отношения между животными и восстановить пути их эволюции. Многие эволюционные события, о которых я планирую рассказать, произошли очень давно, а их действующие лица не оставили никаких материальных следов своего существования. Современные научные методы позволяют делать вполне обоснованные догадки о том, что случилось в прошлом, выдвигать и тестировать научные гипотезы, но все равно какая-то часть наших знаний основана на предположениях и интерпретациях. Это свойственно вообще всем наукам, в том числе и гуманитарным, изучающим дела давно минувших дней. В области эволюционной биологии не так много вопросов, по которым было бы достигнуто единодушное согласие специалистов. Даже такие относительно частные (на общем эволюционном фоне, конечно) события, как возникновение челюстей у позвоночных или происхождение насекомых, имеют не одно, а несколько альтернативных объяснений, вокруг которых десятилетиями ведутся споры. Нечего и говорить о таких фундаментальных вещах, как происхождение жизни на Земле, эволюция эукариотной клетки, становление сознания и речи у гоминид. В этих областях конкурирующие гипотезы и концепции исчисляются десятками, и, похоже, каждое новое поколение исследователей стремится дать свой собственный ответ на эти «вечные» вопросы.

Для тех, кто привык к невозмутимому спокойствию священных книг, где все зафиксировано раз и навсегда и никакие научные открытия не заставят изменить в них ни слова, ни даже запятой, такой способ познания может выглядеть прямо-таки несолидным. Что это за «истина», которая постоянно меняется, хотя бы и в деталях? И отчего эти недотепы-ученые все время яростно спорят между собой? Но для естествознания, в котором истина не дана в виде откровения свыше, бесконечные ее поиски являются нормальным состоянием. Происходит это не из-за присущей ученым любви к спорам и препирательствам, а потому, что описательные и экспериментальные науки — палеонтология, эмбриология, молекулярная генетика — что ни год подкидывают им новую пищу для ума. Еще одно «самое древнее» позвоночное, еще одно неожиданное родство, выявленное с помощью генетики, еще один вымерший предок человека… Новые открытия заставляют пересмотреть сложившиеся представления, поменять классификационные схемы, написать еще десятки полемических статей и книг. Не забудем про технический прогресс, постоянно вооружающий естествоиспытателей мощными научными инструментами, которые дают возможность заглядывать все дальше в космос и все глубже внутрь живой клетки. Инновации приводят к новому взгляду на привычные вещи, и беличье колесо науки продолжает бешено наматывать свои круги. Аналогия, впрочем, не самая блестящая, потому что даже самая быстроходная белка обречена остаться на месте, а наука все-таки продвигается вперед в своем познании природы, хотя происходит это очень нелинейно, непоступательно. Вот почему многие из историй, рассказанные в этой книге, — это истории с открытым финалом. Вместо хеппи-энда, за которым следуют свадьба, долгая счастливая жизнь и пышные похороны, мне придется развести руками и сказать: этого мы еще не знаем или не понимаем, а для ответа на этот вопрос у нас пока недостаточно фактов. Или: мы знаем, что нечто произошло в отдаленном прошлом, но не знаем, когда и как именно. Вернее, у нас есть множество догадок на сей счет, но сделать окончательный выбор между ними пока невозможно. Будем работать дальше, «подсчет кошек» далеко не окончен.

Можно выразиться и так: в науке истина — это не состояние, а процесс. Процесс бесконечного движения к цели, асимптота познания, двигаясь вдоль которой исследователи становятся (хочется в это верить) все проницательнее и осведомленнее. Научная картина мира, в том числе ее биологическая часть, состоит не только из гипотез и спорных утверждений. Многие факты и концепции обоснованы настолько хорошо, что едва ли в будущем они будут признаны ошибочными. Возраст Земли, исчисляемый несколькими миллиардами лет, молекулярные основы наследственности, происхождение наземных позвоночных от лопастеперых рыб, а современных птиц — от динозавров… Можно до хрипоты спорить о деталях антропогенеза, о том, когда и чья прапрапра…прабабушка «согрешила» с неандертальцем, но сам факт эволюционного происхождения Homo sapiens и его теснейшего родства с остальным животным миром незыблем. «Упрямые Галилеи» от биологии не зря прожили свои жизни.

Эта книга не только о животных, но и о людях, их изучающих. О тех, кто пришел к великой идее эволюционного родства всего живого, и о тех, кто догадался, как это родство можно выявить и восстановить. О творцах и провидцах, о баловнях судьбы и неудачниках, о шумных пропагандистах и о тихих кабинетных ученых. О мужчинах и женщинах, о шведах и русских, о тех, чьи имена известны всем (Чарльз Дарвин), почти всем (Грегор Мендель, Карл Линней) или только узким специалистам (Вилли Хенниг, Константин Мережковский). Лично для меня люди, делавшие науку в прошлом, их биографии и их мнения, даже ошибочные, не менее интересны, чем наука сама по себе. Мои собственные профессиональные занятия зоологией беспозвоночных постепенно подвели меня к изучению ее истории, вызвали желание разобраться, почему сегодняшние исследователи работают именно так, а не иначе, и чем они обязаны своим предшественникам. Я решил отказаться от привычного, используемого во многих популяризаторских книгах подхода, когда автор сначала излагает историю развития какой-нибудь идеи, с цитатами из старинных книг и анекдотами, а потом рассказывает о ее современном состоянии. Здесь история и современность перемешаны. Почти в каждой главе я буду совершать небольшие экскурсы в историю биологии, делая это всякий раз, когда покажется уместным. Не удивляйтесь.

И еще одно важное предуведомление. «Евангелие от LUCА» состоит из 11 сравнительно коротких глав. Тема каждой из них могла бы лечь в основу самостоятельной книги такого же объема, как эта. Вот почему мне постоянно приходилось сдерживать себя и бороться с искушением упомянуть еще одну замечательную гипотезу или еще одно «совершенно уникальное» ископаемое. Или рассказать о еще одном забавном происшествии из жизни Жоржа Кювье. Как говорил Козьма Прутков, «никто не обнимет необъятного», и я мог сознательно или бессознательно упустить определенные важные детали, что в глазах читателя из числа профессиональных ученых может показаться непростительной оплошностью. Я не хочу повторять ритуальную фразу о том, что «буду рад» получить указания на собственные ошибки или погрешности. Вряд ли есть люди, испытывающие искреннюю радость от этого. Но любая критика, высказанная по существу и со знанием дела, будет воспринята мной с признательностью, тем более что я не могу назвать себя узким специалистом по многим вопросам, которые пришлось затронуть в этой книге. Это неизбежно в условиях современной науки, где каждый ее работник является экспертом лишь в очень ограниченном круге вопросов (к примеру, моя профессиональная «епархия» — это изучение моллюсков, и не всех, а только пресноводных, и не во всех мыслимых аспектах, а преимущественно их систематики, экологии и географического распространения). Так что мне не избежать использования хотя бы одной сакраментальной фразы из тех, что принято помещать в предисловия. А именно: замысел книги я раскрыл, но насколько удачно с этим справился — судить читателю.

Кстати, о замыслах. Идея написать нечто подобное возникла у меня много лет назад, когда я преподавал в одном из сибирских университетов и по долгу службы должен был читать курс лекций по дисциплине «Концепции современного естествознания». Нечто вроде краткого введения в современную научную картину мира в восьми главах с прологом и эпилогом (то есть зачетом, реже экзаменом). Курс читался студентам всех специальностей, даже будущим филологам, технологам и художникам. Мне приходилось проявлять чудеса изобретательности, чтобы без формул и заумных терминов донести содержание биологических концепций аудитории, сплошь состоящей из гуманитариев. И делать это сравнительно «легким штилем», чтобы мухи не дохли на лету (от скуки). Именно из тех времен идет часть примеров и аналогий, которые я использовал при написании этой книги.

Тому, чтобы замысел воплотился в реальность, очень способствовало издательство «Альпина нон-фикшн», предложившее мне издать «Евангелие от LUCА». Я рад такой возможности, хотя для меня это не только честь, но и ответственность. Это издательство выпускает в свет лучшие научно-популярные книги отечественных и зарубежных авторов и тем самым задает очень высокую планку для потенциальных авторов. Я приложил все усилия, чтобы дотянуть хотя бы до середины этой планки.

Мне хочется выразить благодарность Санкт-Петербургскому государственному университету, предоставившему мне возможность спокойной творческой работы, а также Российскому научному фонду и Российскому фонду фундаментальных исследований. Две последние организации финансировали мои научные исследования, а не написание этой книги, но именно благодаря их поддержке (как и поддержке Санкт-Петербургского университета) я имею возможность посвящать свой досуг популяризации научных знаний.

Я очень признателен многим людям, с которыми меня свела судьба на ученом поприще и в общении с которыми я сформировался как исследователь. Не будь их, мне не пришлось бы написать эту книгу. Это и мои университетские учителя, и коллеги, с которыми я вел многочисленные дискуссии «за науку», причем иногда в самых неожиданных местах, вроде палатки, затерянной в гренландской тундре, или бунгало на берегу Белого Нила. Всех назвать нельзя, но не могу не упомянуть своих наставников, профессоров Светлану Иосифовну и Николая Игоревича Андреевых (Омск), а также Виталия Анистратенко (Киев), Ивана Болотова (Архангельск), Максима Гребенникова (Екатеринбург), Александра Махрова (Москва), Ивана Нехаева (Санкт-Петербург), Дмитрия Палатова (Москва), Анастасию (Асю) Федотову (Санкт-Петербург). Все они определенным, хотя и непрямым, образом способствовали тому, чтобы эта книга была написана. Никто из них, конечно, не несет ответственности за любые ошибки и неточности в тексте. С чувством огромного уважения я вспоминаю ученых старшего поколения, с которыми имел счастье быть знаком и испытал влияние как их личных качеств, так и созданных ими научных трудов. Это Эдуард Израилевич Колчинский, Петр Владимирович Матекин, Ярослав Игоревич Старобогатов, Игорь Моисеевич Хохуткин.

Большое спасибо научному редактору этой книги, Сергею Ястребову, который внимательно прочитал исходный текст и внес немало предложений, направленных на то, чтобы сделать его более читабельным и точным. Также он указал мне на различные оплошности и двусмысленности в тексте, особенно в вопросах, касающихся эволюции и эмбриологии позвоночных животных (хотя далеко не только в них). Палеонтолог Андрей Журавлев, любезно согласившийся прочитать рукопись, тоже выловил несколько досадных ляпов, преимущественно относящихся к вопросам палеобиологии, за что я ему весьма признателен.

Немало труда в подготовку рукописи к изданию вложила литературный редактор Анна Щелкунова, которую я также должен поблагодарить. Большое спасибо руководителю проектов издательства «Альпина нон-фикшн» Александре Шуваловой, координировавшей всю работу по редактированию текста и верстке книги.

И еще одно слово благодарности — создателям и кураторам замечательных электронных библиотек, благодаря которым современный зоолог имеет свободный доступ буквально к сотням тысяч томов научной литературы, изданных за последние 200–300 лет. В мировом масштабе главнейшей из таких библиотек является Biodiversity Heritage Library (https://www.biodiversitylibrary.org/). Электронные версии русскоязычных книг по эволюции, зоологии, ботанике и истории биологии прилежно собирает Алексей Шипунов, создатель онлайн-библиотеки «Флора и фауна» (http://ashipunov.me/shipunov/school/sch-ru.htm). Но даже в условиях этого виртуального книжного изобилия не теряют своей значимости и классические «бумажные» библиотеки. Я признателен сотрудникам библиотеки Зоологического института РАН (г. Санкт-Петербург) и научной библиотеки им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета. Их самоотверженный труд бесценен. Спасибо им.

Глава 1. У начала начал

Когда вверху не названо небо,

А суша внизу была безымянна,

Апсу первородный, всесотворитель,

Праматерь Тиамат, что все породила,

Воды свои воедино мешали.

Тростниковых загонов тогда еще не было,

Тростниковых зарослей видно не было.

Когда из богов никого еще не было,

Ничто не названо, судьбой не отмечено,

Тогда в недрах зародились боги…

Энума элиш (вавилонская поэма о сотворении мира)

Кто такой или что такое LUCA? Это не человек, не персонаж фантастического романа, не марка человекоподобного робота и уж, конечно, не автор третьего новозаветного Евангелия. LUCA (Last Universal Common Ancestor) — последний, то есть самый близкий к нам по времени, универсальный общий предок, существо, от которого происходят все ныне живущие и подавляющее большинство вымерших организмов, в том числе бактерии, растения, грибы и, разумеется, животные, а значит, и мы с вами. LUCA примечателен тем, что его никто никогда не видел и, скажем откровенно, никогда не увидит. В отличие от мамонтов, аммонитов и тираннозавров, оставивших вполне материальные доказательства своего пребывания на бренной земле в виде окаменелых костей, раковин или зубов, от LUCА в геологической летописи, записанной в слоях осадочных горных пород, не сохранилось решительно ничего, и нет ни малейшей надежды когда-нибудь в будущем натолкнуться на его останки. Однако было бы большой ошибкой ставить его в один ряд с такими замечательными созданиями, как гиппогрифы, мантихоры, псоглавцы и сциаподы, порожденными буйной фантазией Античности и Средневековья. Биологи нимало не сомневаются, что в далеком прошлом нашей планеты LUCA действительно обитал в теплом первобытном океане. Место ему не в «Энциклопедии вымышленных существ», а в самых что ни на есть серьезных и фундаментальных научных трудах, повествующих об эволюции Земли и развитии жизни на ней. Более того, современные ученые могут высказывать вполне обоснованные догадки об образе жизни, который вел LUCA, и устройстве его организма. И эти догадки не так фантастичны и спекулятивны, как может показаться человеку, далекому от науки. Их нельзя сравнивать с мыслительными упражнениями философов острова Лапуты, над которыми некогда потешался Джонатан Свифт. Именно с LUCА начинается более или менее достоверно известная нам история эволюции жизни на Земле, одним из последних «плодов» которой (но ни в коем случае не «венцом», как можно прочитать в некоторых научно-популярных изданиях) стал появившийся в определенном месте и в определенное время новый вид животных, позднее назвавший себя Homo sapiens.

Мало кто знает что-нибудь определенное про своего прапра- (20 раз «пра−») — дедушку. Где и когда он жил? Как его звали? Как он добывал себе хлеб насущный? Если вы не особа королевских кровей и не породистый скакун, родословная которого занесена в племенную книгу, вряд ли получится ответить на подобные вопросы. Частная жизнь наших пращуров скрыта плотным покровом неизвестности. Но то, что они были, доказывает сам факт нашего существования. Поразмыслив, можно высказать определенные предположения о нашем прапрапрапредке. Например, мы можем уверенно сказать, что он прожил достаточно долго, чтобы достичь половой зрелости и оставить после себя хотя бы одного потомка.

Точно так же и внимательный взгляд на прошлое Земли, на родословную животных, растений, грибов и микроорганизмов неизбежно приводит нас к мысли, что все это многообразие живых существ, больших и малых, восходит к единому предку, который жил очень давно, совсем близко по времени к началу начал эволюционной истории. Важнейшее доказательство этого состоит в том, что все известные нам живые организмы используют практически одинаковый механизм кодирования и декодирования наследственной информации. Данные об устройстве того или иного организма хранятся в зашифрованном виде в информационных макромолекулах (ДНК, РНК), затем считываются особыми клеточными органеллами (рибосомами), и на основе считанной информации происходит синтез белков. Эта картина в общих чертах верна для всех видов, населяющих биосферу, хотя детали генетического кода, используемого для шифрования наследственной информации, могут немного различаться. Считается, что сходство генетических аппаратов у столь несхожих между собой существ, как, например, кишечная палочка, рододендрон и тигровая креветка, не может быть делом случая. Правдоподобнее всего объяснять его единством происхождения всех организмов от какого-то первопредка, чей генетический механизм они унаследовали.

Соблазнительно думать, что самое первое живое существо, возникшее на нашей голубой планете, и было искомым универсальным предком, то есть LUCА. Однако это представляется маловероятным.

Хотя происхождение жизни на Земле не является темой этой книги и наша история начинается с LUCА[1], совсем обойти эту проблему нельзя. Поговорим о ней прямо сейчас, чтобы потом уже к ней не возвращаться.

Как в точности возникла жизнь на Земле, знают только авторы священных книг и школьных учебников. По крайней мере, в моем школьном учебнике общей биологии, изданном в начале 1990-х гг., говорилось, что живые существа возникли таким-то и таким-то путем и были устроены так-то и так-то. Может, в нынешних учебниках эта безапелляционность уже исчезла. Серьезные исследователи знают, что этот вопрос еще весьма далек от своего разрешения, и, не имея окончательного и общепринятого ответа, мы вынуждены рассматривать несколько гипотез, каждая из которых имеет свои сильные и слабые стороны. Не думаю, что хоть один из ныне живущих биологов отважится утверждать, что он определенно знает, что и как произошло в самом начале начал… Неспроста Н. В. Тимофеев-Ресовский, один из крупнейших генетиков прошлого века, на вопрос о том, как возникла жизнь на Земле, шутливо отвечал: я тогда маленький был, ничего не помню[2]. Несмотря на тонны бумаги и гигабайты информации, затраченные на дискуссии, загадка происхождения жизни до сих пор представляет собой «тайное тайных» научной картины мира.

Дело не столько в том, что важнейшее это событие случилось невероятно давно, более 4 млрд лет назад, и в каменной летописи нашей планеты никак не задокументировано. Давайте подумаем вот о чем. Естественные науки, такие как физика, химия или биология, «заточены» на изучение множества однородных объектов или событий, повторяемость которых позволяет отыскать какие-то общие закономерности в их наблюдаемом великом многообразии. Яблоко, в один прекрасный день упавшее на голову Исаака Ньютона, было только стимулом, толчком к размышлению, но законы тяготения не были бы открыты, если бы Ньютон не наблюдал до этого множества других падений — яблок с деревьев, черепицы с крыш, посуды со стола в собственном доме. Иоганн Вольфганг Гёте, исследуя строение множества видов растений — тополя, земляники, чертополоха, лилии, — пришел к мысли о существовании прарастения (Urpflanze), своеобразного идеального прототипа, признаки которого, изменившиеся в ходе множественных превращений, могут быть обнаружены в строении современных растений.

Итак, закон природы — это нечто общее, проявляющееся неизменно во множестве объектов и явлений, во всех остальных отношениях довольно различных.

Напротив, в гуманитарных научных дисциплинах объекты исследования обычно (хотя и не всегда) характеризуются своей уникальностью, единичностью[3]. Тем они и ценны. Утрата их невосполнима. Любое историческое событие, если его не задокументировать, быстро стирается из человеческой памяти. Мы уже никогда не прочитаем целиком второй том «Мертвых душ», не услышим музыку, звучавшую на пирах в древних Афинах, не узнаем, кто и при каких обстоятельствах изобрел деревянную лодку, колесо, пуговицу… Гуманитарии обречены на бесконечные споры о том, писал ли Шекспир пьесы Шекспира и правда ли, что варяги были основателями древнерусского государства.

Жизнь на Земле, насколько сейчас известно, возникла единожды. По крайней мере, в современных условиях самозарождение живых существ из неживой материи (абиогенез) невозможно. Точку в этом вопросе поставил Луи Пастер еще в позапрошлом веке. Мы до сих пор не открыли ни одной биосферы за пределами нашей планеты, поэтому сравнивать не с чем. Даже степень уникальности земной жизни до сих пор не очень понятна. Крайняя точка зрения состоит в том, что жизнь в космосе возникает чрезвычайно редко, и, возможно, Земля — единственная планета в нашей Галактике, на которой возникла биосфера. До недавнего времени даже вопрос о существовании планет в других звездных системах оставался предметом догадок. Сегодня астрономам точно известно, что планеты у других звезд (так называемые экзопланеты) довольно обычны даже в нашем ближайшем звездном окружении. Обнаружение ранее неизвестной экзопланеты давно перестало быть научной сенсацией, и немудрено: сейчас таких объектов известно почти 4200[4]. Некоторые из них по ряду характеристик (размеры, величина силы тяготения у поверхности, удаленность от своего светила) напоминают Землю, и, вполне вероятно, на них тоже возникла жизнь. Однако пока мы можем лишь гадать о том, действительно ли внеземная жизнь существует, и если да, то насколько она похожа или непохожа на земную.

Исследовать событие, произошедшее только один раз, причем в очень далеком прошлом, крайне сложно. Даже самые продвинутые научные технологии при этом пробуксовывают. В условиях, когда от некоего события не осталось ровным счетом ничего, задача его реконструкции выглядит практически невыполнимой. Даже от второго тома «Мертвых душ» сохранились хоть какие-то отрывки. В случае с абиогенезом нам не настолько повезло.

Ученые должны объяснить, как произошел переход от химического уровня организации материи к биологическому. Бактериальная клетка по сравнению с организмом человека покажется нам крайне просто устроенной, но даже она значительно сложнее, чем самая сложная и «умная» макромолекула, такая как молекула ДНК. Многие свойства живых существ отсутствуют у объектов неорганического мира[5]. Должен был произойти великий качественный скачок, обеспечивший переход «от вещества к существу»[6]. Должны были появиться механизмы передачи признаков по наследству, биохимические процессы, с помощью которых первобытная клетка могла обмениваться веществом и энергией с внешним миром, а также поддерживать свой гомеостаз. Но как это произошло?

В последние сто лет над загадкой абиогенеза трудились изощреннейшие умы, составляющие интеллектуальную элиту человечества, причем не только биологи, но и физики, химики, геологи и астрономы. Однако по описанным выше причинам даже самые остроумные и популярные концепции, такие как гипотеза РНК-мира, все равно остаются в ранге гипотез.

Поразительна та быстрота, с какой на Земле «завелась» биосфера. Принято считать, что астрономический возраст нашей планеты составляет приблизительно 4,5 млрд лет. Новорожденная Земля была местом, не очень привлекательным для проживания, и напоминала, возможно, картины Ада, созданные фантазией Иеронима Босха. Жидкая вода — необходимое условие для возникновения жизни — появилась около 4,3 млрд лет назад, а самые ранние следы пребывания в земном океане живых существ датируются временем 3,7 млрд лет назад, причем есть веские основания думать, что земная биосфера на самом деле еще старше[7]. В любом случае древнейшие из горных пород, в которых теоретически можно отыскать свидетельства о ранней жизни, имеют возраст около 4 млрд лет[8]. Сведения обо всем, что происходило в первобытном океане раньше этого времени, до нас в принципе не могли дойти.

Итак, первые обитатели нашей планеты появились в период с 4,3 до 3,7 млрд лет назад, то есть в промежутке, примерно равном 600 млн лет. Много это или мало? По человеческим меркам это баснословно продолжительная эпоха, но если ее сравнивать с абсолютным возрастом Земли и тем более с возрастом Вселенной (составляющим, как ныне установлено, около 13,8 млрд лет[9]), грандиозность данной величины несколько меркнет. К слову сказать, от появления первого в истории Земли животного до пришествия в этот мир Homo sapiens прошло от 600 до 700 млн лет. Выходит, что на временно́й шкале, с которой привыкли работать современные астрономы и геологи, абиогенез занимает совсем небольшой отрезок, то есть он свершился если не совсем уж мгновенно, то, во всяком случае, довольно быстро. Вкупе с отсутствием материальных следов этого процесса такая быстрота открывает простор для альтернативных гипотез, включая ненаучные.

Например, можно предположить, что живые существа возникли совсем не на Земле, а где-то на другом небесном теле, откуда таинственным образом попали на нашу планету. Говорили и писали об этом немало, но прямых доказательств нет как нет, что не позволяет вывести дискуссию за пределы спекулятивных рассуждений. К тому же нерешенным остается фундаментальный вопрос о том, как возникла жизнь в этом загадочном «где-то», откуда она к нам затем и попала. Но эта гипотеза вполне респектабельна с научной точки зрения, и отказаться от нее априори, потому что, как выражался у Чехова автор письма к ученому соседу, «этого не может быть, потому что этого не может быть никогда», непозволительно.

Другой сорт гипотез, для которого в современной научной картине мира места не находится, сводится к тому, что возникновение жизни на Земле было результатом творческой деятельности некоего сверхъестественного существа, создавшего живые организмы сверхъестественным же способом. Такие гипотезы принято называть креационистскими (от лат. «creatio» — сотворение). Споры со сторонниками креационизма в мою задачу тоже не входят, но и в этом случае надо сделать небольшой экскурс в сторону и, перед тем как вернуться к рассказу о LUCА, поговорить о соотношении религиозной и научной картин мира.

Рассказывают, что однажды всемогущий император Франции Наполеон I посетил великого французского астронома Лапласа и много расспрашивал его об устройстве мироздания. Бывали такие времена в прошлом, когда монархи искренне интересовались последними достижениями в области естественных наук. Выслушав рассказ Лапласа, Бонапарт спросил, а какое же место в системе мира он отвел Господу Богу. «Сир, — гласит легендарный ответ астронома, — я не нуждался в этой гипотезе!»

Если это и апокриф, то очень хорошо придуманный, недаром его раз за разом пересказывают в книгах по истории науки. Вот уже более 200 лет создатели естественно-научной картины мира не принимают в расчет божественное вмешательство, пытаясь объяснить природные явления природными же причинами. И это вовсе не значит, что все естествоиспытатели как один атеисты, нигилисты и скептики. Причина лежит несколько глубже.

С тех пор как философы и сами ученые, склонные к рефлексии, начали задумываться о том, что же такое научное знание и чем оно отличается от ненаучного, было сформулировано немало критериев, позволяющих отличить первое от второго. Наибольшую популярность, пожалуй, получил критерий фальсифицируемости, предложенный около 80 лет назад философом Карлом Поппером. Поппер считал, что любое предположение, претендующее на научность, должно заключать в себе возможность своего опровержения или, выражаясь его языком, фальсификации. Высказывание, которое в принципе нельзя опровергнуть, может быть чем угодно — мифом, религиозной догмой, художественным образом, но только не элементом научного познания.

У Гоголя в «Записках сумасшедшего» г-н Поприщин утверждает, что Луну делает в Гамбурге хромой бочар, и делает ее довольно скверно («видно, что, дурак, никакого понятия не имеет о луне»). При всей абсурдности и смехотворности этого утверждения оно все-таки является фальсифицируемым, то есть, по Попперу, «научным». Можно ведь отправиться в Гамбург, отыскать хромого бочара и выяснить, так ли обстоит дело. А вот если некто выдвигает предположение, что Луна создана в далеком прошлом сверхъестественным Творцом, к примеру Летающим макаронным монстром, то как мы можем опровергнуть такое утверждение? По крайней мере, используя научные методы, — никак. Наука по определению работает только с материальными причинами, а любые чудеса и разные виды сверхъестественного вмешательства оставляет за рамками своего рассмотрения. Не в последнюю очередь потому, что, апеллируя к гипотезам креационистского типа, можно доказать или опровергнуть вообще все что захочется. Можно видеть в этом добровольное самоограничение или даже «зашоренность» научного способа познания, но факт остается фактом: современное естествознание в принципе выводит сверхъестественное за рамки своей картины мира, не посягая при этом на право каждого человека самому решать, верить ему в «гипотезу Творения» или нет. Но в рамках строго научного подхода эта гипотеза всерьез рассматриваться не может.

То же самое относится и к концепциям эволюционной биологии, включая идею об эволюционном происхождении человека (часто совершенно неправильно выражаемую фразой «человек произошел от обезьяны»). Современная биология и большинство мировых религий имеют резко противоположные точки зрения на этот вопрос. Даже спустя 150 лет после Дарвина споры об эволюции не утихают, и все такими же актуальными остаются ехидные строки графа Алексея Толстого (того, который написал «Князя Серебряного», а не «Приключения Буратино»), написанные в далеком 1872 г.:

Всход наук не в нашей власти,

Мы их зерна только сеем;

И Коперник ведь отчасти

Разошелся с Моисеем.

Ты ж, еврейское преданье

С видом нянюшки лелея,

Ты б уж должен в заседанье

Запретить и Галилея.

<…>

Способ, как творил Создатель,

Что считал Он боле кстати —

Знать не может председатель

Комитета о печати[10].

Одним словом, религиозные представления о происхождении Вселенной, живых существ и человека, какими бы почтенными по возрасту и дорогими для многих людей они ни были, остаются с научной точки зрения «великим „Может Быть“» (Ф. Рабле), рассуждения о котором естественные науки оставляют философии и богословию.

Конечно, на первый взгляд может показаться, что и некоторые гипотезы, всеми почитаемые за вполне научные, не выдерживают проверки критерием Поппера. Вспомним хотя бы предположение о заносе живых организмов из космоса на Землю. Как можно его фальсифицировать? Это вам не приятная поездка в Гамбург в поисках «хромого бочара». Тем не менее опровергнуть эту гипотезу можно хотя бы теоретически (а в будущем, возможно, и практически). Предположим, что нам удалось отыскать живые существа за пределами Земли, например на спутниках Сатурна Титане или Энцеладе (я не случайно назвал именно эти два космических тела: есть некоторые основания думать, что если в Солнечной системе и могли возникнуть другие биосферы, то, скорее всего, именно там). Если сравнение генетических и биохимических особенностей этих существ с таковыми у земных организмов выявит резкие различия, например принципиально несхожий с нашим вариант кодирования наследственной информации, то, вероятнее всего, жизнь на этих космических телах возникала независимо, а не мигрировала с одного на другое. Если же окажется, что и в генетическом, и в биохимическом отношениях земные и внеземные формы жизни схожи, тогда все шансы будут на стороне «космической» гипотезы происхождения жизни.

Но довольно об этом. От начала начал перейдем к началу нашей истории, а именно к происхождению, образу жизни, нравам и обычаям LUCА.

Я открываю свежий номер авторитетного научного журнала Nature, на страницах которого публикуются новости о самых замечательных открытиях, сделанных в области естественных наук. («Открываю» — следует понимать прокручиваю веб-страницу с оглавлением очередного выпуска журнала. Удовольствие листать свежие журналы, вдыхая исходящий от них запах типографской краски, уходит в прошлое так же стремительно, как привычка писать на бумаге обстоятельные письма друзьям и знакомым, аккуратно складывать исписанные листы в бумажный конверт и бежать к ближайшему почтовому ящику… А помнит ли кто-нибудь, что еще лет сто назад страницы вновь напечатанной книги нужно было разрезать особым ножом, чтобы добраться до текста?)

Среди сообщений о том, что благополучию акул в Мировом океане серьезно угрожает рыбный промысел, и совершенно непостижимых для моего ограниченного ума заголовков вроде «Гигантская нереципрокная генерация второй гармоники из антиферромагнитного бислоя CrI_3» (я понимаю, что это из области химии, но не более того) натыкаюсь на статью под названием «Трудности, связанные с древнейшими свидетельствами существования жизни»[11]. Ага, кажется, это что-то интересное! А не найдется ли в тексте чего-нибудь про нашего героя? Отправляюсь на сайт нашей университетской библиотеки, скачиваю файл со статьей, бегло пролистываю. Так и есть.

Автор обзора, бельгийский палеобиолог Эммануэль Жаво, иллюстрирует свою статью небольшим рисунком, где наглядно представлены важнейшие этапы ранней истории биосферы, наложенные на шкалу геологического времени. Я привел этот рисунок здесь (рис. 1.1), немного его упростив и переведя часть терминов с английского языка на русский.

Итак, как говорится, «что мы видим на картине»? Наш замечательный LUCA располагается в левой части графика, но довольно далеко от самого начала, от момента возникновения жизни на Земле. Это означает, что он никак не мог быть самым первым живым существом на нашей планете. Очевидно, что до него (и даже одновременно с ним) в биосфере существовали и другие организмы, но идущие от них родословные линии со временем прервались, а значит, все потомки этих первопоселенцев Земли вымерли… В живых остались только те, которые напрямую происходят от LUCА. Это хорошо видно на следующем рисунке (рис. 1.2), который я тоже взял из статьи Э. Жаво и немного переформатировал для русскоязычного читателя. Обратите внимание на датировки, представленные на обоих рисунках. Современные специалисты относят время существования LUCА к периоду между 4 и 3,5 млрд лет назад. В эту эпоху уже формировались сохранившиеся до наших дней горные породы, и, чисто теоретически, можно ожидать, что в них сохранились остатки LUCА. Тут внимательный читатель вспомнит мое категорическое утверждение о том, что эти остатки все же никогда не будут найдены. Отчего бы, если физическая возможность сохранения микроскопических ископаемых имеется? Ответ очень простой: даже если нам посчастливится обнаружить окаменелые остатки LUCА, как распознать, что они принадлежали именно ему? Выделить и проанализировать ДНК из таких окаменелых прапраклеток, видимо, не получится и в самом отдаленном будущем. По внешнему же виду судить крайне затруднительно, а точнее, совсем невозможно. LUCA — в определенной степени научная абстракция, хотя, в отличие от нигде и никогда не существовавшего «идеального газа» физиков, он был в свое время и в своем месте очень даже материален.

Продолжим рассматривать эти два интереснейших графика. На обоих наш LUCA предстает родоначальником трех основных подразделений (доменов) жизни: бактерии, архебактерии (археи) и эукариоты. С бактериями каждый из нас знаком хотя бы понаслышке. Это микроскопически малые, вездесущие одноклеточные создания, лишенные клеточного ядра и хромосом. Общий предок всех бактерий сокращенно именуется LBCA (см. рис. 1.1), что расшифровывается как «последний бактериальный общий предок» (Last Bacterial Common Ancestor). Именно бактерии в свое время, не ранее чем 3,42 млрд лет назад, «изобрели» фотосинтез, что сыграло ключевую роль в дальнейшей эволюции биосферы, в частности обеспечило возможность выхода жизни на сушу и появления разумных существ.

Об археях широкой публике известно гораздо меньше. Долгое время их не отличали от бактерий, настолько они похожи, и только в 1977 г. были опубликованы сенсационные на тот момент данные о том, что эти две группы одноклеточных организмов резко различны генетически и никак не могут быть объединены в рамках классификации. Сейчас уже почти никто не сомневается, что археи — совершенно особая ветвь эволюции живого, представленная в наши дни большим числом видов. Их важнейшим эволюционным приобретением был метаногенез, также упомянутый на первом рисунке (кстати, вполне возможно, что метан умел вырабатывать и LUCA, по меньшей мере у него были необходимые для этого генетические предпосылки). В отличие от оксигенного фотосинтеза, побочным продуктом этого биохимического процесса является не кислород, а метан (CH_4). Археи — единственные микроорганизмы, способные производить этот газ, причем они экологически весьма пластичны и встречаются в самых разнообразных средах, от дышащих паром гейзеров до холодных почв зоны вечной мерзлоты. Их можно обнаружить даже в человеческом теле, например в недрах толстого кишечника. По аналогии с общим предком всех бактерий родоначальник (то есть последний общий предок) архей назван LACA (Last Archaea Common Ancestor).

К третьему домену биосферы принадлежим мы с вами, люди, но не только мы, а вообще все организмы, в клетках которых есть клеточное ядро и хромосомный аппарат. Этот домен называют «эукариоты», или ядерные организмы. Сюда относятся все животные, растения и грибы, а также большое число видов одноклеточных эукариот, традиционно называемых «простейшими», или протистами. Некоторые из них, вероятно, запомнились вам со школьных времен (амеба, инфузория-туфелька, эвглена зеленая). Обратите внимание на то, как возникают эукариоты на родословном древе (рис. 1.1): этот домен не имеет единого истока, являясь потомком одновременно и архебактерий, и просто бактерий. Почему это так, мы рассмотрим в главе 5 и тогда снова обратимся к изучению рисунка. Первый на свете представитель эукариот, столь же неуловимый, как LUCA, обозначается аббревиатурой FECA (First Eukaryota Common Ancestor — первый общий предок эукариот). Легко догадаться, что организм, называемый LECA (он тоже есть на рисунке), был последним (last) общим предком эукариот.

Остается только гадать, какие существа населяли Землю до LUCА, как они были устроены и почему сошли с эволюционной сцены, не оставив потомков. Обратимся лучше к тому, что современные ученые смогли узнать о LUCА. Почти все это знание основано на анализе генетических и биохимических признаков ныне живущих видов. Если они происходят от единого первопредка, то непременно должны нести в своих геномах полученное от него «наследство». Путем сравнения генетических признаков множества видов современных живых существ исследователям удалось идентифицировать 355 генов, которые, как они предполагают, входили в геном LUCА[12].

Зная конкретные гены, можно установить, за производство каких белков они отвечали, а значит, еще немного приблизиться к реконструкции нашего общего предка. Одним из наиболее важных результатов изучения LUCА стал вывод о том, что его белки были в высокой степени термоустойчивы. На основе этого биохимики делают вывод, что их владелец, первобытный одноклеточный организм, жил в весьма теплой, даже горячей среде. По некоторым оценкам, ее температура могла превышать 90 °C[13], иными словами, наш герой обитал чуть ли не в крутом кипятке! Для большинства современных живых существ даже гораздо меньшие температуры являются смертельными, хотя среди бактерий и архей известны очень термоустойчивые виды, прекрасно себя чувствующие даже в воде исландских гейзеров. Но большинство исследователей склонны думать, что LUCА жил не в гейзерах, а на дне первобытного океана, где тоже были (да и сейчас есть) подходящие места для любителей поплескаться в кипятке. Я имею в виду подводные гидротермальные источники, такие как, например, знаменитые «черные курильщики», образующиеся там, где из-под земной коры бьют фонтаны очень горячей и обогащенной минеральными веществами воды. В таких местах процветают сообщества бактерий и архей, а также микробоядных многоклеточных организмов (и многоклеточных организмов, которые питаются последними). Самое место для проживания нашего LUCА!

Значит ли это, что жизнь тоже возникла в подобном «черном курильщике»? Некоторые ученые отвечают на этот вопрос утвердительно, ссылаясь на необычайную теплолюбивость («гипертермофильность» на профессиональном языке микробиологов) LUCА. Другие возражают, что жизнь могла возникнуть вовсе не в первобытном океане, а в гораздо более специфических местообитаниях, расположенных прямо на поверхности нашей планеты, — жерлах грязевых вулканов или горячих источниках. Еще в 1871 г. Чарльз Дарвин в частной переписке высказал догадку, что первые живые существа могли зародиться на поверхности земли в какой-нибудь «маленькой теплой луже» (warm little pool)[14]. Исследования последних десятилетий как будто бы подтверждают его удивительное научное предвидение. В качестве современных аналогов такой «колыбели» первобытной жизни рассматриваются, например, гейзеры Камчатки[15].

Мы помним, что LUCA был далеко не первым организмом в биосфере: между зарождением жизни и появлением последнего общего предка всех современных видов могли пройти многие десятки миллионов лет. Вполне вероятно, что жизнь, возникнув в этой гипотетической «теплой луже», проникла в воды Мирового океана и там дала множество разнообразных потомков, одним из которых и стал теплолюбивый LUCA. Но оставим споры по этому интереснейшему вопросу специалистам…

Что еще удалось узнать о нашем далеком первопредке?

Жил он примерно 3,8 млрд лет назад. Как получена эта датировка, поговорим чуть позже, в главе 3. Наследственную информацию LUCA хранил, используя молекулы ДНК, но он еще не имел хромосомного аппарата. Считывание (транскрипция) этой информации проводилось, как и во всех современных клетках, с помощью рибосом и молекул РНК. Белки, которые он мог синтезировать, состояли из тех же 20 базовых аминокислот, которые входят в состав белков нынешних организмов. Был LUCA роста совсем небольшого, прямо скажем, микроскопического, но уже обладал всем необходимым внутриклеточным оснащением, чтобы размножаться и обмениваться с окружающей средой энергией и веществами, необходимыми для жизнедеятельности. Возможно, что его тело (клетку) окружала вполне сформированная мембрана, похожая на те клеточные мембраны, которые есть у современных бактерий и эукариот (правда, с этим согласны не все специалисты). Через нее LUCA получал извне все необходимое и избавлялся от ненужных веществ. Что касается его способа питания, то биологи величают LUCА «анаэробным хемоавтотрофом». В переводе на более простой язык это значит, что LUCA не нуждался в кислороде для своего существования и мог сам производить нужные ему питательные вещества, используя для этого неорганические соединения, в изобилии представленные в его среде обитания. Это были самые простые вещества — молекулярный водород (H_2) и углекислый газ (CO_2). LUCA получал необходимую для жизни энергию, окисляя водород. Углекислый газ он использовал как источник углерода для построения органических молекул. Да, несмотря на всю простоту своего клеточного устройства, наш герой был весьма искусным химиком. Собственно, почти все его современники, древнейшие микробы, вели сходный образ жизни. Фотосинтез — важнейший биохимический процесс, появление которого предопределило всю последующую историю земной биосферы, — еще только предстояло «изобрести» (см. рис. 1.1). Когда это произойдет, живые организмы получат в свое распоряжение изобильный и очень надежный источник энергии — солнечный свет. Пока же LUCA и его собратья извлекают энергию, содержащуюся в неорганических молекулах, чем и добывают свой «хлеб насущный». Свободного кислорода в оболочках Земли пока тоже маловато, да и не могло его быть много до появления фотосинтезирующих бактерий, усердным трудом которых за многие миллионы лет сформировалась современная, богатая O_2, атмосфера нашей планеты. Совсем не случайно, что в биохимической конституции LUCA присутствовало много железосодержащих ферментов. Как и другие микробы, наш предок нуждался в этом элементе для роста и жизнедеятельности. В современной атмосфере железо быстро окисляется и переходит в нерастворимую в воде трехвалентную форму (нам она хорошо знакома в быту в виде ржавчины). В наши дни в водах Мирового океана растворено сравнительно мало железа, и его обитатели вынуждены обзаводиться сложными химическими механизмами для добывания данного элемента. LUCA, живший в бескислородной среде, богатой хорошо растворимым двухвалентным железом, не знал такой трудности и мог позволить себе роскошь обладания железосодержащими ферментами[16].

За прошедшие с той далекой поры миллиарды лет археи и бактерии очень слабо изменились как в морфологическом, так и в биохимическом отношении. Весьма вероятно, что кое-кто из нынешних представителей этих доменов не сильно отличается от первобытного существа, называемого LUCA. Впрочем, главная тема этой книги — родословная животных, строение которых в ходе эволюции видоизменялось, по сравнению с микробами, чрезвычайно сильно. Но в эпоху, о которой рассказано в этой главе, животных, как говорится, не было даже в проекте. Если бы нашу планету 3,8 млрд лет назад посетил воображаемый инопланетный биолог, ему было бы мудрено увидеть в LUCА и его собратьях эволюционный зачаток высокоорганизованных многоклеточных организмов, освоивших со временем не только гидросферу, но и поверхность земли, и почву. На этом эволюционном пути предстояло сделать немало шагов, важнейшие из которых — возникновение эукариотической клетки, а также появление настоящих многоклеточных организмов. Об этом мы еще обязательно поговорим. Пока же давайте немного отвлечемся от мира живой природы и обратимся к миру человеческому. Оставив на некоторое время наших далеких первопредков, посмотрим, как, когда и при каких обстоятельствах ученые пришли к великой идее эволюционного родства всех видов животных — от губок до млекопитающих. Кроме того, перед тем как двигаться дальше через горы времени, нам надо разобраться, каким образом современные исследователи могут заглядывать в прошлое и как им удается понять, кто из животных кому родственник и в какой степени родства.

Глава 2. Холодным январским вечером в уппсале

За рюмкой вспало мне на ум,

Зачем природа вся в трех царствах.

Удел животных есть: любить

И пить… Орел, дельфин и муха,

И червь, и крот, и человек —

По своему всяк пьет и любит.

Александр Востоков[17]. Три царства природы

— Я, — говорит Линней студентам, — унаследовал от материупорный характер, а от отца — немощное тело. Он чувствует, как они на вытянутых руках поднимаютего высоко в воздух и кричат «ура!». Они почитают его, чествуют, угощают терновой наливкой, земляникой и сливками.

Магнус Флорин. Сад

Швеция, Уппсала, начало января. Ветрено и холодно. Зимой солнце на этой широте заходит рано, и в четыре часа вечера на улице уже кромешная тьма. Мы стоим у входа в центральный неф Кафедрального собора Уппсалы. Это здание замечательно не только долгой историей, но и множеством знаменитостей, обретших в нем свой последний приют. Здесь погребены средневековые шведские короли и королевы, великие полководцы, архиепископы, философы и даже один лауреат Нобелевской премии[18]. Но нас в этом городе мертвых по-настоящему интересует только один человек, и мы стоим как раз над его могильной плитой, расположенной у самого входа.

Мы — я и мой коллега Иван — совершали научное путешествие по шведским зоологическим музеям, изучая хранящиеся там коллекции моллюсков. Поработав в Гётеборге, мы собирались переехать в Стокгольм, но Иван предложил по пути остановиться в Уппсале и провести там выходные. Я согласился не раздумывая. Для меня и для Ивана, как и, наверное, для большинства современных ученых, специализирующихся в области ботаники или зоологии, Уппсала прочно связана с именем человека, известного всему просвещенному человечеству. Это Карл Линней (Линнеус), он же «князь ботаников», он же «архиатр шведского короля, кавалер ордена Полярной звезды, профессор ботаники Уппсальского университета, академик Уппсальской, Стокгольмской, Петербургской, Берлинской, Лондонской Королевской академий и прочая, прочая, прочая», он же просто «уппсальский гений». Подобно средневековым пилигримам, отправлявшимся в дальние края, чтобы поклониться мощам святого Иакова в Сантьяго-де-Компостела или Гробу Господню в Иерусалиме, мы совершали паломничество к месту упокоения этого удивительного человека, заложившего основы современной классификации животных и растений.

Две всепоглощающие страсти с ранних лет владели душой и помыслами Карла Линнея[19]. Они же определили всю его судьбу и бессмертие, уготованное его имени. Первая из них — страсть к изучению, созерцанию и выращиванию растений, проявившаяся уже в очень нежном возрасте. Школьные учителя Карла, пичкавшие его теологией и латынью, хором возмущались тупоумием этого ребенка и советовали отцу забрать его из школы и отдать в подмастерья сапожнику. Но этот равнодушный к сухой школьной премудрости мальчик преображался, приходя в возделанный им самим маленький сад. Здесь он становился сосредоточен, внимателен, наблюдателен и памятлив. Ему на роду было написано сделаться «князем ботаников», а не богословом или латинистом.

Вторая страсть — страсть к порядку, классификации и каталогизации. Любому нормальному человеку присуща способность — и даже потребность — как-то организовывать свой жизненный опыт, упорядочивая множество явлений внешнего мира в виде системы, объединяя подобное с подобным в группы и наделяя эти группы именами. Даже самый дикий и необразованный представитель нашего вида безошибочно отличает животных от растений, птиц от млекопитающих, пальму от сосны. Больше того, как неоднократно с изумлением обнаруживали европейские натуралисты, «дикари» способны различать виды животных и растений ничуть не хуже, чем ученый с университетским образованием.

У Линнея эта врожденная способность была развита в наивысшей степени. Его ум стремился систематизировать все на свете: животных и растения, книги, минералы, болезни и даже собственных коллег-ботаников[20].

Восемнадцатый век, век Разума, знал много блестящих умов, но мало кому из них удалось добиться такой громкой всеевропейской известности, как этому скромному сыну шведского провинциального пастора, родившемуся в 1707 г. В молодости ему довелось немало победствовать, испытав участь нищего студента, пришедшего без гроша в кармане из своей сельской глубинки грызть гранит университетской науки. Тем не менее благодаря своей одаренности и усердию — и в неменьшей степени фантастической милости судьбы, которая неоднократно сводила его с влиятельными людьми, оказывавшими ему покровительство, — Линней сумел не только выучиться, но и отправиться на несколько лет из захолустной тогда Швеции в Западную Европу, в центры европейской образованности (Париж, Лейден, Лондон). Ему было всего 28 лет, когда он однажды проснулся знаменитым, опубликовав в Голландии небольшой трактат под названием «Система природы» (о нем мы поговорим ниже). Вернувшись на родину, Линней сделал блестящую карьеру ученого и университетского профессора. Как врач он пользовался большим авторитетом у пациентов и даже стал вхож в шведскую королевскую семью, члены которой не только страдали от различных болезней, но и интересовались естествознанием, имели собственный естественно-исторический музей[21]. Линней помогал упорядочить собранные ими диковины природного мира.

Можно сказать, «голливудская» история успеха, только вот ни разу не экранизированная. Замечательно, что Линней сумел почти до конца своих дней сохранить юношескую пылкую любовь к растениям и неутомимую страсть к познанию и систематизации явлений природы. Удивительный век, когда занятия классификацией животного и растительного мира сыграли роль социального лифта, поднявшего юношу очень скромного происхождения до самых высот славы и почета. Ни до ни после систематика как наука не пользовалась таким высоким престижем.

Конечно, Линней не был первопроходцем. Задачу построения системы живых организмов ставили — и решали — многие европейские ученые до него. Среди них были поистине выдающиеся умы. Но Линней методичностью и практической сметкой затмил всех своих предшественников и современников. Он не просто нашел в системе природы место для каждого из известных тогда видов животных, растений и минералов, но и предложил удобный и сравнительно легкий для усвоения формат классификации, называемый ныне линнеевской иерархией. Это та самая прекрасно известная вам со школьных времен лестница из нескольких ступенек-рангов: царство, класс, отряд, род и вид (в современных учебниках к ним добавляются еще тип и семейство, но эти категории были введены в практику уже после смерти Линнея). При этом каждый вид входит в состав одного — и только одного — рода, отряда, класса и царства. Все это можно проиллюстрировать графически (рис. 2.1), скажем, на примере современных представителей семейства Кошачьи (Felidae). Согласно Линнею, все семь ныне живущих видов (уж кто-кто, а Линней прекрасно знал, сколько на свете кошек!)[22] относятся к единственному роду Кошка (Felis). Вместе с такими родами, как Собака (Canis), Тюлень (Phoca) и некоторыми другими, кошки входят в состав отряда Хищные (Ferae), а он, в свою очередь, является членом класса Млекопитающие (Mammalia), входящего в состав царства Животные. Всего в природе Линней насчитывал три царства: Животные (Regnum animale), Растения (Regnum vegetabile) и Камни (Regnum lapideum).

Все эти царства вместе с входящими в них классами, отрядами, родами и видами были перечислены и упорядочены в трактате под названием «Система природы» (Systema Naturae). Изданное впервые в голландском Лейдене в 1735 г., это сочинение состояло всего из 12 страниц большого формата — не книга, а тоненькая брошюра. Почти до конца дней своих Линней дополнял и совершенствовал «Систему природы», так что последнее ее прижизненное издание, 12-е (1766–1768 гг.), состояло уже из трех солидных томов. В первом издании было перечислено всего 553 вида животных, в последнем их число выросло на порядок — до 5959. Для каждого конкретного вида в составе рода Линней предложил краткое латинское название из двух слов, позволяющее отличать его от ближайших сородичей. Именно с его легкой руки лев стал именоваться Felis leo, а рысь — Felis lynx. Именно благодаря ему, Каролюсу Линнеусу, человеческий род горделиво именует себя Homo sapiens. И хотя латынь вышла у нас из моды еще во времена Евгения Онегина, современные зоологи и ботаники, беседуя о своих научных делах, то и дело используют латинские (или латинизированные) названия разных организмов. Звучит это примерно так: «Как там поживают твои Nudibranchia?» — «Ничего себе, спасибо, готовлю описание трех новых видов рода Dendronotus». Биологическая систематика — это единственная, наверное, область естествознания, в которой латынь до сих пор активно используется и сохраняет полные права гражданства.

Предложенный Линнеем способ классификации и упорядочивания данных о животных и растениях был очень удобен, настолько удобен, что до сих пор ботаники и зоологи используют линнеевскую иерархию. Многие описанные им виды и роды животных признаны несостоятельными и сданы в архив, а вот идея лестницы-иерархии жива. Она сохранилась в биологии примерно так, как ньютоновский закон всемирного тяготения сохраняется в современной физике, и пережила всех своих критиков и все предложенные проекты альтернативных форм классификации. Изобретение поистине достойное гения.

Однако, если бы мы могли спросить Линнея, что он думает о «родословной животного мира», такой вопрос наверняка поставил бы почтенного скандинава в тупик. Дело, напомню, было в середине XVIII в., когда идея всеобщего родства организмов не существовала даже в черновиках. Из книги в книгу кочует знаменитый афоризм Линнея: «Видов столько, сколько разных форм произведено в самом начале Бесконечной Сущностью». На пике своей научной карьеры он совершенно искренне так считал. В природе не происходит никакой эволюции. Все современные виды были сотворены раз и навсегда, обособленно друг от друга, и они не изменяются во времени. Так думал не один Линней, но и практически все его современники и предшественники. Идея постоянства видов унаследована западноевропейской наукой от науки античной, и в первую очередь от «отца зоологии» Аристотеля. Подобно четырем первоэлементам античной философии или элементам алхимии, виды мыслились им как вечные и неизменные сущности. Алхимики пытались превратить железо в золото, но не нужно видеть в этой трансмутации никакой «эволюционной идеи»: железо во веки вечные пребудет железом, а золото — золотом. Аристотель доскональнейшим образом описывал внешнее и внутреннее строение известных ему животных, их образ жизни, поведение, особенности физиологии и размножения, но ни словом не обмолвился о том, что между ними могут существовать отношения кровного родства. Не говоря уже о том, что конкретный вид животных может измениться со временем и постепенно превратиться в другой. Хотя идея сотворения мира неким сверхъестественным Творцом была чужда Аристотелю, его философия антиэволюционна, и в этом качестве она прекрасно гармонировала с принятыми в средневековой Европе библейскими представлениями о происхождении мира и человека.

В этом отношении Линней долго был верным аристотеликом, и лишь в самом конце жизни пришел к мысли о том, что новые виды могут все-таки возникать и после первоначального Сотворения, а именно путем гибридизации: скрещиваясь, два вида могут дать начало третьему. Кстати, он допускал это для растительных, но не для животных видов. Однако от этого допущения все еще очень далеко до современного представления об эволюционном родстве всех видов и их общем первопредке.

Зачем же в таком случае я уделил здесь столько внимания Карлу Линнею и его взглядам? Дело в том, что «Система природы», созданная его кропотливым трудом, была основана на обобщении огромного массива фактов о внешнем и внутреннем строении растений и животных. Располагая организмы в системе, Линней опирался на данные об их сходствах и различиях, что заставляло его принимать весьма нетривиальные для той эпохи решения, прокладывавшие путь к новой, эволюционной биологии XIX в.

Самым ярким примером служит, конечно, положение в системе природы человека. Линней не только дал научное название нашему виду, но и со всей определенностью поместил его в царство животных, класс млекопитающих и в один отряд с обезьянами. Этот отряд появляется уже в первом издании «Системы природы», то есть в 1735 г. Сначала Линней назвал его Anthropomorpha (Человекообразные) и включил туда три рода — Человек (Homo), Обезьяна (Simia) и… Ленивец (Bradypus). Потом кто-то заметил ему, что человек не может называться «человекообразным», то есть похожим на самого себя[23]. Название отряда было изменено на Primates (приматы), оно сохранилось и до нашего времени. Можно усмотреть в этом даже иронию со стороны Линнея, ведь «примасами» назывались в ту эпоху «князья церкви» — кардиналы и епископы[24]. Во всяком случае, это почетное наименование, производное от латинского «primus» («первый»), подчеркивающее человеческое «первородство».

Профессора богословского факультета Уппсальского университета косо поглядывали на своего знаменитого коллегу, подозревая его в образе мыслей почти еретическом. Но как мог Линней поступить иначе, если доступные ему морфологические данные говорили о том, что во всем мире животных нет существа, более близкого к человеку, чем «зверь гнусный обезьяна»? В своей частной корреспонденции он мог высказываться на этот счет вполне откровенно. Вот что он пишет в феврале 1747 г. петербургскому ботанику Иоганну Гмелину: «Людям не нравится, что я поместил человека среди антропоморфных. Но человек познает самого себя. Отбросим слова, мне безразлично, каким наименованием пользоваться. Но я спрашиваю тебя и весь мир, в чем же состоит основное различие между человеком и обезьяной, согласно законам естественной истории? Поистине я не знаю ни одного. Пусть кто-нибудь указал бы мне хоть одно! Если бы я назвал человека обезьяной или наоборот, на меня накинулись бы все богословы, но по правилам науки я, пожалуй, должен бы был это сделать»[25]. Конечно, между обезьянами и цивилизованным европейцем середины XVIII в. есть определенная разница. Однако, если вдуматься, она может оказаться не так уж и велика в сравнении с тем, что отличает всех приматов от представителей других отрядов млекопитающих. Сам Линней сформулировал это так: «Многим нравится думать, что люди отличаются от человекообразных обезьян как день от ночи; но если сравнить меж собой высокообразованного премьер-министра из Европы и готтентота с мыса Доброй Надежды, то трудно поверить, что они имеют общее происхождение, или если сравнить самую элегантную придворную даму с необузданным и одиноко бродящим дикарем, то вряд ли можно догадаться, что они принадлежат к одному виду»[26].

Если вынести за скобки поверхностные различия, особенно те, что определяются культурой человека и его цивилизованным образом жизни, то во всех существенных чертах, включая анатомию, физиологию, систему размножения и поведение, сходство между Homo и Simia так велико, что трудно провести четкую линию, которая бы их разграничивала. Линней утверждал это весьма недвусмысленно, и не только в приватной переписке, но и в опубликованных работах[27].

Конечно, в условиях своей эпохи Линней не сделал, да и не мог сделать последнего и решающего шага — объяснить высочайшую степень сходства между человеком и другими приматами единством их эволюционного происхождения. Это случилось только спустя столетие, но к этому времени почва была уже хорошо подготовлена. В вопросе сходства человека и животных Линней не был абсолютным первопроходцем. Еще в XVI в. европейские анатомы сопоставляли между собой скелеты человека и других позвоночных (например, птицы) и наглядно показывали, насколько они похожи (рис. 2.2). Однако только благодаря трудам, высокому авторитету и всеевропейской славе Линнея идея о том, что человека нельзя отделять от других представителей животного мира, особенно приматов, получила широчайшее распространение.

Но вот что интересно. В европейской культуре еще со времен Средневековья глубоко укоренилась идея генеалогии. Царствующие особы, высшая аристократия и подражающая ей знать помельче были буквально помешаны на родословных и поисках предков, желательно подревнее и пославнее. Это было характерно как для Западной, так и для Восточной Европы. Православнейший царь Иоанн IV Грозный считал себя потомком совершеннейшего язычника — римского императора Августа, и немало гордился этим. Составление родословных и генеалогических древ было широко распространено за много веков до Линнея и Дарвина. Уже в Ветхом Завете можно найти рассказ о происхождении трех основных «рас» человека — семитов, хамитов и яфетидов — от трех сыновей праотца Ноя, да и различных родословных в библейских книгах можно найти множество. Но как же трудно и долго пробивала себе дорогу мысль о том, что генеалогическим родством могут быть связаны не только члены монарших фамилий, но и животные, и растения! Посмотрите внимательно на рис. 2.1. В этом фрагменте линнеевской системы вполне можно усмотреть нечто похожее на генеалогическое древо, в котором современные представители кошачьих ведут свой род от единого предка, бывшего одновременно предком не только их, но и всех остальных отрядов класса млекопитающих. Конечно, это сходство до некоторой степени поверхностно; нельзя рассматривать линнеевскую древовидную систему как прямое и полное отражение родословной животного мира. Она отображает отношения между видами по их сходству, а не по родству, подобно тому как иерархическая лестница соподчинения, принятая в армейской среде, не имеет ничего общего с кровным родством.

Линней многого не знал, в чем-то добросовестно заблуждался, порой отдавал дань предрассудкам и расхожим идеям своего века[28]. Классификация животных, основанная только на их сходстве, может быть обманчива (мы еще не раз с этим столкнемся). Линней зачастую переоценивал степень сходства и различия, что порождало ошибки в его классификации, о которых можно прочитать у историков зоологии. Чего стоит, к примеру, курьез, когда он счел скромно окрашенную самку кряквы и нарядного селезня-самца разными видами уток и придумал им разные научные названия. Не менее удивительным кажется нам его решение поместить носорога в отряд грызунов, то есть в одну группу с крысами, мышами, хомячками и шиншиллами. Само собой разумеется, что эти ошибки полностью противоречат современным взглядам на эволюцию и систематику птиц и млекопитающих. Однако на фоне гигантского объема работы, проделанной «князем ботаников», число таких досадных промахов крайне невелико.

И все же линнеевская иерархия, взятая в самом общем виде, словно бы «напрашивается» на то, чтобы ей придали некое эволюционное содержание. Опять-таки, почти сто лет должно было пройти до того, как это было сделано. Перенесемся же сейчас на эти сто лет вперед, минуя множество интересных людей и идей, о которых я хотел бы рассказать подробнее, но, наверное, уже в другой раз и в другом месте. Обратимся к трудам Чарльза Роберта Дарвина, которого по праву относят к числу величайших ученых всех времен и народов[29]. Историю биологии как науки нередко делят на два этапа — до и после Дарвина. Действительно, именно он полностью изменил не только научные представления о происхождении живых организмов, но и очень сильно повлиял на все мировоззрение современного человечества. При этом, вопреки расхожему представлению, Дарвин не «открывал» эволюцию. О том, что виды живых организмов могут изменяться с течением времени и давать начало другим видам, натуралисты догадывались давно[30]. Но только Дарвин смог создать объясняющую это теорию эволюции, убедительную если не для всех, то для многих из его современников-биологов. Он собрал и изложил в логической последовательности обширный материал, взятый из наблюдений над животными и растениями, а также предложил концепцию естественного отбора, которая помогала объяснить, как именно эволюция происходит. В своем главном труде «О происхождении видов путем естественного отбора»[31] английский ученый выдвинул и обосновал идею о том, что все виды живых существ связаны между собой кровным родством и их родственные отношения могут быть представлены в виде огромного, сложно ветвящегося родословного древа, «листьями» которого являются ныне живущие виды, а «корнем» — некий гипотетический первопредок, живший невероятно давно (теперь-то мы знаем, что им был наш знакомец LUCA). Так в естествознании, а потом и в массовой культуре получила распространение метафора «древа жизни», общей родословной всех современных и вымерших существ, не исключая и человека[32].

Если Линней, кропотливый собиратель фактов, констатировав высокую степень сходства между человеком и высшими приматами, на этом и остановился, то Дарвин ставил вопрос по-другому. Человек и человекообразные обезьяны очень похожи, но почему? Ответ Дарвина состоял в том, что это сходство определяется родством, а в конечном итоге общностью происхождения всех современных приматов от единого предка, от которого им и достались в наследство общие признаки. Конечно, это был универсальный ответ, помогающий объяснить очень многие случаи сходства, как близкого, так и отдаленного, то есть не только человека с другими обезьянами, но и домашней кошки со львом, курицы со страусом, кузнечика со сверчком. Исследуя сходство между животными, можно не только размещать их в рамках системы, как это делал Линней, но и высказывать определенные догадки об их родственных отношениях друг с другом.

«Происхождение видов» — это серьезный научный труд, написанный отточенным и суховатым «ученым» стилем. В нем всего одна иллюстрация, но настолько важная, что на ней надо остановиться подробнее (рис. 2.3). Она позволяет понять эволюционную закономерность, которую Дарвин назвал принципом дивергенции признака. В самом общем виде она состоит в том, что с течением времени потомки одного предкового вида становятся все менее сходны между собой, словно бы «отклоняются» (таково буквальное значение латинского слова «divergeo») от своего прародителя. Каждый из них занимает свою специфическую экологическую нишу и вынужден адаптироваться к ней, изменяясь в ходе этого приспособления. Общий предок всех млекопитающих по внешнему виду и размерам, вероятно, напоминал современную землеройку, но именно от него за миллионы лет последующей дивергентной эволюции возникли такие разные существа, как синий кит, верблюд и нетопырь. Знаменитые Дарвиновы вьюрки на Галапагосских островах — тоже продукт дивергенции, как и комнатные «дамские» собачки, субтильные и трусоватые, столь непохожие на своего свирепого предка, которого Карл Линней назвал Canis lupus.

Диаграмма, приведенная в «Происхождении видов», — это пример родословной, но родословной гипотетической, с помощью которой Дарвин провел мысленный эволюционный эксперимент. Вот почему вместо названий конкретных видов и родов мы видим на этой схеме только какие-то алгебраические знаки и римские цифры. Что значит вся эта алгебра родства, как читать схему? Первым делом усвоим, что эта абстрактная родословная, подобно реальным генеалогиям, развертывается во времени. По словам Дарвина, она охватывает 14 000 поколений. Латинскими буквами обозначены роды, а бегущие от них пунктирные линии — это виды. Нижняя часть диаграммы соответствует глубокой древности, а буквы от A до L обозначают 11 предковых родов (неважно, какая именно группа животных или растений имеется в виду, суть от этого не меняется). Римскими цифрами от I до XIV обозначены последовательные геологические эпохи, от самой древней (I) до современной (XIV). Значками от a^14 до z^14 Дарвин обозначил ныне живущие формы.

Мы видим, что 11 предковых родов имели очень разную эволюционную судьбу. Роды B, C, D, Н, К и L довольно скоро вымерли, не оставив потомства. Род E просуществовал очень долго, практически не изменившись, но потом тоже исчез с лица земли, так и не породив ни одного потомка. А вот роды A и I оказались, напротив, очень успешными, особенно первый, который стал родоначальником целой генеалогии, очень разветвленной и продолжающейся до наших дней. Потомки этого рода — многие ныне живущие существа. Но они, наши современники, уже очень несхожи как друг с другом, так и с их далеким прародителем. Замените безликого анонимуса A на предка всех млекопитающих (или птиц, или моллюсков), и все встанет на свои места. Если А — это миниатюрный, похожий на землеройку, протозверь, бегавший под пологом триасового леса, то a^14, b^14, e^14 и им подобные вполне могут соответствовать современным моржам, антилопам и орангутанам. Как пишет сам Дарвин, «по принципу постоянной склонности к дивергенции признаков… чем новее какая-нибудь форма, тем более она будет, вообще говоря, отличаться от своего древнего предка. Отсюда понятно то правило, что наиболее древние ископаемые наиболее отличаются от ныне существующих форм»[33].

Но дивергенция, хотя она и очень часто встречается в эволюции, вовсе не является неизбежностью. Взгляните, род F на диаграмме в течение 14 000 поколений почти не изменился и не дал ни одного потомка. Он так и дошел до наших дней в виде некоего «живого ископаемого», чудом сохранившегося реликта мезозойского или даже палеозойского времени.

Чарльз Дарвин не нарисовал на своей схеме единого предка всех современных организмов, сиречь LUCA, но если мысленно продолжить линии, ведущие вниз от родов A … L, то они сойдутся в некой начальной точке, которая и будет соответствовать корню эволюционного древа. Об этом предке в «Происхождении видов» написано мало и как бы вскользь. Дарвин понимал, что для обоснованных рассуждений по этому вопросу современная ему наука почти не имеет твердо установленных фактов. Вообще, говоря об эволюции, он предпочитал ссылаться на хорошо известные и детально изученные явления, например на селекцию домашних животных и культурных растений. В ней он видел ближайший, хотя и рукотворный, аналог того, что происходит в живой природе. О том, что случилось в самой тьме веков и не задокументировано палеонтологическими находками, Дарвину рассуждать не очень хотелось. Тем не менее на последних страницах своего труда он недвусмысленно заявил, что «все органические существа, когда-либо жившие на земле, могли произойти от одной первобытной формы»[34], причем это касается не только животных, но и растений, тоже восходящих к этому первопредку. «Есть величие, — продолжает автор, — в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм», причем все «современные формы жизни являются потомками тех, которые жили задолго до кембрийской эпохи», и «обычная последовательность поколений не была ни разу прервана, и …никогда никакие катаклизмы не опустошали всю землю»[35].

Упоминание о Творце в последнем абзаце «Происхождения видов» немало озадачивало историков науки. Что оно означало? Уступку мнению широкой публики (но написанное в предыдущих главах книги уже и так было хлесткой пощечиной общественному вкусу)? Или же, не зная практически ничего о возникновении жизни, Дарвин прибег к общепринятой тогда в научных кругах ссылке на гипотезу Сотворения?

Впрочем, заключительный реверанс в сторону Творца никого из современников Дарвина обмануть не мог. Его набожная супруга всерьез опасалась, что, обнародовав это сочинение, он погубит свою бессмертную душу и они не смогут воссоединиться после смерти в раю[36]. На Дарвина немедленно посыпались обвинения в безбожии, потворстве аморализму и прочих нехороших вещах. Хотя «Происхождение видов» по своей форме и содержанию было научным трактатом, посвященным сугубо биологическому вопросу, его влияние на философию, социологию и богословие оказалось огромным. В свете эволюционной теории — если принимать ее всерьез и до конца — необходимо было радикально пересмотреть устоявшиеся и освященные авторитетом всех христианских конфессий представления о человеке, его прошлом и настоящем, о происхождении жизни на Земле и всех населяющих ее существ. Это была подлинная научная революция, дарвиновская революция. Ученый мир — да и вся образованная Европа — немедленно разделился на два лагеря, за и против Дарвина. Сам он, по характеру своему не склонный к публичной полемике, активной пропаганде своих идей и жестким баталиям, предпочитал следить за борьбой, развернувшейся вокруг его теории, из сельского уединения, сохраняя образ жизни ученого-джентльмена, для которого наука не средство построения карьеры и не способ заработка, а скорее респектабельное хобби. Дарвин почти не участвовал в словесных и печатных дискуссиях, разгоревшихся вокруг его теории, и сосредоточился на написании новых книг, в которых рассматривал отдельные вопросы эволюционной теории[37].

В битву на его стороне вступили несколько молодых, полных энергии и задора ученых, обладавших знаниями, темпераментом и бойцовскими способностями, необходимыми, чтобы сделаться соратниками, паладинами или даже «бульдогами» Дарвина (как их только современники не величали!). В Англии метал громы и молнии в своих противников Томас Гексли (Хаксли), любитель участвовать в публичных диспутах и печатать дискуссионные статьи. Он обрушил всю мощь своего интеллекта и полемического таланта на головы не только ученых-скептиков, но и добропорядочных викторианских леди и джентльменов. Уже в 1863 г. он издал книгу «Свидетельства о положении человека в природе» (Evidence as to Man’s Place in Nature), детально обосновав в ней концепцию эволюционного родства человека и высших приматов[38] — вопрос, тщательно обойденный Дарвином в «Происхождении видов», к которому он обратился только в 1871 г., издав свое собственное сочинение на эту тему. Ох и ругали же Гексли за эту «ересь» набожные викторианцы![39]

Еще одного, и не менее талантливого, сторонника Дарвин обрел в Германии. Эрнст Геккель был прирожденный спорщик, агитатор и боец. Получив прекрасное медицинское и биологическое образование, он много путешествовал, опубликовал ряд серьезных трудов в области зоологии и в начале 1860-х гг. стал преподавателем Йенского университета, в котором проработал до конца своих дней. В отличие от Дарвина, этот ученый имел склонность к разного рода публичной активности. Он любил покрасоваться на профессорской кафедре, любил делать широкие научные обобщения, даже если они не всегда и не во всем опирались на твердо установленные факты. Имел вкус к философским рассуждениям и — last but not least — к созданию новой научной терминологии. Одно из изобретенных им слов — «экология» — известно сейчас всем и каждому.

Почти всю свою научную жизнь Геккель посвятил дальнейшему развитию и пропаганде дарвиновской теории. Правда, некоторые ее моменты он понимал довольно своеобразно и не всегда в духе самого Дарвина, однако его университетские лекции, а еще более — многочисленные статьи, памфлеты, философские трактаты и публичные выступления сыграли огромную роль в распространении эволюционных идей не только в Германии, но и во всей Европе. Книги Геккеля переводили в разных странах, в том числе и в России, и они приобрели немалую известность. Современники называли его «немецким Дарвином».

Геккеля увлекла дарвиновская идея об эволюционном единстве всех живых организмов, об их происхождении от общего корня. Но если сам Дарвин практически не высказывался на темы, кто от кого произошел (в «Происхождении видов» нет ни одной конкретной генеалогии), то Геккель поставил перед собой цель реконструировать полную родословную и животного, и растительного мира, а также отыскать кандидата на роль первопредка всех живых существ. В этих поисках он опирался на свою колоссальную эрудицию и детальное знание морфологии и эмбриологии организмов, в первую очередь животных. Верный привычке к словотворчеству, он предложил два важных новых термина: онтогенез (индивидуальное развитие конкретного организма) и филогенез (историческое развитие отдельных групп — так, мы можем говорить о филогенезе лягушек, коралловых полипов или хвойных растений). Раздел биологии, занимающийся выяснением эволюционного родства, стал называться филогенетикой. Все эти термины оказались удачными и в наши дни общеприняты.

Чтобы восстановить этапы филогенеза (или, выражаясь немного по-другому, реконструировать филогению), Геккель пошел по тому же пути, что и Линней. Он опирался на морфологическое сходство (в том числе сходство эмбрионов), но не с целью построить систему организмов, а с тем, чтобы определить, кто от кого произошел и в какой последовательности. Результат реконструкции выражался графически в виде родословного древа. Одно из самых знаменитых древ, составленных Геккелем, — это генеалогическое древо рода человеческого. Репродукции с него часто можно увидеть в трудах по истории биологии. Помещу его в свою книгу и я, тем более что оно весьма примечательно (рис. 2.4).

Начнем с того, что это древо не только в переносном, но и в буквальном смысле. Геккель был превосходный рисовальщик и в юности колебался между желаниями стать ученым или профессиональным художником. У него было художественное чутье. Его древо имеет ствол, ветви и вполне себе прорисованную кору. Листьев, правда, нет (вероятно, нарисовано древо зимой). Названия отдельных групп организмов помещены на ветвях, которым они соответствуют. Ствол всего один, прямая эволюционная дорога ведет от каких-то загадочных «Moneren», расположенных у самого корня, к людям (Menschen), которые образуют самую верхнюю ветвь. По пути к человеку одна за другой отходят боковые ветви — инфузории, губки, насекомые, рептилии; все они убегают в сторону от магистрального пути, по которому развивалась природа. Это древо антропоцентрично: человек поневоле воспринимается не только как вершина, но и как «цель» эволюции, навершие ствола. Геккель как будто бы подводит своих читателей к мысли, что человек — самое совершенное творение природы, апогей всей биологической эволюции.

Конечно, это неверно. Каждый из ныне живущих видов в какой-то степени является «венцом» и наивысшим достижением эволюционного процесса, но только в своей собственной филогенетической линии, не имеющей ничего общего с родословной человека. Современные биологи считают, что никакой заданной цели у эволюции нет. Само появление на Земле Homo sapiens — событие заранее не запрограммированное и, видимо, даже не ключевое. Вполне могло случиться так, что наш вид никогда бы не возник, но биосфера при этом развивалась как ни в чем не бывало. Вымирание человека разумного как вида выглядело бы трагедией с гуманистической точки зрения, но никак не с биосферной. Чем бы оно ни было вызвано — ядерной зимой или глобальной экологической катастрофой, — эволюция жизни на Земле на этом не прекратится. Даже в случае самых апокалиптических сценариев, предполагающих исчезновение вместе с людьми всех высокоразвитых организмов, на планете наверняка сохранятся микробы, которые смогут дать начало новому витку эволюции. И если выживет только один вид бактерий или архей, он вполне сгодится на роль нового LUCA. От такого LUCA 2.0 снова произойдут существа, напоминающие современных животных и растения. Они не будут точными копиями нынешних, но, адаптируясь к разнообразным экологическим нишам, станут эволюционировать в схожих направлениях. Сложнее предсказать, появится ли вновь на Земле разумный вид, но если такое уже случалось единожды, то вполне может произойти вновь.

Геккелевское антропоцентрическое представление об эволюции вполне соответствовало духу XIX столетия с его безоглядной верой в прогресс — верой, убитой в ходе Первой мировой войны. По словам весьма консервативного философа Юзефа Бохеньского, сущность этой веры состояла в следующем: «человек в основе своей — существо прогрессивное и как род все более совершенствующееся. Это проявляется во всем. В мировоззрении человек переходит от суеверий к науке. В науке он приобретает все более глубокие знания; с помощью техники во все большей степени овладевает миром; в сфере морали постоянно совершенствуется; в политике изобретает все более прогрессивные формы правления; в искусстве создает все более прекрасные произведения… А поскольку прогресс приводит к таким выдающимся успехам, то первым и священным долгом всякого нормального человека является служение ему, подчинение этому служению всего и вся»[40].

Идея прогресса легла в основу многих политических учений, созданных в то же время, что и геккелевская филогенетика. Для Карла Маркса история рода людского предстает в виде серии последовательных «формаций», сменяющих друг друга на пути к уже известной цели — коммунистическому обществу. Достигнув ее, историческое развитие человечества, видимо, должно прекратиться, ведь коммунизм — это идеальное состояние социума, лучше которого ничего и помыслить невозможно. Такой же неуклонный прогресс философствующие биологи конца XIX в. обнаруживали и в природе, которой понадобились миллиарды лет, чтобы на планете возник вид Homo sapiens. Эта идея благополучно пережила все революции и мировые войны; еще лет 40 тому назад советский читатель мог встретить в научно-популярных книгах точно такое же по духу эволюционное древо с человеком разумным как вершиной и венцом всего (рис. 2.5). Обратите внимание, что эта грубая схема не только антропо-, но и животноцентрична. Хотя на рисунке показано развитие организмов на Земле, из схемы напрочь выпали все до единого прокариоты, а растения (куда, надо понимать, автор рисунка поместил и грибы) занимают очень скромное место в правом нижнем углу… В последующих главах у нас будет возможность познакомиться со взглядами современных филогенетиков и убедиться в том, что подобный «животноцентризм» крайне далек от реальности.

Кстати, мы совсем позабыли про таинственных «Moneren», которых Геккель поместил у основания ствола эволюционного древа. Монеры (от греч. μονηρης — одиночный, единственный) — это еще один новый термин, введенный «немецким Дарвином» для обозначения совокупности наиболее просто устроенных одноклеточных микробов, которым — вполне справедливо — он приписывал роль первопредков всех живых организмов. Фактически монеры — это то, что мы сегодня называем прокариотами. Дадим слово самому Эрнсту Геккелю: «Монеры суть истинные „организмы без органов“. Все их живое тело в совершенно развитом состоянии представляет только один простой комочек протоплазмы, вовсе не имеющий ядра — этой особенности настоящей клетки… Размножение их совершается самым простейшим образом — делением. Монеры могут считаться древнейшими прародителями всех остальных организмов»[41].

Это уже шаг вперед по сравнению с «Происхождением видов», в котором говорилось об общем предке всех живых существ, но не было никаких конкретных предположений о том, кем он был и как выглядел. Фактически геккелевская гипотеза «монер» предвосхищает современную концепцию «прадедушки LUCA» — естественно, с поправками на состояние биологических знаний в последней трети позапрошлого столетия. После Геккеля идея о происхождении всего живого от прокариот стала в биологии общепринятой.

Но Геккель не ограничился родословием человека и монерами. В последнее десятилетие XIX в. он опубликовал фундаментальный трехтомный труд (1780 страниц!), озаглавленный «Систематическая филогения» (Systematische Phylogenie), в котором изложил свои взгляды на происхождение и родственные отношения всех — буквально всех-всех-всех — известных тогда живых существ, от прокариот до Homo sapiens. Можно увидеть в этом аналог линнеевской «Системы природы», только у Геккеля акцент был сделан не на классификации организмов, а на реконструкции их родословной. Но судьбы этих трудов сложились совсем несхожим образом. Сочинение Линнея до сих пор знают и используют современные ботаники и зоологи, а трехтомник Геккеля известен лишь специалистам в области истории биологии. Его филогенетические реконструкции по большей части оказались неудачными и были сданы в архив. Виной тому и недостаточность знаний о животных и растениях, и склонность самого Геккеля к смелым, но не всегда подтверждаемым фактами гипотезам. В те времена установить родственные отношения между всеми группами живых организмов было объективно невозможно. Эта задача не выполнена и по сей день, хотя технические средства и методы, доступные современным ученым, по эффективности многократно превосходят средства, доступные Геккелю. Нехватку твердо установленных данных он смело восполнял гипотезами и догадками[42]. Аналогично поступали и его последователи, так что в конце XIX — начале XX в. в зоологии накопилось множество противоречащих друг другу филогенетических гипотез, и разобраться в этом хаосе было чрезвычайно сложно. Филогенетика, совсем молодая наука, вступила в период затяжного кризиса. Многие талантливые молодые биологи предпочли обратиться к другим отраслям биологии, основанным на экспериментальном подходе, который, как им казалось, дает более точное и объективное знание, чем спекуляции в геккелевском духе.

Вторая половина позапрошлого века — эпоха расцвета физиологии и эмбриологии животных; на рубеже веков к ним присоединилась генетика. В те же самые десятилетия состоялись крупномасштабные экспедиции в разные экзотические страны, а также впервые была получена информация о животных, населяющих глубины морей, ранее совершенно неведомых (во времена молодости Дарвина некоторые исследователи утверждали, что глубже 550 м жизнь в океане вообще невозможна; это было блестяще опровергнуто уже в последней четверти XIX в.). Объем доступной биологам информации стал расти лавинообразно. Некоторым казалось, что филогения Геккеля и его сподвижников поможет разобраться в этих новых данных. Как выразился спустя несколько лет после смерти Геккеля выдающийся русский зоолог В. Н. Беклемишев, это было время, когда «головы человеческие не могли как следует переварить массы хлынувших фактов и ввиду этого были приложены все усилия, чтобы затискать их хоть в какие-нибудь грубые, но наглядные схемы»[43]. Наверное, это было неизбежно. Вряд ли Геккель сам до конца осознавал, как грандиозна и трудна поставленная им задача и что даже усилиями нескольких поколений филогенетиков решить ее невозможно. Он торопился, фантазировал, чертил сложноветвящиеся древа, выпуская в свет один увесистый том за другим. Параллельно с этим печатал философские трактаты и даже задумал сделаться основателем новой религии — религии разума (она же монистическая религия), утверждая, что «чистую истину» можно отыскать только в «храме естествознания».

Прошло полтора века. Сейчас мы можем отделить ошибки и заблуждения Дарвина, Гексли, Геккеля и других, менее известных, ранних эволюционистов от позитивного вклада, который они сделали в науку. А вклад этот огромен. В биологии прочно утвердилась идея развития, великая мысль о единстве всех живых существ и о человеке, который уже не был избранным существом, созданным совершенно обособленно от других видов. На человека стали смотреть как на часть природы, один из множества видов, возникших естественным путем в ходе биологической эволюции. Не совершенный, не богоизбранный, не отделенный пропастью от других животных, уникальный лишь тем, что способен «познавать самого себя». По крайней мере, это единственная специфичная для Homo sapiens черта, которую смог отыскать великий классификатор Линней.

Дарвин и Геккель поставили задачу реконструировать полное родословие живых существ, нарисовать полное древо жизни. В их время она не могла быть выполнена. Филогенетикам предстояло вступить в долгую схватку со страшным врагом — кровожадным и ненасытным богом Кроносом.

Глава 3. Через горы времени

Гаснут во времени, тонут в пространстве

Мысли, событья, мечты, корабли…

Я ж уношу в свое странствие странствий

Лучшее из наваждений земли.

Максимилиан Волошин. Выйди на кровлю…

Время… Мы с большой легкостью используем это слово, почти никогда не задумываясь о его глубинных смыслах. В повседневной жизни мы относимся ко времени как к привычной вещи или даже как к живому существу. Мы его «тянем», «тратим», «проводим», «забываем» о нем, а порой даже «убиваем». Но с точки зрения физика или философа время — это далеко не простое понятие, и даже выразить словами его суть не очень легко. Хорошо об этом написал Блаженный Августин, христианский богослов, живший в IV–V вв. нашей эры: «Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю… А может быть, я не знаю, каким образом рассказать о том, что я знаю?»[44]

Для физика одно из важнейших свойств времени — его анизотропность. Это значит, что в мире, в котором мы живем, время течет только в одном направлении, из прошлого в будущее. Река времени, в отличие от обычной реки, не имеет рукавов и параллельных русел. Прошлое может определять будущее, но не наоборот (по крайней мере до тех пор, пока не изобретена машина времени). То, что произошло, изменить невозможно[45].

События прошлого, как выразился поэт, «гаснут во времени». Их материальные следы постепенно стираются и исчезают с лица земли. Люди изобрели множество средств борьбы с забвением прошлого — музеи, архивы, библиотеки, фотографии и видеозаписи. Интернет, наконец. В природе же память о прошлом обычно не сохраняется, хотя есть замечательные исключения из этого правила. Вспомним годовые кольца деревьев, в которых записана информация о климатических событиях прошлого, иногда удаленных от нас во времени на сотни и тысячи лет. Но в целом прошлое Земли, особенно очень далекое, с большой неохотой открывает свои тайны.

В этой книге мы говорим о родословной животного мира. Что делает историк, если ему необходимо восстановить генеалогию какой-нибудь семьи или большого рода? Он старается отыскать достоверные документальные свидетельства, содержащие нужную ему информацию. Чаще всего это архивные документы, причем самые разнообразные — выписки из метрических книг, жалованные грамоты, автобиографии, даже личная переписка. Могут быть «документы» и иного рода, скажем надписи на надгробных обелисках и саркофагах. Но, даже имея доступ к богатейшим архивам, историку далеко не всегда удается восстановить генеалогию во всех ее деталях. Часть информации неизбежно утрачивается, свидетельства прошлого гибнут в огне пожаров или от зубов (или жвал) животных-вредителей, портятся от влаги или плесени. Однако в сравнении с задачей историка задача ученого-биолога, реконструирующего историю животного мира, значительно труднее. Интервалы времени, с которыми он имеет дело, охватывают не века и тысячелетия, а миллионолетия, да и от огромного большинства живых существ, некогда скакавших, пресмыкавшихся или неспешно бродивших по земле, никаких следов не осталось. Мы уже видели это в первой главе на примере заглавного героя этой книги, LUCA. Поэтому правильнее не сокрушаться о том, как много пробелов содержит наше знание о прошлом животного мира, а восхищаться тем, сколь много удалось узнать назло усилиям беспощадного бога времени Кроноса (он же Сатурн; рис. 3.1).

В течение последних двух с половиной столетий важнейшим поставщиком сведений, необходимых для построения генеалогии животных, была палеонтология. Хотя эта наука довольно молода и возникла где-то в самом конце XVIII столетия, окаменелые остатки животных и растений привлекали внимание людей еще в Античности и Средневековье. Но как же много лет, чернил и смекалки потребовалось, чтобы стала общепринятой идея об их принадлежности видам, давно исчезнувшим с лица земли, жившим задолго до человека. Некоторые из них настолько древние (трилобиты, аммониты, дейноцефалы), что не имеют близких родственников среди ныне живущих видов — они сгинули миллионы лет назад вместе со всей своей родней.

Например, во времена Карла Линнея палеонтология только-только начинала зарождаться, и великий швед едва ли догадывался, какое множество удивительных и ни на что не похожих тварей обитало на земле в геологическом прошлом. Пришлось бы ему изрядно поломать голову, чтобы определить их место в его Systema Naturae![46]

Конечно, существование окаменелостей никем не подвергалось сомнению; их изучали ученые и коллекционировали натуралисты-любители. Однако природа окаменелостей долго оставалась загадкой. Еще в XVII–XVIII столетиях бытовало мнение о том, что они представляют собой lusus naturae (игру природы), то есть образчики минералов и камней, лишь случайным образом похожие на части тел животных и растений. Если же животное происхождение ископаемого черепа или раковины сомнений не вызывало, то их связывали либо с современными животными, погибшими сравнительно недавно (например, в результате Всемирного потопа; не будем забывать, что в рамках традиционной библейской хронологии наша планета очень молода, и «потоп» имел место каких-нибудь несколько тысяч лет назад), либо с фантастическими созданиями, известными из мифологии, драконами или великанами. Научная палеонтология возникла лишь тогда, когда стало очевидно, что окаменелые остатки чаще всего принадлежат видам, давным-давно исчезнувшим, но в свое время не менее живым и реальным, чем современные.

Данные, полученные палеонтологами, сыграли важнейшую роль в становлении биологической картины мира и эволюционной теории как ее центрального элемента[47]. С каким же материалом приходится работать исследователям вымершей фауны и флоры?

Всю совокупность окаменелых остатков живых организмов, сохранившихся в слоях осадочных пород земной коры, часто называют палеонтологической летописью. Но это летопись без летописца. Не было никакого «монаха Нестора», разложившего в правильном порядке по слоям горных пород вожделенную добычу палеонтологов — все эти окаменелые позвонки, раковины, зубы и отпечатки листьев. Каменная летопись сформировалась в результате совместного действия многих разнонаправленных и зачастую хаотичных факторов. Она дает лишь очень искаженное и обрывочное представление о той жизни, что процветала на нашей планете 20 или, скажем, 200 млн лет назад. Это не препятствует ученым делать вполне обоснованные выводы, но им приходится прилагать много усилий, чтобы понять, насколько искажена эта летопись и какие поправки следует внести, чтобы получить более близкую к реальности картину прошлого.

Начнем с того, что представители разных групп животных имеют неодинаковые шансы после гибели хотя бы частично сохраниться на страницах палеонтологической летописи. Удостоиться, так сказать, каменного бессмертия. Лучше, конечно, сохраняются части тела, содержащие в себе твердое вещество: хитиновые панцири, кости, зубы, раковины. Львиная доля материала, изучаемого палеонтологами, представлена подобными объектами. Однако и на них пребывание в течение миллионов лет в слоях пород сказывается неблагоприятно. Окаменелые остатки трескаются, ломаются, а если вдруг окажутся на поверхности земли, то их быстро разрушают вода и ветер. Немудрено, что многие виды ископаемых животных известны по очень небольшому материалу, например по единственному зубу или обломку кости[48]. Бывает и так, что само тело животного не содержит твердых частей, но от него остается след в иле на дне первобытного моря. Окаменелый след — вот он, перед нами, а оставившую его лапу, плавник или параподию поминай как звали… Но и в этом случае можно сделать кое-какие выводы о животном, оставившем этот след, и даже дать его научное описание.

Исследовательская задача, таким образом, состоит в том, чтобы на основе этих разрозненных обломков, обгрызенных ненасытным Кроносом, восстановить облик целого живого существа, а также попытаться представить, как оно двигалось, чем питалось, как добывало свою пищу. И здесь мы подходим к одной особенности, общей почти для всех наук, изучающих прошлое, — археологии, истории, палеоантропологии, палеонтологии, палеогеографии. Прошлое нельзя наблюдать непосредственно[49], его можно только реконструировать путем интерпретации дошедших до нас свидетельств, неважно, окаменелая это челюсть или новгородская берестяная грамота. Реконструкция почти неизбежно предполагает домысливание, восполнение недостающих элементов мозаики за счет более или менее обоснованных догадок. Здесь открывается большой простор как для субъективных решений, так и для фантазии, что дает повод далекому от науки «обывателю» с порога объявлять все подобные реконструкции чистым вымыслом. Обыденному сознанию кажется невероятным, что можно всерьез рассуждать о том, чего нельзя увидеть (потрогать, понюхать, услышать, попробовать на вкус). Этого никто не видел, значит, «доказать» ничего нельзя. Но, даже игнорируя такой наивный нигилизм, исследователи минувшего тратят очень много времени, сил и нервов на споры в своей собственной профессиональной среде. И зачастую эти споры как раз посвящены интерпретациям того или иного события или явления, имевшего место в прошлом. Даже исторический факт, черным по белому записанный в старинной летописи, далеко не всегда принимается учеными как непреложная истина.

Откроем «Повесть временных лет», одно из самых древних и драгоценнейших для историка произведений русской литературы. В ней рассказывается о том, как в «лето 6370» (что соответствует 862-му году нашего летоисчисления) предки наши, устав от постоянных кровавых междоусобиц, решили: «„Поищемъ собѣ князя, иже бы володѣлъ нами и судилъ по праву“. И идоша за море къ варягомъ, к руси». Придя к варягам, сделали им предложение, от которого невозможно было отказаться: «„Земля наша велика и обилна, а наряда в ней нѣтъ. Да поидѣте княжитъ и володѣти нами“. И изъбрашася 3 братья с роды своими, пояша по себѣ всю русь и придоша; старѣйший, Рюрикъ, сѣде Новѣгородѣ, а другий, Синеусъ, на Бѣлѣ-озерѣ, а третий Изборьстѣ, Труворъ. И от тѣхъ варягь прозвася Руская земля…»[50]

Казалось бы, что может быть яснее? Ведь совершенно определенно написано о призыве скандинавов-варягов, от которых пошли не только истоки русской государственности, но и само имя — Русь. Тем не менее этот летописный рассказ до сих пор служит предметом ожесточеннейших споров. Еще со времен Михайлы Ломоносова историки разделились на два враждующих лагеря — норманистов и антинорманистов. Первые склонны доверять рассказу Нестора, вторые яростно опровергают его как легенду не только исторически недостоверную, но и прямо-таки обидную для национального чувства[51]. Жестокая полемика по этому вопросу ведется вот уже почти два века, и конца-края ей не видно.

Посетители Палеонтологического музея им. Ю. А. Орлова Российской Академии наук, расположенного на юге Москвы, задрав головы, бродят среди гигантских скелетов вымерших чудовищ — различных динозавров или еще более древних рептилий. Останавливаются в изумлении перед огромными, как колесо автомобиля, раковинами спирально закрученных аммонитов. С уважением поглядывают на черепа индрикотериев и саблезубых тигров. Но вряд ли внимание многих привлекает скромный экспонат, затерявшийся в одной из бесчисленных застекленных витрин. Это всего лишь задняя часть скелета какого-то не очень крупного млекопитающего (рис. 3.2). Хвост и две лапы — это почти все, что сохранилось от существа, носящего звучное латинское название Semantor macrurus Orlov, 1931 (крупнохвостый семантор)[52]. Остатки семантора были найдены в 1929 г. на берегу реки Иртыш на территории современной Павлодарской области Казахстана. Этот вид обитал в плиоцене, 4–4,5 млн лет назад.

Возможно, вы подумаете, что хвост и задние лапы — это до обидного мало и никто никогда не сможет узнать, как выглядело это животное целиком. И тем не менее в статье академика Ю. А. Орлова, где описывался семантор[53], были даны не только подробнейшие характеристики каждой сохранившейся его косточки, но и опубликованы рисунки, реконструирующие внешний облик зверя (рис. 3.3).

Как можно было это сделать? «Рецепт» восстановления целого животного по фрагментам его скелета был предложен еще в начале XIX в. великим французским зоологом и палеонтологом Жоржем Кювье. Тем самым, о котором рассказывают, что он мог реконструировать целое животное по одной-единственной кости. Кювье делал это, используя сформулированный им принцип корреляций, согласно которому строение каждого отдельного органа животного не является случайным. Оно коррелирует, то есть соотносится, со строением целого организма и в конечном итоге обусловлено его образом жизни. Как писал Кювье, ни одна часть организма «не может измениться без того, чтобы не изменились другие, и, следовательно, каждая из них, взятая отдельно, указывает и определяет все другие. <…>…малейшая ямка в кости, малейший апофиз имеют определенный характер, в зависимости от класса, рода, вида, которому они принадлежат, до такой степени, что каждый раз, когда мы имеем только хорошо сохранившийся конец кости, можно… определить все эти вещи столь же достоверно, как если бы мы имели целое животное»[54].

С помощью такого подхода Кювье, а вслед за ним и его ученики и последователи сумели, работая почти исключительно с ископаемым костным материалом, не только реконструировать внешний облик вымерших животных, но и высказать определенные догадки об их питании, способе передвижения, даже о некоторых особенностях экологии. Вроде бы все замечательно, но и тут перед нами встает призрак неопределенности. Вернемся к семантору. На реконструкции, приведенной в статье Орлова, семантор обликом и повадками больше всего напоминает современного тюленя, представителя ластоногих. Действительно, Ю. А. Орлов, детально изучив фрагменты скелета, заключил, что семантор имел совокупность признаков, «столь типичных для ластоногих, что не представляется возможным отнести ископаемое животное к какому-либо другому отряду млекопитающих» (выделено мной. — М. В.). Звучит весьма категорично. А теперь посмотрим на реконструкцию того же самого животного, опубликованную во второй половине ХХ в. (см. рис. 3.2). Перед нами существо, похожее на выдру и мало напоминающее тюленя. Современные исследователи, заново изучив остатки семантора, пришли к выводу, что этот зверь относится к семейству куньих и, возможно, в самом деле родственен выдре[55]. Вряд ли он обитал в море. Отсюда и его новый облик на рисунке. Подчеркиваю, и Орлов в 1930-е гг., и современные авторы имели дело с одним и тем же скудным ископаемым материалом. Но как же различны их выводы! Невзирая на категорический отказ академика помещать семантора в любую другую группу зверей, кроме ластоногих (моржи, нерпы, тюлени), сегодня его классифицируют как родича куниц, соболей и горностаев.

Получается, что реконструкции облика неведомых зверей — это не истина в последней инстанции, они меняются вместе с развитием палеонтологии. Появляются новые исследовательские методы, делаются новые находки ископаемых остатков, расширяется наше знание о современных и вымерших животных. Кто знает, может быть, и нынешняя реконструкция семантора — не последняя. Достаточно обнаружить недостающие элементы его скелета, например череп, чтобы картина изменилась в существенных деталях. И это совершенно нормально, такова специфика изучаемого материала. По мере изучения реконструкции становятся (хотелось бы в это верить) точнее и точнее, но все же они обречены оставаться реконструкциями, нести в себе элемент гипотезы.

Чтобы не создавать у читателей представление о том, что все в палеонтологии совсем грустно и безнадежно, расскажу еще одну историю. В 1897 г. Александр Бессонов, житель города Красноуфимска Пермской губернии, нашел странную окаменелость, судьба которой в дальнейшем на страницах палеонтологических книг и журналов сложилась очень интересно. Представьте себе узкую пластинку, усаженную длинным рядом (не менее сотни) остро заточенных зубов. Пластинка закручена в виде спирали, образующей несколько оборотов, так что вся конструкция (до 25 см в диаметре) напоминает диск циркулярной пилы. Находка оказалась в руках выдающегося русского геолога А. П. Карпинского, который, исследовав строение зубов, сразу понял, что спираль принадлежала какой-то хрящевой рыбе — дальней родственнице современных акул и скатов, жившей в начале пермского периода около 285 млн лет назад. Он назвал ее геликоприон Бессонова (родовое название Helicoprion в переводе на русский означает «спиральная пила»). Никаких других остатков скелета не было найдено, что и породило вопросы: где в теле рыбы размещался такой причудливый орган и как она им пользовалась? Сам Карпинский полагал, что зубная спираль находилась на верхней челюсти (носу) животного, другие исследователи помещали ее кто на нижнюю челюсть, кто в глотку, а кто даже на спинной или хвостовой плавник (рис. 3.4). В отличие от семантора, до сих пор представленного остатками одной-единственной особи, зубных спиралей геликоприонов найдено много, и принадлежат они как минимум трем разным видам рыб. Сравнительное обилие материала и применение новейших технологий, таких как компьютерная томография, позволили в последние годы наконец решить загадку зубной спирали геликоприонов. Все ошибочные гипотезы были отброшены; удалось точно установить, что этот орган располагался в передней части нижней челюсти, причем наружу выглядывали только десятка полтора верхних и самых крупных зубов, все остальное было погружено в хрящ (см. рис. 3.4). Двигая нижней челюстью, рыба могла и вправду использовать зубную спираль в качестве циркулярной пилы, разрезая мягкую плоть своих жертв, которыми были, вероятнее всего, головоногие моллюски[56].

Хочется верить, что теперь старинная палеонтологическая загадка разрешена окончательно. Но даже если предположить, что на каждую подобную загадку рано или поздно отыщется отгадка, у ископаемой летописи останется еще один совершенно неустранимый недостаток: она неполна.

Архетипическим для европейской культуры образцом родословной являются библейские генеалогии: Авраам родил Исаака; Исаак родил Иакова; Иаков родил Иуду и братьев его; Иуда родил Фареса и Зару от Фамари и так далее. Поколения образуют непрерывную цепочку, так что от пращура к потомкам тянется сплошная генеалогическая линия. В палеонтологической летописи такие полные ряды исключительно редки. Проследить полную последовательность эволюционных событий от предка к потомкам — большая удача, гораздо чаще летопись прерывается «на самом интересном месте». В ней образуются зияния и провалы иной раз длиной в десятки миллионов лет, что объясняется неблагоприятными условиями захоронения остатков флоры и фауны или позднейшим разрушением слоев, содержащих ископаемые. Палеонтологическую летопись можно сравнить с объемным, но сильно пострадавшим от времени старинным манускриптом, из которого кое-где вырваны целые страницы, а многие строки настолько повреждены, что их смысл почти не поддается восстановлению…

* Рисунок сделан на основе иллюстрации из статьи: Tapanila et al. 2013 Jaws for a spiral-tooth whorl: CT images reveal novel adaptation and phylogeny in fossil Helicoprion.

Итак, что ни год, то из земной коры извлекают сотни и тысячи новых окаменелостей, палеонтологические музеи всего мира ломятся от ископаемых, растут наши знания о живом прошлом Земли. Однако слова Дарвина о том, что земная кора, содержащая остатки вымерших организмов, «не может быть рассматриваема как богатый музей, а скорее как бедная коллекция, собранная наудачу и через долгие промежутки времени»[57], по-прежнему справедливы.

Восстановить полную филогению животного мира, основываясь только на палеонтологической летописи, невозможно. Неудивительно, что с давних времен исследователи пытались использовать и другие источники информации, например результаты изучения современных животных. История развития животного мира записана не только в горных породах; каждый ныне живущий вид имеет свою уникальную эволюционную историю, которую можно «считывать», изучая его экстерьер, внутреннее строение, особенности физиологии, размножения, поведения. В предыдущей главе мы уже видели, как сравнительная анатомия помогает ответить на вопрос, кто кому родня и в какой степени. Но это далеко не единственное «окно в прошлое».

Я почти уверен, что каждый читатель этой книги, хотя бы и смутно, помнит рисунок из учебника биологии, на котором в нескольких параллельных столбцах было изображено зародышевое развитие представителей разных классов позвоночных — от рыб до млекопитающих. Часто такие изображения в увеличенном виде красуются на стенах школьных кабинетов биологии и потому известны даже тем, кто в принципе игнорировал чтение учебников. Смысл рисунка состоит в том, что на ранних стадиях эмбрионального развития зародыши всех позвоночных удивительно похожи. Все они имеют характерный рыбообразный облик — облик невзрачного изогнутого существа без конечностей, со вздутой передней частью тела и крючковатым хвостом. Это сходство сохраняется недолго: на более поздних стадиях развития пути зародышей расходятся и каждый постепенно приобретает характерные для своего класса и вида черты строения. Перед самым выходом в большую жизнь их уже никак не перепутать. Каждому свое: оленю оленье, а крокодилу — крокодилово. Но любому из нас, позвоночных, в определенный момент нашей личной биографии пришлось недолго «побыть рыбой» и даже иметь жаберные щели. Бо́льшая часть позвоночных во взрослом состоянии дышит легкими, но наличие жаберных щелей у их зародышей вовсе не ошибка природы, а необходимейший элемент зародышевого развития. Как пишут зоологи из МГУ им. М. В. Ломоносова В. В. Малахов и О. В. Ежова, «жаберные кровеносные дуги водных позвоночных преобразуются у наземных в главные сосуды кровеносной системы — сонные артерии, дуги аорты и легочные артерии… Хрящевые зачатки жаберных дуг дают важнейшие элементы скелета человека — челюсти, слуховые косточки, шиловидный отросток височной кости и хрящи гортани. Любой дефект в развитии жаберных щелей приводит к необратимым нарушениям и гибели зародыша… Так что можно сказать, что без них и человек не был бы человеком»[58].

О наличии жаберных дуг у зародышей птиц и млекопитающих и тому подобных чудесах зоологи знали уже почти 200 лет назад. В 1828 г. молодой и подающий очень большие надежды биолог Карл Эрнст фон Бэр[59] обобщил данные собственных наблюдений и результаты, полученные другими авторами, в виде закона зародышевого сходства, который часто формулируется так: эмбрионы последовательно переходят в своем развитии от общих признаков типа ко все более специальным признакам (класса, отряда, рода, вида, особи). Или так: чем более ранние стадии индивидуального развития сравниваются, тем больше сходства [между ними] удается обнаружить.

Бэр скончался на девятом десятке лет, прожив долгую и очень насыщенную трудами жизнь, был свидетелем споров вокруг теории Дарвина, сам принимал участие в этой полемике на стороне противников дарвинизма и до конца жизни так и не принял эволюционную концепцию. Поэтому объяснение сформулированному им закону пришлось искать другим ученым. Сейчас мы знаем, что зародышевое сходство позвоночных отражает общность их эволюционной истории, их общее родство и единство происхождения от давно вымерших предков. О значении эмбриологических данных для эволюционной теории писал Дарвин (хотя, скорее, мимоходом) в «Происхождении видов». Его современник Фриц Мюллер, немецкий зоолог, эмигрировавший в Бразилию, в 1864 г. выпустил об этом предмете книгу с полемическим названием «За Дарвина» (Für Darwin). Но особенно широкую известность закон Бэра получил благодаря деятельности Эрнста Геккеля, с которым мы уже встречались в предыдущей главе. В поисках доказательств правоты Дарвина он обратился к эмбриологии и возвестил ученому миру свой очередной закон, получивший название биогенетического. Геккель был убежден, что в ходе зародышевого развития каждый организм повторяет (выражаясь геккелевским языком, рекапитулирует) стадии развития своих эволюционных предков. Или, в самой короткой, лозунговой форме: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза. В свое время этот закон, как и многое другое, что вышло из творческой лаборатории Геккеля, получил широкую известность, и не только среди профессиональных биологов. Многие современные ученые относятся к «биогенетическому закону» крайне скептически. Он имеет массу исключений, да и нет нужды доказывать, что человеческий эмбрион, к примеру, не проходит никакой особой «земноводной» или «рептильной» стадии, хотя и земноводные, и рептилии были в числе наших непосредственных предков. Очевидно, что автор этого «закона» был настолько захвачен новой идеей, что порой не обращал внимания на возможные противоречия с наблюдаемыми фактами и даже на поиск эмпирических доказательств в пользу своих построений. По словам одного из его биографов, Геккель, «увлеченный борьбой за дарвинизм… всецело был поглощен пропагандой своих идей, и научная точность формулировок… отступала у него нередко на второй план»[60].

Однако отказ большинства современных биологов следовать «биогенетическому закону» в его буквальной трактовке не перечеркивает большого значения, которое имеет изучение онтогенеза для восстановления родословной животных. Нередко бывает так, что внешнее или внутреннее сходство настолько обманчиво, что ставит в тупик самого проницательного анатома. Вот тут-то и приходит на помощь изучение онтогенеза, позволяющее выявить родственные связи там, где их совсем не ждали.

Вот, например, что связывает нас с вами, представителей типа хордовых, с разнообразными океанскими тварями, объединенными в составе типа иглокожих? Иначе говоря, с морскими звездами, морскими ежами, голотуриями и их родней. Внешний облик животных, входящих в эти типы, да и образ жизни, который они ведут, очень различны. И тем не менее на генеалогическом древе царства животных две ветви, соответствующие хордовым и иглокожим, располагаются довольно близко. «Глупый» морской ёж — гораздо более близкий родственник нам, гомо сапиенсам, чем такие «башковитые» существа, как муравьи или осьминоги. Откуда мы знаем об этом? Именно из сравнения зародышевого развития (мы еще вернемся к этому вопросу, чтобы разобраться в нем подробнее).

Еще одни неожиданные наши родственники — это асцидии. Существа, похожие на мягкий студенистый мешок и проводящие всю свою взрослую жизнь на дне морском. Типичная взрослая асцидия неподвижно сидит, прикрепившись к субстрату, и нет у нее других дел, кроме как мирно фильтровать морскую воду, отцеживая из нее всякие съедобные частички, да время от времени размножаться. Нет у асцидии ни головы, ни скелета, ни конечностей, да и потребности куда-то бежать, плыть или ползти тоже нет. Пища сама попадает к ней в рот, как вареники в рот гоголевскому Пацюку. Но так было не всегда. Личинка асцидии, которой предстоит, если повезет, превратиться в такой вот неинтересный мешок, способна к активному плаванию, а главное, анатомически устроена гораздо сложнее, чем взрослая особь. Например, у личинок есть хорда. Так называется особый эластичный тяж, идущий вдоль тела, который у нас с вами (как и у большинства других позвоночных) в ходе зародышевого развития замещается позвоночником. На этом основании все обладатели хорды считаются родственниками и помещаются в состав типа хордовых. Личинка асцидии имеет нечто вроде зачатка головного мозга, да и вообще по многим признакам похожа на раннюю рыбообразную стадию развития позвоночных. Правда, почти все это анатомическое богатство утрачивается после того, как личинка асцидии становится взрослой и переходит к сидячему образу жизни, при котором такие сложности ей уже не нужны. Нет потребности обладать хордой, мозгом, глазами (и вообще относительно развитой нервной системой), хвостом. Взрослая особь буквально деградирует в анатомическом отношении, и, не имей мы представления о том, как устроена личинка, вряд ли когда-нибудь причислили асцидий к типу хордовых, а значит, и к нашим (относительно) близким родственникам.

Само собой, эмбриологический метод применим не только к хордовым, его с успехом используют для установления родственных связей между различными группами беспозвоночных. Но в последние 20–30 лет популярность такого подхода несколько померкла, потому что в руках исследователей оказался еще более мощный и эффективный инструмент восстановления генеалогии. Возникла совершенно новая отрасль науки, именуемая молекулярной филогенетикой.

Примерно в те самые годы, когда Чарльз Роберт Дарвин в Англии трудился над рукописью «Происхождения видов», на другом конце Европы безвестный монах Грегор Мендель из города Брно (тогда называвшемся Брюнн) проводил опыты по скрещиванию гороха, которые спустя полвека принесут ему великую, хотя и посмертную, славу. Мендель доказал, что передача по наследству признаков живых организмов (всех, а не только садового гороха) происходит с помощью неких носителей информации, которые он назвал наследственными зачатками. Сейчас мы называем их коротко — гены. Прошло еще почти сто лет, и генетики определили, что каждый такой ген может быть представлен как своего рода «текст», записанный четырьмя буквами генетического алфавита — А, Т, Ц и Г (напомню, что эти буквы соответствуют четырем видам нуклеотидных оснований, из которых построена молекула ДНК, — аденину, тимину, цитозину и гуанину)[61]. С их помощью записана вся генетическая информация, которая содержится (и содержалась) во всех живых обитателях нашей планеты. Четыре буквы — это не мало. Фраза, которую я прямо сейчас набираю на клавиатуре компьютера, в памяти машины записывается с помощью всего двух символов — нуля и единицы. С помощью такой двоичной системы кодирования можно записать любой текст. Например, фраза из четырех слов «буря мглою небо кроет» на машинном языке выглядит вот так:

00001110001011000001101000001110001011110001110000001110001011110001100100001110001011110010111100010100000011100010111000101100000011100010111000011100000011100010111000101011000011100010111000101110000011100010111100101110000101000000111000101110001011010000111000101110000111100000111000101110000110100000111000101110001011100001010000001110001011100010101000001110001011110001100100001110001011100010111000001110001011100001111000001110001011110001101

Нечто похожее можно увидеть, если получить расшифровку нуклеотидных последовательностей какого-либо гена. Вот так выглядит расшифрованная последовательность гена цитохромоксидазы из митохондрий небольшой пресноводной улитки, известной как болотный прудовик (Stagnicola palustris):

aggtttatat tttaatttta cctggatttg gaatagtttc acatatttta agaaatttct cggctaaacc agcttttggt actttaggga tgatttatgc aatagtttca attggaattt taggttttat tgtatgagct caccatatgt ttacagtagg gatagatgta gatactcgag cttacttcac agctgcaact atagttattg ctgtcccaac tggaattaaa gtatttagtt gacttataac attatatgga agtcagtgta gatttagtgc tcctatatac tgagtcctag gttttatttt tctttttaca ttaggaggtt taacaggaat tgttctttca aattcatctt tagatattat attgcatgat acatactatg tagtagcaca ttttcatt[62]

Выглядит не более информативно, чем нашумевшие некогда «заумные» стихи поэта-футуриста Алексея Кручёных:

Дыр бул щыл

убеш щур

скум

вы со бу

р л эз

Сам по себе такой генетический текст, возможно, значит немного, но если сравнивать его с аналогичными текстами, взятыми у других организмов, у которых тоже имеется ген цитохромоксидаза, мы можем выяснить немало интересного. Общий принцип состоит в том, что чем ближе по степени родства сравниваемые виды, тем выше должен быть процент совпадений в этом генетическом тексте. Почему это так, помогает понять уже известный нам принцип дивергенции. Оказывается, дивергируют не только морфологические признаки, но и геномы.

Рассмотрим воображаемый — и донельзя упрощенный для ясности — пример, нарисовав небольшой фрагмент некоего филогенетического древа (рис. 3.5). У нас есть вид-предок (А), который дал начало двум видам-потомкам (B и C), каждый из которых, в свою очередь, стал родоначальником еще двух видов (D — G). Виды B и C унаследовали от своего прародителя один и тот же генетический текст (в данном случае мы говорим только о небольшой последовательности, скажем, длиной в 13 нуклеотидных оснований), но у одного из них этот текст остался неизменным, а у другого произошла элементарная точечная мутация — третья слева буква А заменилась на букву Г. Такие мутации при передаче генетической информации происходят довольно часто, их можно сравнить с опечатками в книге или в тексте, который вы набираете на клавиатуре «вслепую». В результате получилось, что два вида, произошедшие от А (на языке филогенетики такие виды именуют сестринскими), отличаются по данному фрагменту гена всего на одно нуклеотидное основание. Шло время, происходили новые мутации, и вот мы видим, что у видов D — G, являющихся эволюционными «внуками» вида А, исходный текст еще более изменился, так что если сравнивать меж собой D и G, то у них варианты этого гена окажутся наиболее различными. Но если рассчитать скорость молекулярной дивергенции, то она окажется неодинаковой, потому что у вида F этот ген эволюционировал медленнее всех, сохранив нуклеотидную последовательность, наиболее близкую к унаследованной от общего предка.

Это воображаемый и совершенно элементарный пример, но он помогает понять принцип генетической дивергенции, который сослужил большую службу молекулярной филогенетике. Сравнивая последовательности нуклеотидов, из которых состоят аналогичные «тексты» у разных видов, или даже целые геномы, можно путем соответствующих расчетов проследить родословную генов, на основе которой сделать некоторые обоснованные выводы о генеалогии их владельцев.

Постепенное накопление различий в текстах за счет ошибок копирования (мутаций или опечаток) — это широко распространенное явление, встречающееся не только в живой природе. Когда в Античности или Средневековье книги переписывали от руки, каждый писец, независимо от других работавший с исходным текстом, непроизвольно вносил в него какие-то искажения, например если очень спешил или неправильно прочитывал то или иное слово. Затем каждая из рукописей первого поколения могла стать источником для последующих переписчиков, и в каждый скопированный с нее текст вносились новые искажения. Современные филологи тщательно сравнивают тексты дошедших до нас манускриптов одного и того же произведения, выискивают разночтения в них и порой могут даже определить, в какой именно копии текста возникла досадная ошибка, которая потом пошла гулять по позднейшим рукописям.

Еще один подобный пример дает эволюция языков, которую тоже можно изучать и реконструировать филогенетическим методом. Как известно, живые и мертвые языки классифицируют, разделяя их на ветви, семьи, группы, подгруппы, совершенно так же, как Линней разделил все виды животных на классы, отряды и роды. В лингвистической классификации тоже используется принцип (хотя и не абсолютный), что степень сходства между языками, например в лексике или грамматике, является отражением степени их родства. Особенно хорошо это видно на примере слов, принадлежащих базовой лексике и обозначающих привычные объекты повседневного опыта, — тех слов, которые должны были возникнуть в каждом языке очень давно, еще в дописьменную эпоху.

Сделаем элементарное (и, я подозреваю, довольно наивное в глазах лингвиста) упражнение в сравнительном языкознании. Составим таблицу и выпишем в нее из разных языков слова, которым соответствует одно и то же понятие (табл. 3.1). Хорошо видно, что чем ближе языки, тем более похоже пишутся и произносятся в них слова, означающие одно и то же. В наивысшей степени сходны языки, входящие в одну языковую группу (русский и польский, французский и итальянский). У языков, относящихся к разным группам одной языковой семьи, например индоевропейской, сходства меньше, хотя оно тоже прослеживается (посмотрите, как похожи во всех представленных в таблице индоевропейских языках слова, обозначающие сестру и солнце). Самый своеобразный из включенных в таблицу языков — венгерский, и немудрено. Он не относится к числу индоевропейских и принадлежит совсем другой языковой семье, уральской. Вот почему так сложно узнать в венгерском слове «lánytestvér» наше слово «сестра» (или польское «siostra»), а в слове «nap» — «солнце»[63]. Заметьте, что даже очень молодое книжное слово «филогенез», разлетевшееся со страниц сочинений Геккеля по всем европейским странам, в венгерском тоже представлено ни на что не похожим эквивалентом (хотя слово «filogenezis» носителям этого языка тоже понятно).

Статистическое сравнение генетических текстов, содержащихся в клетках разных организмов, — это очень мощное средство для установления их родственных отношений. Совершенно незаменимым оно становится, если нам нужно реконструировать генеалогию групп животных, не представленных в палеонтологической летописи. В этом случае можно — хотя бы теоретически — сравнивая расшифрованные последовательности генов современных видов, реконструировать их родственные отношения между собой и приблизительно определить степень родства. В наши дни полным ходом идут работы по расшифровке нуклеотидных последовательностей «древней ДНК», извлеченной из остатков вымерших видов, живших сравнительно недавно (так, были успешно прочтены геномы неандертальца и денисовского человека). Конечно, расшифровать очень древнюю ДНК (например, тех же динозавров, на что надеются поклонники научной фантастики) вряд ли возможно, так как есть пределы сохранности молекул при фоссилизации. Но и то, что уже достигнуто в этом направлении, особенно в области реконструкции эволюционной истории Homo sapiens, вызывает большое восхищение.

С помощью молекулярного анализа «скрытое» родство, о котором порой трудно догадаться, изучая анатомическое строение, выявляется едва ли не более эффективно, чем при анализе онтогенетическом. Внешняя похожесть, и нам придется об этом еще не раз говорить, может быть очень обманчивой. Адаптируясь к сходным условиям существования, даже не очень близкородственные организмы могут приобретать схожий облик (опять воскрешаем в памяти картинки из школьного учебника, иллюстрирующие это явление, которое называется конвергентной эволюцией; чаще всего на одном рисунке располагают рядом изображения акулы, ихтиозавра и дельфина — смотрите, как похожи эти виды, относящиеся к трем разным классам позвоночных!). Хотя конвергентные процессы на молекулярном уровне тоже происходят, но в итоге скрытое родство удается почти всегда выявить, как и разоблачить родство мнимое, основанное исключительно на конвергентном сходстве.

На этом пути молекулярная филогенетика уже сделала много сенсационных открытий и опровергла немалое число укоренившихся представлений, казавшихся такими очевидными. Некоторые из этих открытий вполне соответствуют тому, что мы знали и раньше; другие совершенно контринтуитивны. Вот, к примеру, кто из современных животных является ближайшим родственником человека? Молекулярные филогенетики отвечают, что шимпанзе, но ведь мы об этом и раньше догадывались, еще со времен Линнея. Никаких сенсаций. А можете ли вы, не заглядывая в «Википедию», сказать, какие современные животные являются ближайшими родственниками птиц? Если вы не специалист, то догадаться трудно. Это… крокодилы. Правда, сравнительные анатомы высказывались в пользу их близкого родства еще в конце позапрошлого века, но молекулярная филогенетика полностью подтвердила их гипотезу. И не только подтвердила, а убедительно показала, что крокодилы состоят в более тесном родстве с птицами, чем, скажем, с ящерицами (к этому странному сродству соловья и аллигатора мы вернемся уже в следующей главе).

У молекулярного метода реконструкции филогенеза есть и еще одно важное достоинство. Путем сравнения генетических последовательностей, полученных от современных видов, можно датировать, хотя обычно с определенной погрешностью, сколько миллионов лет назад произошло то или иное эволюционное событие. Здесь в дело вступают так называемые молекулярные часы, идея которых была выдвинута почти 60 лет тому назад двумя биохимиками — Лайнусом Полингом и Эмилем Цукеркандлом. В основе своей идея эта довольно проста и базируется на предположении, что в обычных условиях мутации, возникающие вследствие ошибок копирования генетического текста, происходят с более или менее постоянной скоростью. В числовой форме ее можно выразить примерно так: в гене X частота возникновения и закрепления мутаций составляет в среднем одну за полмиллиона лет, а ген Y за тот же промежуток времени накапливает в среднем три мутации. Далее, подсчитав, какое количество мутаций разделяет изучаемые нами виды (или таксоны другого ранга), можно приблизительно определить, сколько времени прошло с того момента, когда жил их предполагаемый общий предок, все прямые потомки которого должны были унаследовать один и тот же генетический текст (см. рис. 3.5). С помощью молекулярных часов можно датировать приблизительное время появления не только видов, но даже классов и типов животных и других организмов. Расчеты, выполненные на основе этого принципа, помогли приблизительно определить время существования нашего прапрадедушки LUCA — получается, что жил он около 3,8 млрд лет назад. Статьи, публикуемые в наши дни молекулярными филогенетиками, полны подобных расчетов. Например, последний общий предок птиц и крокодилов жил, по данным молекулярных часов, примерно 240 млн лет назад. С того момента эволюционные судьбы этих групп были различны. А вот последний общий предок человека и знаменитой мухи дрозофилы был гораздо древнее — молекулярные часы показывают, что наши эволюционные пути-дороги разошлись 833 млн лет назад, в докембрии. Конечно, все эти оценки не очень точны, чересчур завышены и всегда приводятся с доверительным интервалом, по которому можно судить о величине возможной погрешности. Обычно события прошлого можно датировать таким способом с точностью до нескольких или даже 10–20 млн лет. И чем они древнее, тем неопределенность выше. Так, последняя из приведенных мной оценок имеет доверительный интервал, равный ± 114 млн лет[64]. Это значит, что искомое событие — расхождение родословных хордовых и членистоногих — произошло 947 млн лет назад. А может, и «всего» 719 млн… Такая неопределенность кому-то покажется громадной. Но для большинства задач, с которыми сталкиваются филогенетики, абсолютная точность и не нужна. Нет смысла датировать, скажем, возникновение класса насекомых с точностью до года или даже тысячелетия.

Если вы хотя бы немного разбираетесь в геологии, то принцип действия молекулярных часов должен показаться вам знакомым. Он напоминает принцип «радиоизотопных часов», широко используемых для определения возраста различных горных пород, причем не только земных, но и находящихся в составе других тел Солнечной системы — например, метеоритного вещества или лунного грунта. Напомню, что «тиканье» этих часов соответствует скорости распада радиоактивных изотопов, содержащихся в породе. Зная период полураспада определенного изотопа, а также то количество продуктов его распада, которое накопилось в исследуемом образце породы со времени его образования, можно определить возраст самой породы. Именно таким способом еще в середине 1950-х гг. был определен общепризнанный сегодня возраст Земли, составляющий около 4,56 млрд лет.

Сходство между двумя видами этих «часов» можно усмотреть еще и в следующем. Каждый радиоактивный изотоп имеет определенный период полураспада: например, у азота-13 он составляет всего 10 минут, а у урана-238 — 4,47 млрд лет. Точно так же и гены различаются по скорости мутирования: в одних изменения накапливаются очень быстро (так быстро, что их нельзя использовать для филогенетических реконструкций), другие консервативны и крайне устойчивы к мутациям (поэтому они тоже малопригодны для нужд филогенетики). Дальше сходство между молекулярными и радиоизотопными «часами» заканчивается и начинаются серьезные различия. Главное из них состоит в том, что период полураспада того или иного изотопа является величиной строго константной — он не меняется ни при каких обстоятельствах, и это определяет такую эффективность «радиоизотопных часов» и в геологии, и в астрономии. А вот скорость возникновения генетических мутаций, как уже давным-давно известно, может меняться. Например, под действием ионизирующего излучения (об этом сегодня знает каждый — и не только из школьного учебника биологии, но и из фантастических фильмов и романов, где действуют «радиоактивные мутанты»). Вот поэтому молекулярные часы сильно уступают в точности изотопным.

Но и это еще не все. Вопреки оптимистическим ожиданиям, которые высказывались в первые десятилетия использования этого метода, никаких универсальных, пригодных для всей биоты Земли, молекулярных часов не существует. Каждая группа организмов, а возможно, почти каждый конкретный вид, характеризуется своими собственными темпами молекулярной эволюции. Это свойственно даже видам, находящимся в сравнительно тесном родстве.

Например, очень медленно эволюционирует геном крокодилов, примерно в десять раз медленнее, чем геном млекопитающих. В принципе, это не удивительно. За последние 50–60 млн лет крокодилы изменились сравнительно мало, чего не скажешь о млекопитающих, испытавших за этот же период буквально взрывную эволюционную дивергенцию, в ходе которой успели возникнуть, пережить свой расцвет и вымереть без остатка целые отряды зверей. Средняя скорость генетической эволюции птиц, ближайших родственников крокодилов, ниже, чем средняя для класса млекопитающих. Но и последние сильно различаются между собой в данном отношении. Например, очень быстро эволюционирует геном обычной мыши, гораздо быстрее, чем геном собаки или человека. У гоминид скорость молекулярной эволюции также различна: мутации в геноме шимпанзе накапливаются быстрее, чем у человека, а у гориллы и орангутана — быстрее, чем у шимпанзе. При этом скорость генетической эволюции у нечеловекообразных приматов примерно в 1,3 раза выше, чем у гоминид. Почему это так? Полагают, что одной из главных причин является быстрота, с которой сменяются поколения у этих животных[65]. Человек развивается медленнее всех остальных приматов, долго растет и поздно достигает половой зрелости, поэтому и смена поколений происходит в более низком темпе. А у тех же мышей поколения сменяются гораздо быстрее, чем у любого из приматов, вот почему мышь является одним из рекордсменов по скорости «тикания» молекулярных часов. За десять лет в популяции мышей накопится в среднем в 40 раз больше мутаций, чем в популяции человека, а все оттого, что грызуны размножаются чаще![66]

Прямая зависимость между темпом смены поколений и скоростью молекулярной эволюции характерна не только для млекопитающих, она обнаружена в других группах организмов и, возможно, является универсальным правилом. Совсем не случайно, что максимальные темпы эволюционных преобразований наблюдаются у микроорганизмов. Чемпионы в этом отношении — вирусы. Как отмечают специалисты, нуклеотидные последовательности вирусных генов, расшифрованные 10–20 лет назад, «являются по сути палеонтологическими данными»[67]; обладатели этих геномов давно исчезли, и их место заняли мутировавшие потомки.

Помимо этой особенности существует множество других тонкостей, нюансов и «подводных камней», которые обязательно надо учитывать, датируя события прошлого с помощью данного метода. Довольно много копий сломано по поводу того, что сама скорость хода молекулярных часов может изменяться во времени даже в пределах одной генеалогической линии. Интересно представить, например, что если величина радиационного фона на Земле или в конкретном регионе нашей планеты испытывала в прошлом серьезные колебания, то и интенсивность накопления мутаций могла меняться на протяжении геологического времени. Тогда любые расчеты, основанные на данных о современном темпе мутирования, могут давать красивые, но совершенно бессмысленные для науки результаты…

Вот почему всегда, когда это возможно, молекулярные филогенетики стараются «откалибровать» свои генетические хронометры, используя независимые способы датировки одних и тех же эволюционных событий. Чаще всего это делается на основе палеонтологических данных. Возраст ископаемых, выраженный количеством лет, можно определить с помощью радиоизотопного анализа и других геологических данных, и, как мы видели выше, этот метод работает с большей точностью, чем молекулярные часы. Зная, сколько миллионов лет назад жил предполагаемый общий предок двух или более групп современных организмов, можно оценить точность хода молекулярных часов и внести необходимые поправки в расчеты. Здесь, как и во многих других областях науки, работает важный методологический принцип — чем больше независимых источников информации мы привлекаем, тем надежнее и достовернее становятся наши расчеты и оценки, особенно количественные.

Идея молекулярных часов была выдвинута более полувека назад. С тех пор методы расшифровки и анализа нуклеотидных последовательностей значительно усовершенствовались. В первые десятилетия существования молекулярной филогенетики расшифровка генетического текста, записанного в ДНК, была занятием для очень терпеливых и, добавлю, не бедных ученых. В те годы стоимость таких работ была астрономически велика, а точность датировок крайне невысока. Лишь считаные научные коллективы в мире могли проводить подобные исследования; почти каждая новая статья в области молекулярной филогенетики становилась сенсацией и нередко не столько давала ответы на имеющиеся вопросы, сколько ставила новые проблемы. В наши дни подобные исследования сделались рутинными; расшифровкой и анализом генетических последовательностей живых организмов заняты тысячи лабораторий на всех континентах.

Еще в конце прошлого века «молекулярные» оценки времени дивергенции даже для очень хорошо изученных групп животных могли быть удручающе противоречивы. Возьмем одно из важнейших событий в эволюции млекопитающих — расхождение генеалогических линий сумчатых и плацентарных. Одни авторы считали, что оно произошло «всего» 104 млн лет назад, а другие «удревняли» его до 218–257 млн лет назад. Разница более чем в два раза![68] Замечу, что оценка абсолютного возраста нашей планеты, сделанная еще в середине 1950-х гг. с помощью радиоизотопного анализа, оказалась настолько точной, что до наших дней подверглась лишь незначительному пересмотру.

Но метод молекулярных часов становится все более точным, исследователи постоянно проводят «работу над ошибками». Высочайшими темпами растет объем генетической информации, используемой для анализа. Полинг и Цукеркандл, разрабатывая концепцию молекулярных часов, располагали данными по эволюции всего двух генов — гена, кодирующего белок гемоглобин, и гена цитохрома с. Современный филогенетик оперирует результатами расшифровки целых геномов, то есть буквально тысячами и десятками тысяч генов. Растет вычислительная мощность компьютеров, способных за кратчайшее время обрабатывать гигабайты информации и тестировать буквально миллионы различных филогенетических древ.

Постепенно контуры универсального древа жизни становятся все более и более четкими. И хотя до полного решения всех проблем еще далеко, молекулярные филогенетики не сомневаются, что поставленная Геккелем грандиозная задача полной реконструкции родственных отношений между всеми организмами (по крайней мере, живущими в наши дни) будет рано или поздно выполнена. Хочется верить, что это произойдет еще до середины текущего столетия.

Глава 4. Странная история недовымерших динозавров

Истинная или даже единственно возможная система… должна быть генеалогической.

Чарльз Дарвин. Происхождение видов

Генеалогия сама по себе не дает классификации.

Чарльз Дарвин. Из письма к Дж. Хукеру от 23 декабря 1859 г.

Двадцатый век сыграл с динозаврами прескверную шутку. Они сделались персонажами массовой культуры, оказавшись в одном ряду с инопланетянами, сумасшедшими учеными, супергероями и супершпионами. Динозавры стали ходовым товаром, их рекламируют и продают во всевозможнейших видах, от мягких игрушек до голливудских блокбастеров. Динозавры — центральные герои воображаемого доисторического мира, как он преподносится сегодня почтеннейшей публике, далекой от сухих и скучных научных выкладок[69]. Возможно, что в этом ажиотажном спросе повинны наши не отжившие первобытные страхи, сладко щекочущий нервы ужас перед всем огромным, зубастым и смертельно опасным. Ужас, смешанный с почтительным уважением: ни одно по-настоящему опасное живое существо малых размеров, будь то чумной микроб или палочка Коха (а они отправили на тот свет куда больше душ человеческих, чем все крупные хищники вместе взятые), никогда не вызывало даже малейшей доли того интереса, который достался на долю динозавров. Конечно, динозавромания сделала палеонтологию крайне популярной, но при этом в тени остались ничуть не менее интересные и важные ископаемые группы, например зверозубые ящеры, давшие начало нам, млекопитающим. Конан-дойлевский «Затерянный мир» и обручевская «Плутония», «Парк юрского периода» и «Легенда о динозавре» и, конечно же, ажиотаж вокруг поисков лох-несского чудовища — все они отражают затаенную мечту многих наших современников: а может, они все-таки не до конца вымерли, а? Да, уважаемые и многочисленные (имя вам — легион!) фанаты ископаемых рептилий, все так и есть. Динозавры и не думали вымирать, напротив, они процветают и в наши дни. Вы можете их встретить в парке, в лесу, на берегу озера и даже — если вы не сторонник вегетарианской диеты — на полках собственного холодильника. Но, чтобы разобраться в том, как и почему это случилось и какое отношение вся эта странная история имеет к теме нашей книги, придется подойти к ней с совсем другого конца.

Одним из важнейших постулатов эволюционной теории, выдвинутой Чарльзом Дарвином, было представление о том, что эволюция организмов идет медленно. Возникновение новых видов, родов, семейств и даже классов происходит путем плавного и постепенного накопления небольших морфологических изменений. Именно поэтому ход эволюции почти никогда нельзя наблюдать — никакой человеческой жизни не хватит, чтобы увидеть, как один вид организмов дает начало другому[70]. Из этого можно вывести такое следствие: если эволюция происходит плавно и постепенно, то в прошлом должны были существовать многочисленные переходные формы, связывающие одну группу организмов с другой непрерывной чередой поколений. Четкую границу между предком и потомком провести в принципе невозможно. Например, если мы утверждаем, что класс рептилий происходит от класса амфибий, то в геологической летописи должны сохраниться остатки животных «промежуточного типа» — уже не земноводных, но еще не пресмыкающихся. Так предсказывает теория[71]. Однако Дарвин прекрасно знал, что ископаемые «переходные формы» встречаются чрезвычайно редко. Это служило (и до сих пор служит) излюбленным аргументом противников эволюционной теории. Сам Дарвин склонялся к тому, что редкость переходных форм объясняется перерывами в геологической летописи и ее очевидной неполнотой. Некоторые генетики предлагали (и продолжают предлагать) более экстравагантное объяснение, которое сводилось к тому, что появление новых групп организмов происходит за счет скачкообразных мутаций (так называемых макромутаций, или системных мутаций), которые настолько резко преобразуют морфологическое строение и даже физиологию животных, что новый класс или отряд может возникнуть чуть ли не за одну ночь. Один из именитых палеонтологов в середине XX столетия даже пустил в свет такое утверждение-лозунг: первая птица вылетела из яйца рептилии[72]. Если это верно, то никаких переходных форм нет и не может быть в принципе.

Вот почему в свое время такое большое впечатление на научный мир произвела находка в слоях верхнеюрских отложений Баварии археоптерикса — знаменитой «первоптицы», которая очень долго позиционировалась как связующее звено между рептилиями и птицами. Научное описание археоптерикса появилось в печати как нельзя кстати — в самый разгар дебатов вокруг дарвинизма, а именно в 1861 г. Сторонники эволюционизма сразу поняли его значение — это и была одна из «переходных форм», существование которых предсказывала теория Дарвина[73]. И, что особенно важно, это была не единичная находка, которую можно было бы списать на «игру природы» или «уродство»[74]. К концу XIX столетия в Германии было найдено три экземпляра археоптерикса, а к началу нынешнего века их число увеличилось до 12. Оперенное, крылатое существо с когтями, да еще и с зубами! Притом в скелете этого животного преобладают скорее рептильные признаки. На долгие годы археоптерикс занял почетное место «достающего звена» в цепочке, соединяющей родословные пресмыкающихся и птиц. Чуть позже археоптерикса на территории США были найдены уже несомненные — но все еще зубастые — птицы, гесперорнис и ихтиорнис, жившие в конце мелового периода. Их тоже включили в птичью родословную.

Время показало, что реальная история происхождения пернатых была куда сложнее и интереснее.

Еще полвека тому назад археоптерикс оставался фактически единственным вымершим видом, дававшим конкретный материал для решения проблемы происхождения птиц. За первые 100 лет его изучения из имевшихся в руках у палеонтологов ископаемых остатков этого животного было «выжато» почти все что можно. В 1970-е гг. начался приток новых находок, сделанных преимущественно в Центральной Азии (Китай, Монголия). Один за другим стали обнаруживать виды динозавров, в строении которых отчетливо проявлялись черты совершенно «птичьей» анатомии. Из тьмы веков на белый свет были извлечены авимим, микрораптор, орнитомим, анхиорнис, амбоптерикс, эосиноптерикс, эпидексиптерикс… — «да тысячи их»!

Монополия археоптерикса в качестве единственного «переходного звена» рухнула. Вновь открытые ящеры были двуногими, имели перья, многие, видимо, были способны к планирующему или даже машущему полету. Наличие оперения, кстати, верный признак того, что эти создания были теплокровными — холоднокровной рептилии ни перья, ни шерсть не нужны.

В результате палеонтологи заговорили о том, что все так называемые птичьи черты строения считаются нами таковыми просто потому, что мы до сих пор находили их только у ныне живущих птиц, но не у рептилий. Новые находки показали, что «значительное количество птичьих признаков, разбросанных по разным группам, существовало уже на динозавровом уровне… в том числе крылья и перья, вилочка-ключица, заднее обращение лобковых костей и первого пальца стопы. Именно они считались ранее уникальными для археоптерикса, именно из-за них его причисляли к птицам». Между прочим, это опубликовано еще в 1987 г.![75] С тех пор объем накопленной информации о «диноптицах» увеличился в разы, и с каждым годом четко разделять признаки на «птичьи» и «динозавровы» становится все труднее.

О тесном родстве ныне живущих птиц с динозаврами и другими вымершими в конце мезозоя пресмыкающимися было известно еще в эпоху Дарвина. Не кто иной, как Томас Гексли предположил, что птеродактиль мог быть теплокровным животным, очень близким к птицам по родству. Сегодня палеонтологи уверенно помещают птиц, динозавров, птерозавров и некоторых других мезозойских рептилий в особую группу, называемую Panaves (на русский язык это название можно приблизительно перевести как «птицы и все-все-все»).

Но и это еще не все. Те животные, которых мы привычно называем «динозаврами», — это очень большая группа, подразделявшаяся на несколько отдельных родословных линий, которые сосуществовали на Земле и развивались параллельно. Выяснилось, что перья, способность к полету и тому подобные «птичьи» признаки возникали в ходе эволюции древних рептилий неоднократно и независимо в разных филогенетических линиях. Как будто представители сразу нескольких групп древних ящеров вдруг «захотели стать птицами» и стали параллельно эволюционировать в этом направлении. Так лексикон палеонтологических терминов обогатился новым словом орнитизация, смысл которого по-русски можно передать как «оптичивание». Уже никто всерьез не считает археоптерикса единственным связующим звеном между «еще рептилиями» и «уже птицами». Это существо — лишь один, и далеко не самый древний, представитель славной когорты родов и видов, возникших в ходе орнитизации.

Не все группы динозавров, включившиеся в этот эволюционный марафон, добрались до финиша. Кое-кого орнитизация завела в эволюционный тупик, и такие группы вымерли, не оставив потомства. Более успешные выжили и дали начало уже настоящим, без всяких оговорок, птицам. «Оптичивание» происходило долго и постепенно на протяжении многих миллионов мезозойских лет. Многочисленные виды и роды «диноптиц» возникали и исчезали с лица земли, пока все промежуточные формы не вымерли без остатка.

Получается, что динозавры (точнее, одна из групп динозавров) преспокойно дожили до наших дней, но так изменились со временем, что мы привычно называем их совсем другим словом, а именно — птицы. Они живут у нас дома в клетках, мы подкармливаем их зимой, а некоторых специально разводим себе на еду. Одетые в перья, чирикающие, квохчущие, весело скачущие по веткам птицы, птички и птичищи, безусловно, очень непохожи на чешуйчатых гигантов-динозавров. Однако вспомним слова Линнея о том, как странно полагать, что элегантная придворная дама и «немытый» абориген Южной Африки могут относиться к одному виду. Но ведь так оно и есть!

И тут настало время хвататься за головы специалистам-систематикам. Кривая ухмылка бога Кроноса — переходные формы — во всей остроте поставила вопрос о том, как правильно строить систему животных и растений. Несмотря на скудость палеонтологической летописи и многочисленные перерывы в ней, палеонтологи довольно часто отыскивают переходные формы, соединяющие между собой отдельные типы и классы животных (но, как правило, не роды и виды; лишь в исключительных случаях можно отыскать непрерывную последовательность слоев, где сохранились фоссилии, документирующие весь процесс видообразования). Этим интенсивно занимались еще современники Дарвина, стремившиеся подтвердить (а некоторые — опровергнуть) его эволюционную теорию. Основной метод заключался в сравнении близкородственных форм, добытых из последовательных слоев земной коры. Таким образом палеонтологи составляли сплошной ряд небольших морфологических изменений, соединяющих вид-предок и вид-потомок. Далее сменявшие друг друга формы изображали на одном рисунке, чем доказывали полную невозможность провести четкую границу во времени между двумя крайними членами эволюционного ряда (рис. 4.1).

* Рисунок взят из книги: Неймайр М. История Земли. — СПб.: Просвещение, 1903.

Для Линнея в его рациональном и просвещенном XVIII столетии вопрос классификации — например, подразделения позвоночных животных на классы и отряды — был сравнительно прост. Если существо о четырех ногах, холоднокровное, чешуйчатое и откладывает яйца, значит, оно рептилия. Если же оно откладывает яйца, но при этом имеет две ноги, покрыто перьями и теплокровное — добро пожаловать в состав класса птиц. Животное теплокровное, но покрытое шерстью, яиц не несущее (о существовании яйцекладущих утконоса и ехидны Линней и не подозревал) и выкармливающее детенышей молоком, однозначно помещается в состав класса млекопитающих.

Действительно, все просто, но лишь в том случае, если классифицировать только современные группы и не пытаться включать в систему некогда существовавшие переходные формы, создающие так много хлопот. В наши дни млекопитающие и пресмыкающиеся четко отделены друг от друга; даже яйцекладущего утконоса вполне единодушно помещают в одну компанию с остальными зверями. А как быть с давно исчезнувшими тварями, каждая из которых — «полузверь-полуящер»? Или с каким-нибудь древним пернатым, у которого, скажем, 58 % признаков — типично птичьи, а остальные 42 % — рептильные? Как любил говаривать шеф моей кандидатской диссертации: «В каком месте спина теряет свое благородное название?» Количественное выражение степени сходства проблемы не решает, потому что неясно, где провести объективный «порог», однозначно отделяющий предка от потомка[76]. Похоже, что старинный спор о том, кто таков археоптерикс, птица он или динозавр, вообще лишен всякого смысла — в основном потому, что само понятие «птица» утратило в наши дни свою былую определенность.

Мы знаем, что для Линнея и его многочисленных последователей в течение почти двух веков морфологическое сходство служило практически единственной основой для классификации животных. Да, но ведь сходство почти всегда определяется родством! Если все биологическое разнообразие, существовавшее и (пока еще) существующее на нашей планете, не создано некоей Бесконечной Сущностью в ходе сверхъестественного творения, а возникло как результат очень долгого процесса развития, то именно эволюционное родство (то есть филогения) и должно лечь в основу построения системы. Мысль, которая вполне однозначно высказана в «Происхождении видов». Правда, Дарвин, сам занимавшийся систематикой животных (объектом его исследований были морские усоногие раки), явно колебался в этом вопросе. Его высказывания на сей счет выглядят довольно противоречиво (см. эпиграфы к этой главе). В результате филогенетический подход к построению системы организмов, хотя и многократно обсуждался, так и не был полностью реализован вплоть до середины XX в., когда, наконец, нашелся один специалист, сумевший довести до логического конца эту идею.

Сам Дарвин, призывая положить родство между организмами в основу их классификации, не дал четких указаний, каким образом это сделать, и не предпринял ни одной конкретной попытки воплотить эту идею в жизнь. Геккель, стремившийся построить новую систему организмов на филогенетической основе, тоже не разработал системы четких критериев и правил для этого. Для него реконструкция филогении была не только точной наукой, но в значительной степени и искусством, основанным на интуиции и субъективных гипотезах. Когда конкретных фактов, например палеонтологических, не хватало, филогенетики без колебаний заменяли их собственными догадками о том, кто от кого произошел и в каком направлении могла идти эволюция животного мира. Конечно, бывают такие исключительные случаи, когда ископаемые дают возможность проследить филогенетический ряд почти целиком и с высокой точностью реконструировать генеалогию. Так было с эволюцией лошадей, которую удалось детально восстановить на основе палеонтологических данных. Недаром ее описание можно найти, наверное, в каждом учебнике эволюционной биологии, изданном за последние 100 лет. Но как быть с филогенией тех групп животных, от которых в геологической летописи сохраняются лишь жалкие крохи или не остается вообще ничего?

Вот почему долгое время, пока одни ученые старательно разрабатывали все новые и новые филогенетические схемы, другие видели в их работе бесплодные спекуляции и фантазии, не имеющие ничего общего со строгим научным методом, идеальным воплощением которого считалась физика. Противники классической филогенетики хотели видеть генеалогию, построенную на четких и однозначных принципах, не зависящих от субъективного мнения и прихотей конкретного автора. Но до поры до времени достичь этого никак не получалось.

Вилли Хенниг (1913–1976), немецкий энтомолог, посвятивший свою жизнь изучению и классификации мух, был человеком скромным, даже застенчивым, и совершенно не склонным к саморекламе. Он не любил публичных выступлений и редко участвовал в научных конференциях. По крайней мере, так о нем вспоминают знавшие его лично коллеги. После окончания Второй мировой войны Хенниг оказался на территории ГДР, где в 1950 г. и увидел свет главный труд его жизни «Основы теории филогенетической систематики» (Grundzüge einer Theorie der phylogenetischen Systematik). Сегодня это событие часто рассматривают как начало новой эры в истории филогенетики и систематики, а саму книгу — как революционный научный трактат. А вот современники Хеннига вовсе не были так восторженны. Его книга прошла почти незамеченной даже в среде германских ученых, не говоря уже об иностранных. Отчасти в этом был виноват и сам автор, писавший довольно тяжелым слогом и уснащавший текст множеством неологизмов собственного изобретения. «Синапоморфия», «симплезиоморфия», «семафоронт», «голофилия» — эти и им подобные новые термины в те годы выглядели непривычно и даже дико. Редко кто из читателей, даже немецкоязычных, отваживался тогда пробраться через все эти терминологические новшества и вникнуть в суть предлагаемых Хеннигом идей. А суть была очень нова, и состояла она в том, что автор предложил разработанный им свод четких и логичных алгоритмов, позволяющих с максимальной точностью выяснить родственные связи между животными и уже на этой основе строить их «естественную систему».

Только через 15–20 лет, когда книгу Хеннига прочитали несколько молодых американских систематиков и, проникшись ее новаторским духом, принялись громогласно пропагандировать идеи немецкого энтомолога, пришла пора его славы. Сам автор к тому моменту успел перебраться в ФРГ и понемногу начал публиковать на английском языке статьи с изложением своих взглядов. В 1966 г. его книгу перевели и издали в США, правда, в сокращенном и хорошенько отредактированном виде, так что она стала доступной исследователям во всем мире (к тому времени английский язык окончательно отобрал у немецкого статус официального языка мировой науки). Новый подход к классификации получил название «кладистика» (от др. — греч. слова κλάδος, которое в данном контексте можно перевести как «ветвь генеалогического древа»).

Я не буду в деталях рассказывать о концепции Хеннига и о том, как, по его мнению, нужно строить систему животных. Оставим эти технические тонкости профессиональным зоологам и палеонтологам. Но вот что существенно. Хенниг предложил новый взгляд на соотношение родства и сходства. Родство, и только оно одно, должно быть использовано и для реконструкции филогенеза, и для классификации организмов. От сходства, конечно, уйти мы не можем, но должны использовать его только в той степени, в какой оно помогает нам выявить родственные связи между животными. Все остальное к делу отношения не имеет. Сходство сходству рознь, и бывают такие черты сходства, которые, с точки зрения Хеннига, никакой полезной информации не несут. Предположим, вы хотите разработать на филогенетической основе классификацию наземных позвоночных животных. Изучив их строение, вы обнаруживаете, что все лягушки, вараны, черепахи, попугаи и олени имеют по четыре конечности, две передние и две задние. Чем этот факт вам поможет? Ничем, отвечает систематик-кладист. Данный признак — «четвероногость» (назовем его так, хотя в реальности конечность может превращаться в крыло, руку, ласт или вообще утрачиваться, как у змей или безногих ящериц) — общий для всех этих животных, он унаследован ими от их единого далекого предка. Число конечностей ничего не расскажет нам о родственных связях между наземными позвоночными. Поэтому, утверждал Хенниг, надо искать признаки уникальные, которые впервые появляются в эволюции у данной группы животных. Такие признаки отец-основатель кладистики нарек апоморфными. Во вселенной Хеннига только они имеют значение. Если две или больше групп животных имеют один и тот же апоморфный признак (синапоморфия), значит, они, скорее всего, происходят от общего предка.

Проиллюстрируем эти суховатые теоретические выкладки конкретными примерами. Современные низшие млекопитающие, так называемые однопроходные (утконос и ехидна), откладывают яйца. Это черта, сохранившаяся у них от рептильных предков. Все сумчатые и плацентарные млекопитающие живородящи. Это и есть синапоморфия, позволяющая нам выделить их в особую группу «настоящих зверей», родственную однопроходным, но четко от них обособленную. Кстати, «однопроходность» на анатомическом языке означает, что у этих животных нет двух самостоятельных отверстий для вывода кала и мочи. Естественные выделения извергаются через единый орган, клоаку; через нее же в тело самки поступает сперма самца. Все остальные млекопитающие являются «двупроходными». Клоака закладывается у них в ходе зародышевого развития, но потом разделяется надвое. Еще одна синапоморфия из числа тех, что отличают «настоящих зверей» от «ненастоящих».

Конечно, на практике все может быть очень нетривиально. Например, как отличить истинное синапоморфное сходство от ложного, возникшего в результате конвергенции? Особенно трудные задачки природа подкидывает в тех случаях, когда благополучно унаследованный признак утрачивается, и зоологи ломают голову, что знаменует его отсутствие. Отсутствие чего-либо тоже ведь может быть признаком общего происхождения (как отсутствие хвоста у человекообразных приматов).

Так, у большинства брюхоногих моллюсков имеются более или менее развитые раковины. Но есть и такие виды, у которых их нет. Это и всем хорошо известные садовые и полевые слизни, и так называемые морские слизни (они же голожаберные моллюски). Можно ли считать утрату раковины синапоморфией? Нет и еще раз нет! В ходе эволюции брюхоногие расставались с раковинами неоднократно, и в разных генеалогических линиях это происходило независимо. Если кто-нибудь вздумает выделять особую группу «безраковинных брюхоногих», то в ее составе окажутся виды, во всех других отношениях крайне различные и совсем не близкородственные. Это будет такая же «детская ошибка», как считать кита рыбой. Поэтому каждый случай предполагаемого родства, даже если он интуитивно кажется вполне очевидным, надо детально анализировать, чтобы не допускать подобных промахов.

Хенниг настаивал, что если все делать правильно и включать в анализ только апоморфии, то можно прийти к логичной и основанной на фактах генеалогии, на базе которой легко построить филогенетическую систему животных. Она уже не будет зависеть от субъективных взглядов разных авторов. Сейчас все эти рассуждения представляются совсем тривиальными, почти самоочевидными. Но в 1950 г., и даже лет 20 спустя, одним это казалось чересчур радикальным, другим — просто идиотски-нелепым. Сторонникам кладистики пришлось не только бороться за свои взгляды, но и довольно агрессивно их пропагандировать, используя тактику «лучшая защита — нападение». При этом сам Хенниг, подобно Дарвину, до конца своих дней почти воздерживался от полемики. У него появились свои «бульдоги» — молодые англоязычные систематики, обратившиеся в новую веру и с энергией новообращенных ставшие апостолами кладистики. Старшее поколение систематиков приходило в бешенство как от скандальных выходок, которые позволяли себе новоявленные «апостолы», так и от радикализма их взглядов. Еще бы! Они требовали распрощаться со многими давно всем привычными взглядами на систему животного мира.

Довольно быстро выяснилось, что на основе алгоритмов кладистики можно легко написать специальные компьютерные программы, позволяющие за кратчайшее время получить умопомрачительное множество альтернативных филогенетических древ (их стали называть кладограммами). Персональные компьютеры с каждым годом становились все умнее и все доступнее по цене, и однажды настал день, когда адепт кладистики мог обзавестись собственной вычислительной машиной и заниматься реконструкцией филогений даже не выходя из дома. Достаточно только сформировать матрицу признаков, характеризующих разные виды, определенным образом закодировать их, загрузить в память машины и нажать клавишу «Enter». Задавая те или иные параметры, по которым идет процедура расчетов, меняя один статистический алгоритм на другой, можно получать сотни и тысячи альтернативных кладограмм, а потом математически оценивать, какая из них достовернее прочих. Со временем оказалось, что молекулярно-генетические данные, такие как расшифрованные нуклеотидные последовательности, тоже являются превосходной пищей для филогенетического «софта», и сейчас почти все практикующие систематики опираются в основном на них. Никто уже давно не тратит время на построение кладограмм вручную. Вся черновая работа передана компьютерам, и, возможно, недалек тот день, когда процедура реконструкций филогенеза и классификации окажется полностью в ведении искусственного интеллекта (хотя лично мне бы этого не хотелось).

Как это часто случалось в истории, очередной конфликт отцов и детей закончился полной победой молодых и энергичных кладистов (сейчас большинству из них уже за 70, бывшие «анфан террибли» сделались почтенными, всеми уважаемыми профессорами и научными сотрудниками). В наши дни практически все специалисты, занимающиеся систематикой животных, в той или иной степени следуют в своей работе принципам Хеннига. Филогенетика получила «второе рождение», и вряд ли сейчас кто-то осмелится назвать ее недостаточно точной наукой.

Одной из первых «жертв» кладистики пали ни в чем не повинные птицы.

Если взглянуть на родословное древо пресмыкающихся, построенное по данным геномного анализа (рис. 4.2), то мы увидим, что птицы не образуют самостоятельного эволюционного ствола: эта группа животных помещается в самой середине генеалогического древа пресмыкающихся, причем ближе к крокодилам, чем к ящерицам или черепахам. С точки зрения Вилли Хеннига и его единомышленников-кладистов, такая позиция означает, что птицы не являются самостоятельным классом позвоночных, равнозначным пресмыкающимся. Это не более чем одна из групп рептилий. Да, но они ведь такие разные, и не только по внешнему облику, но и по анатомическому строению! Зубов у птиц нет, например. Поведение пернатых гораздо сложнее, чем поведение пресмыкающихся; некоторые птицы могут пользоваться орудиями для добывания корма (и даже умеют их изготавливать!), другие ухитряются осваивать человеческий язык, причем, как утверждают некоторые специалисты, это не просто бездумное звукоподражание[77]. Вы когда-нибудь встречали говорящую ящерицу?

* Рисунок сделан на основе филогенетического древа, опубликованного в статье: Green R. E. et al. 2014. Three crocodilian genomes reveal ancestral patterns of evolution among archosaurs. Science, 346: 1254449. https://science.sciencemag.org/content/346/6215/1254449/tab-pdf.

Все это так, отвечает сторонник кладистики, но мы же договорились, что при разработке системы берем в расчет только родство! Только оно, только подлинная генеалогия-филогения имеет значение! Неважно, насколько сходны (или несходны) птицы и рептилии, важно, что они одного рода-племени и в ходе эволюции их родословные линии не разошлись по двум разным направлениям. Практически все, что некогда считалось птичьими синапоморфиями, было обнаружено и у динозавров (см. выше). Птицы наряду с динозаврами, птерозаврами и крокодилами образуют особую группу рептилий, называемую архозаврами (в буквальном в переводе с греческого «древними ящерами»). Вот почему в современных классификациях позвоночных, разработанных систематиками-кладистами, класс птиц отсутствует[78]. С их точки зрения, он не основан на синапоморфиях и потому не может считаться действительно существующим.

Примерно то же самое приключилось с еще одним классом позвоночных, выделенным Линнеем, — с классом рыб. В современных классификациях нет и его. Оказалось, что под общим названием «рыбы» скрывались существа, более или менее сходные внешне, но достаточно удаленные по степени родства. По мнению кладистов, лопастеперые рыбы — это более близкие родственники человеку, чем щуке или камбале. Это те самые лопастеперые, что признаны прямыми предками земноводных, те самые, современными представителями которых являются двоякодышащие рыбы, а также знаменитая латимерия (если вы до сих пор про нее ничего не слыхали, загляните хотя бы в «Википедию»). В свою очередь хрящевые рыбы (акулы и скаты) оказались настолько удаленными от всех рыб и четвероногих позвоночных в генеалогическом отношении, что их пришлось выделить в совершенно особый класс. Это очень древняя группа, по отношению к которой и щука, и камбала, и человек разумный, находятся примерно в одной степени родства[79]. Акулы — это что-то вроде наших десятиюродных прадедушек, очень старых, но тем не менее до сих пор здравствующих.

Более того, если мы можем проследить полную последовательность поколений, связывающую, без единого скачка или перерыва, птиц и динозавров, и на этом основании сделать заключение о том, что они относятся к одной группе, то такой опыт можно продолжить и дальше. Никто не мешает нам наметить полную родословную, в которой вид Homo sapiens через горы времени возводит свое родство к какой-нибудь из доисторических рыб. Логика кладистического анализа такова, что все потомки одного предка должны быть объединены в одну группу. Это еще одно правило, введенное Вилли Хеннигом. Так что в каком-то смысле мы, люди, тоже являемся рыбами. Вместе со всеми прочими млекопитающими, птицами, рептилиями и земноводными (но не с акулами и скатами, которые, как я сказал выше, отстоят от нас очень далеко на генеалогическом древе). Выглядит парадоксально и даже абсурдно, но такой подход вполне допустим в рамках кладистики.

Торжеству идей Хеннига не помешали ни «исчезновение» классов рыб и птиц, ни другие столь же контринтуитивные новшества, вызванные последовательным применением методов кладистики. Но это совершенно не значит, что все без исключения систематики «взяли под козырек» и быстро перестроили свои системы в соответствии с новыми установками. Совсем наоборот, положения Хеннига критиковали и критикуют по сей день[80]. Здесь мы сталкиваемся с ситуацией, которая может показаться нелепой с точки зрения физика или химика. В химии, например, существует одна-единственная классификация химических элементов, представленная в виде периодической системы, основанной, в свою очередь, на периодическом законе строения элементов, сформулированном Дмитрием Менделеевым. Никому и в голову сегодня не придет, что может быть какая-то другая классификация, построенная на иных принципах. В биологии все обстоит совсем не так. Никакой единой, «официальной» и обязательной для всех системы организмов не существует. Нет никакого международного органа, который указывал бы всем ученым, как располагать исследуемые ими виды в системе. Кладистика Хеннига — всего лишь один из нескольких возможных способов классификации, и если вам она не нравится, никто и ничто не может заставить вас ее использовать. Вы имеете полное право выделять птиц в качестве отдельного класса, мотивируя это тем, что они видоизменились гораздо серьезнее всех остальных рептилий. Все-таки 66 млн лет эволюции, прошедших с момента, когда на свете не осталось ни одного «классического динозавра», штука серьезная. Птицы (да и млекопитающие тоже) за это умопомрачительно долгое время расплодились, расселились, заняли практически все доступные для них места обитания и, адаптируясь к ним, породили множество разнообразных жизненных форм. Особенно ярко это разнообразие демонстрируют млекопитающие, среди которых есть летающие, роющие, плавающие, бегающие формы, каждая со своими уникальными приспособлениями к среде обитания. Однако темпы эволюции, как морфологической, так и молекулярной, очень сильно разнятся в отдельных группах животных. Те же крокодилы за минувшие 66 млн лет изменились в морфологическом отношении сравнительно слабо. Вот почему противники Хеннига не спешат вычеркивать класс птиц из своих систем. Они настаивают, что, если строить классификацию исключительно на основе данных о родстве, то есть без учета степени эволюционной дивергенции, это ведет к в высшей степени бессмысленным выводам. Положим, человек — один из видов рыб. Формально данный тезис может быть правильным, но он игнорирует огромную степень внешних и внутренних различий между людьми и рыбами, даже самыми эволюционно продвинутыми. Поэтому информационная ценность такого утверждения крайне низка. Оно не дает нам ничего, кроме того, что рыбы и человек связаны отношением «предок — потомок».

Почему же биологи всего мира не могут созвать какой-нибудь международный консилиум и волевым усилием выработать единую и обязательную для всех систему живых организмов? Собственно, именно в этом видел свою задачу Линней и именно такую роль должна была, по его замыслу, сыграть трехтомная «Система природы». Жизнь показала, что чем больше видов животных и растений открывали натуралисты, тем сложнее было поместить их в рамки системы непротиворечивым образом. Уже через несколько десятилетий после Линнея появилось несколько альтернативных классификаций растений, не во всем согласующихся между собой. С животными дело обстоит не лучше. Даже сейчас, когда мы располагаем мощнейшими средствами молекулярно-генетического анализа, задача построения универсальной системы организмов, как и задача создания единого и окончательного филогенетического древа, пока не решена.

Отчасти этому препятствует то огромное множество объектов, которое нужно классифицировать. Линней знал около 6000 видов животных, а сейчас их описано не менее полутора миллионов, и есть все основания предполагать, что истинное число современных видов в два-три раза больше (увы, еще более вероятно, что значительная часть этого биологического разнообразия исчезнет с лица земли прежде, чем ученые-систематики успеют его должным образом описать). Число химических элементов не превышает полутора сотен, а главное — они не меняются во времени и доступны для полноценного изучения здесь и сейчас. А вот бо́льшая часть видов животных, растений и микроорганизмов, населявших биосферу Земли, успела давным-давно вымереть, так что эти самые 5–6 млн современных видов — лишь ничтожная доля от былого разнообразия жизни, может быть, не более 1–2 %. А мы уже видели, как трудно систематикам иметь дело с вымершими организмами, даже с теми, от которых остались кости, зубы или раковины. Возможность нескольких различающихся интерпретаций одного и того же комплекта ископаемых остатков (привет семантору!) — одна из причин, по которым биологам никак не удается создать полную систему всех организмов. И ладно бы только это! Есть еще «концептуальные» разногласия, споры вокруг которых ведутся буквально веками и никак не могут закончиться. Казалось бы, что может быть элементарнее, чем понятие «биологический вид»? Белая цапля и серая цапля — два разных вида. Прыткая ящерица и живородящая ящерица — тоже. Но в природе существует множество ситуаций, когда граница между видами далеко не так очевидна и однозначна. Не говоря уже о том, что сами ученые мужи (и дамы) не удосужились выработать общепринятое представление о том, что такое вид. Один дотошный систематик в конце прошлого века коллекционировал различные определения понятия «вид» и набрал не менее 27 разных! Сегодня, спустя два десятка лет, это число еще немного подросло. Понятно, что каждый конкретный автор будет классифицировать организмы, руководствуясь тем понятием о сущности вида, которое ему кажется правильным. Результат — несходство систем даже одной и той же группы организмов, построенных разными авторами и на разных основаниях. Вот одна из типичных задач, с которыми имеют дело специалисты по систематике животных. Сможете ли вы, глядя на рисунок, изображающий дюжину раковин, точно сказать, на сколько разных видов их следует разбить (рис. 4.3)?

Я очень не хотел бы, чтобы читатель пришел к выводу, что все в науке систематике обстоит неясно, зыбко и субъективно и что вот уже два с половиной века после Линнея классификаторы громоздят ошибку на ошибке и тратят пропасть времени, сил и нервов на перепалки друг с другом. В реальности бо́льшая часть элементов системы животных хорошо установлена и не меняется в течение долгого времени. Например, границы и объем типов Моллюски (выделенного Кювье более двух веков назад) и Хордовые остаются практически неизменными в течение последних 200 лет. (Если, конечно, не брать в расчет давно вымершие переходные формы, часто «смазывающие» границы между типами. Но в эпоху Кювье палеонтологи о них почти ничего не знали). Некоторые из отрядов млекопитающих и порядков растений, выделенных еще Линнеем, присутствуют и в современных классификациях. Устойчивости, определенности и надежности в современной системе животных гораздо больше, чем сомнительных и спорных моментов. Лично я считаю, что в важнейших деталях система животных установлена достаточно твердо, что не исключает, конечно, наличия «трудных» для классификации групп, которые неоднократно меняли свое положение в системе, перекочевывая туда-сюда в зависимости от изменявшихся взглядов систематиков.

* Раковины принадлежат беззубкам — самым обычным в наших реках и озерах представителям класса двустворчатых моллюсков. Изображения взяты из книги: Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. — СПб.: Наука, 2004. Т. 6.

Постоянные изменения и пертурбации в системе животных и растений, происходящие буквально на наших глазах, бесконечные (и кажущиеся постороннему наблюдателю такими мелочными) споры между специалистами — это не признак упадка или «старческого слабоумия» древнейшей из биологических наук. Совсем наоборот, они свидетельствуют о том, что систематика до сих пор жива, в нее приходят новые идеи, методы, и с каждым годом, несмотря на частные противоречия, наше знание о системе организмов становится все совершеннее. Мы постепенно приближаемся к воплощению великой мечты — построению универсального древа жизни, связывающего в рамках одной генеалогии все создания, большие и малые, вымершие и ныне живущие.

А пока идут споры между систематиками, палеонтологи продолжают извлекать из недр земных все новые виды ископаемых организмов. Ключевые моменты эволюции крупных групп животных становятся все яснее. Теперь мы знаем, что орнитизация — совсем не уникальное явление. Практически все крупные таксоны, о ранних этапах эволюции которых есть более или менее удовлетворительная палеонтологическая информация, возникали примерно так же. В последние несколько десятилетий эволюционные биологи продолжали упражняться в словотворчестве. Заговорили о маммализации (по аналогии с «оптичиванием» по-русски это можно назвать «озверением»). Типичные для современных млекопитающих признаки, как оказалось, независимо возникали в нескольких группах рептилий, одновременно эволюционировавших в сходном направлении в конце палеозоя — начале мезозоя. Появились и другие «-зации»: артроподизация (становление типа членистоногих), ангиоспермизация (появление цветковых растений), метазоизация (происхождение многоклеточных животных) и им подобные неологизмы. Как пишет палеоорнитолог Е. Н. Курочкин, «чаще всего прослеживается много эволюционных попыток выйти на новый… уровень освоения окружающих ресурсов. Из таких попыток только одна или две оказывались биологически прогрессивными, давая новую группу или группы… Остальные линии вымирали»[81].

Закончить эту главу мне хочется небольшим историко-литературным экскурсом (не все же нам с вами рассуждать о биологических проблемах, пора и развеяться немного!).

В литературном мире Петербурга в начале XIX столетия не было персонажа, над которым бы потешались больше, чем над графом Дмитрием Ивановичем Хвостовым.

На первый взгляд — обласканный судьбою представитель самого высшего общественного слоя. Любимый племянник фельдмаршала Суворова, видный сановник, академик, одно время — обер-прокурор Священного синода. По всем воспоминаниям, человек кроткий, незлобивый и не замеченный в лихоимстве на службе государевой. Одна беда. Граф Хвостов страдал метроманией. Так называется болезненная страсть к написанию стихов. Не обладая могучим поэтическим талантом, он посвятил свою жизнь служению музам, сочиняя стихи во всех жанрах и на все случаи жизни. Хвостов писал оды, поэмы, басни, элегии, стихотворные послания и, будучи человеком далеко не бедным, печатал их большими тиражами за свой счет и буквально изводил своих друзей и знакомых, пичкая их изданиями своих стихов. Почти все «серьезные» литераторы той эпохи отметились эпиграммами и насмешками в адрес незадачливого метромана. Подчеркивали его бездарность, назойливость, а также титаническое упорство в производстве напыщенных и порой нелепых стихов. Не кто иной, как Александр Пушкин в своей юношеской бойкой (очень бойкой) балладе «Тень Баркова» на веки вечные «приложил» трудолюбивого Хвостова:

Как иногда поэт Хвостов,

Обиженный природой,

Во тьме полуночных часов

Корпит над хладной одой.

Пред ним нещастное дитя,

И в крив и кос и прямо

Он слово звучное крехтя

Ломает в стих упрямо…

Пожалуй, самым любимым объектом насмешек были басни графа Хвостова. Особенно та из них, в которой рассказывалось про некоего голубя, угодившего в силки. Сначала он «сидел в темнице», а потом

Кой-как разгрыз зубами узелки

И волю получил.

Современные литературоведы комментируют: «Строки эти вызвали бурное веселье критики и не забывались в течение многих лет. Так, А. Е. Измайлов… писал: „Чего не делает всемогущая поэзия? Прикоснется ли магическим жезлом своим к Голубку, запутавшемуся в сети, — мгновенно вырастают у него зубы, и он разгрызает ими узелки…“»[82]. А Пушкин, всласть похохотав над этим творением, как-то обозвал Хвостова «отцом зубастых голубей»[83].

Минуло 200 лет. Мы знаем теперь, что зубастые птицы действительно существовали, хотя и в далеком геологическом прошлом, да и само наличие зубов является исходным признаком всех архозавров, утраченным у современных пернатых. (То же самое произошло и с утконосами, потерявшими зубной аппарат в ходе эволюции.) Причем в геноме современных птиц сохранились гены, отвечающие за образование зубов, только они находятся в «молчащем» состоянии и в норме не функционируют. Эмбриологам удалось выявить мутацию, приводящую к формированию зубов у куриного зародыша (правда, эта мутация летальна, так что эмбрион неминуемо погибает еще в яйце и зубастый цыпленок на свет не появляется)[84]. Получается, что зубы у голубей все-таки есть, хотя и в «потенциальном» состоянии.

Так ли уж нелеп и смешон был баснописец Хвостов?

Глава 5. Браки по расчету

Армянское радио спрашивают, как перевести на украинский язык лозунг «Пролетарии всех стран, соединяйтесь!».

Армянское радио подумало и ответило: «Голодранцы усих крайн — гоп до кучи!»

Анекдот советского времени

По удачному выражению Ричарда Докинза, биологическая эволюция — это «величайшее шоу на Земле». И правда, вполне можно вообразить себе некий «эволюционный театр», на сцене которого вот уже целых 4 млрд лет разыгрываются самые разные по содержанию и продолжительности пьесы. Репертуар этого театра очень богат. Здесь ставятся трагедии («Вымирание динозавров»), эпические драмы («Происхождение человека»), гиньоль («Борьба за существование») и даже буффонады с переодеванием («Мимикрия»). А та история, о которой пойдет речь в этой главе, вполне могла бы стать сюжетом водевиля из старинной жизни, и называться бы он мог «Гоп до кучи! или Браки по расчету». В этой пьесе рассказывалось бы о двух важнейших эволюционных событиях, произошедших между появлением LUCА и возникновением самых первых многоклеточных животных. Представьте себе уличную афишу, на которой значится примерно следующее:

Только один вечер!

Впервые на сцене!

Единственное в своем роде представление труппы «Эволюция»!

«Гоп до кучи! или Браки по расчету»

(водевиль в двух действиях с перерывом на переодевания)

Действующие лица

ЛУКА (благородный отец) и его многочисленные потомки; добрый волшебник Симбиоз (весь вечер на сцене); девица Эукариота (инженю); кавалер Трихоплакс (герой-любовник); Фагоцителла (прекрасная незнакомка); синезеленые водоросли, протеобактерии, биченосцы (массовка)

В антракте работает буфет

Прозвенел третий звонок. Занавес вот-вот поднимется. В зале медленно гаснут лампы. Зрители, шелестя программками, с нетерпением ждут начала первого действия. Устроимся в зрительном зале и мы. Начинается первое действие — эукариотизация.

Первопредок LUCA, с которым мы на время расстались в конце первой главы, был прокариотом. Напомню, что прокариотами биологи называют самые просто устроенные одноклеточные организмы, у которых нет ядра, нет хромосом, нет митохондрий, нет хлоропластов, нет разделения на мужской и женский пол… много чего нет. Клетки эукариот (ядерных организмов) по сравнению с ними гораздо более высокоорганизованы. Они обладают более сложными структурой и хромосомным аппаратом, имеют ядро (или несколько ядер). Клеточное деление у эукариот (митоз, мейоз) протекает также куда более затейливо, чем у прокариот. Кроме того, прокариоты питаются исключительно путем абсорбции веществ через клеточную мембрану. Образно говоря, они не умеют «глотать» добычу — вот почему в природе не бывает хищных бактерий[85]. Эукариоты же освоили целых два новых способа питания: фагоцитоз (захватывание твердых пищевых частиц) и пиноцитоз (поглощение пузырьков жидкости с растворенными в них питательными веществами). Есть и количественные различия. Средние размеры прокариотной и эукариотной клетки резко различны: первые на порядок меньше вторых. Их средние объемы при этом находятся в соотношении 1:1000. А такая разница в мире живой природы имеет немалое значение.

Одним словом, различия между ядерными и безъядерными организмами огромны. Неудивительно, что эукариоты возникли в эволюции довольно поздно. Самые первые из несомненных следов присутствия в биосфере эукариотных организмов датируются временем около 1,65 млрд лет назад, хотя некоторые исследователи предполагают, что этот домен жизни значительно древнее[86]. Это означает, что на протяжении большей части своей истории земная биосфера состояла исключительно из прокариот, а возникновение одноклеточных существ, обладающих ядром, — весьма поздняя инновация. Биологи вот уже более полутораста лет пытаются разобраться, каким образом прокариотная клетка обзавелась ядром, хромосомами, митохондриями и некоторыми другими типами органелл, что и дало начало клеткам нового типа. Произошло это важнейшее эволюционное событие в незапамятные времена, и участвовали в нем такие существа, у которых не было никаких шансов попасть на страницы каменной эволюционной летописи. Ученые опять вынуждены всматриваться во тьму веков практически без надежды отыскать материальные следы существования самых первых эукариот.

Довольно долго, начиная с середины XIX в., большинство биологов считало, что в происхождении эукариотной клетки был задействован механизм, называемый роскошным словом компартментализация. Ком-парт-мен-та-лизация! Эта гипотеза получила название автогенетической (от греч. αὐτός — сам и γένεσις — происхождение). Слово «компартмент», означающее какую-либо внутреннюю часть клетки, несущую определенную функциональную нагрузку, отсылает к еще одной особенности эукариотных клеток, не свойственной археям и бактериям. У эукариот почти все органеллы (ядро, митохондрии, лизосомы, аппарат Гольджи) отделены от клеточной цитоплазмы мембранными оболочками. Можно сказать, что клетка внутри себя разделена на обособленные «квартиры» или «комнаты», настолько изолированные друг от друга, что даже параметры их внутренней среды, например значения рН, могут быть несколько различными. Гипотеза автогенеза постулирует процесс постепенного разделения прокариотной клетки на внутренние отсеки-компартменты, каждый из которых дал начало определенному типу органелл. Движущей силой этого процесса могли быть генетические мутации, а непосредственными предками эукариот — синезеленые водоросли (они же цианобактерии). Вроде бы все понятно. Но, как это часто случается в истории науки, чем больше нового цитологи узнавали о тонком строении клеток, тем сильнее они сомневались в правоте гипотезы автогенеза.

Микроскопические одноклеточные организмы были открыты в середине XVII в. знаменитым натуралистом Антони ван Левенгуком в его домашней лаборатории. Этот голландец имел в своем распоряжении очень несовершенный микроскоп, похожий скорее на большую лупу. Но и спустя 100 лет после Левенгука разрешающая сила доступных биологам оптических инструментов оставалась очень низкой. Никто не мог проникнуть взглядом сквозь клеточную оболочку и подсмотреть, что же происходит там, внутри. Поэтому еще в эпоху Линнея представления о том, что же такое микроскопические организмы, оставались весьма туманными. Великий швед поместил их в самый конец своей системы животных в качестве особого рода, получившего говорящее название Chaos. С точки зрения современной систематики это действительно был хаос. Не имея достоверных и точных знаний о мельчайших организмах, Линней объединил в составе этого рода такие очень несходные и филогенетически далекие создания, как амебы, инфузории, микроскопические грибы и даже один вид нематод (круглых червей).

Первая более или менее разработанная система микроскопических животных была создана только в 1773 г. датчанином Отто Фредериком Мюллером. Однако подлинно великие открытия в этой области были сделаны лишь в XIX столетии благодаря созданию значительно более мощных световых микроскопов. Но и век назад, когда уже были открыты практически все типы клеточных органелл, почти все знания о них ограничивались внешними наблюдениями. Даже самые совершенные световые микроскопы были бессильны проникнуть под покровы этих мельчайших из мелких. Современники Левенгука были счастливы, если им удавалось хорошенько рассмотреть в микроскоп ногу блохи. Сто лет назад биологам уже хотелось узнать, как устроено изнутри клеточное ядро или митохондрия.

На помощь пришли электронные микроскопы, с помощью которых можно было изучать ультраструктуру и самой клетки, и отдельных ее компонентов. Это произошло в середине прошлого века и совпало с удивительными успехами молекулярной биологии, позволившими понять, как организован генетический аппарат в клетках и каким образом наследственная информация используется ими для синтеза белков. Все эти достижения дали возможность по-новому взглянуть на происхождение клеточной организации.

Возьмем митохондрии — важнейший компонент эукариотной клетки, отвечающий за производство энергии в ходе окислительно-восстановительных реакций. Именно благодаря митохондриям мы «умеем» дышать кислородом. Их часто так и называют — «клеточные электростанции». В клетках некоторых организмов их насчитывается до полумиллиона! Митохондрии есть практически у всех эукариот, как одноклеточных, так и многоклеточных, и утрачиваются лишь в том случае, когда организм переходит к жизни в анаэробной (бескислородной) среде[87]. Так вот, митохондрии обладают своим собственным генетическим аппаратом, независимым от ядерного, и способны размножаться делением надвое. Чаще всего они делятся во время митоза (деления всей клетки), но совершенно независимо от ядра, и поступают в молодые дочерние клетки уже в готовом виде. Кстати, мы, люди, как и большинство обоеполых организмов, получаем по наследству митохондрии исключительно от женской половой клетки — яйцеклетки; мужские половые клетки — сперматозоиды — тоже имеют митохондрии, но они утрачиваются в ходе оплодотворения и не попадают в зиготу. Наследственное вещество митохондрий представлено кольцевой молекулой ДНК, похожей на ту, что имеется у бактерий (лишенных, как известно, хромосом). У этих органелл есть свой собственный аппарат для синтеза белка, включая специфические рибосомы. Митохондрии покрыты двумя мембранами, одна из которых (внутренняя) очень похожа на мембрану бактериальной клетки. И, что также весьма примечательно, они чувствительны к действию антимикробиальных лекарственных средств[88]. Коротко говоря, если мысленно «вынуть» митохондрию из клетки и изучать как самостоятельный организм, то ученые-бактериологи вполне могли бы признать ее за свой объект. Митохондрии крайне напоминают прокариот из группы альфа-протеобактерий, невесть как оказавшихся внутри эукариотной клетки и встроившихся в ее внутреннюю организацию. Причем встроились они так крепко, что даже «отдали» в клеточное ядро часть своих генов, необходимых для их существования. Тем самым они попали в такую зависимость от своего хозяина, что уже не могут вернуться к самостоятельному существованию во внеклеточной среде.

Почти все то же самое характерно и для другого типа органелл — пластид, входящих в состав клеток фотосинтезирующих эукариот (их нет у грибов и животных). Основная функция пластид тоже энергетическая (фотосинтез), и по многим (но не всем!) признакам они очень похожи на прокариот из группы синезеленых водорослей.

Автогенетическая гипотеза вряд ли способна убедительно объяснить, откуда у митохондрий и пластид взялся собственный геном и почему во многих отношениях они так напоминают свободноживущих бактерий. Происхождение фагоцитоза и пиноцитоза тоже плохо вписывается в эту гипотезу. Как возникла, например, эластичность клеточных стенок, без которой невозможно ни заглатывать твердые частицы, ни «пить» жидкие капли? У эукариот она обусловлена наличием особой белковой системы, включающей белки актин и миозин, помогающие клеткам совершать сократительные движения[89]. У прокариот этих веществ нет и в помине.

Вот почему лет 60 тому назад биологи в поисках альтернативных объяснений обратились к давно и основательно забытым гипотезам.

В семье действительного статского советника Сергея Мережковского было шестеро сыновей, судьба которых сложилась очень неодинаково. Большинство из них сделали чиновную карьеру, но ничем не прославились, зато младшему, Дмитрию, суждено было стать одним из главных героев русского Серебряного века. Сегодня он широко известен как писатель, поэт, критик, эссеист и богослов. Не менее одарен был его брат Константин, который отказался от предложенной ему отцом стези правоведа и обратился к изучению естественных наук, специализируясь в области низших растений. С 1902 г. он работал в Императорском Казанском университете и заслужил среди современников и потомков репутацию, мягко говоря, неоднозначную. В свое время литературовед Михаил Золотоносов выпустил объемистый труд, посвященный биографии Константина Мережковского и лихо озаглавленный «Отщеpenis Серебряного века». Если верить Золотоносову, то биолог Мережковский был личностью крайне неприятной. Антисемит, доносчик (сообщал куда следует о политических взглядах своих неблагонадежных коллег), черносотенец, а вдобавок еще и садист-педофил, фигурант громкого сексуального скандала, обернувшегося для него увольнением из Казанского университета и бегством за границу. Жизнь Константина Мережковского закончилась бесславно и печально. В 1921 г. «самый живописный и колоритный русский извращенец XIX–XX веков» (так аттестует его Михаил Золотоносов) отравился в номере женевской гостиницы ядом собственного изготовления. Причина — отсутствие заработка и невозможность продолжать научную работу.

Я не знаю, насколько сгустил краски уважаемый литературовед, но если Константин Мережковский и вправду был таким чудовищем, как его живописуют, то меня крайне удивляет такое нетривиальное сочетание самых низких человеческих пороков и необычайно высокой научной одаренности, проявившейся в том числе в создании принципиально новой эволюционной концепции, имеющей прямое отношение к теме этой главы. Конечно, мир академической и университетской науки не состоит из ангелов во плоти. Ученые — тоже люди со множеством вполне человеческих недостатков. Но все же по-настоящему выдающиеся исследователи редко бывают глубоко аморальными личностями. «Гениальные злодеи» и «ученые-суперпреступники», все эти доктора Моро и профессора Мориарти, обычно появляются в качестве персонажей массовой культуры и имеют мало общего с реальностью. «Профессор-растлитель» Константин Мережковский является редким исключением.

Возможно, самым значительным — и самым недооцененным современниками — вкладом «казанского маркиза де Сада»[90] в науку была разработанная им теория симбиогенеза. Интерес к симбиозу, то есть взаимовыгодному сосуществованию живых организмов, не связанных близким родством, не ослабевал с 1867 г., когда русские ботаники А. С. Фаминцын и О. В. Баранецкий доказали, что всем известные лишайники — это совершенно уникальные организмы, возникающие как продукт симбиоза гриба и водоросли. При этом водоросль, выделенная из состава лишайника, вполне способна жить и размножаться самостоятельно. Сам Фаминцын расценивал свое открытие как «первое неопровержимое фактическое доказательство теории эволюции организмов»[91]. Мережковский пошел дальше и на основе понятия о симбиогенезе предложил «новое учение о происхождении организмов», существенной частью которого была оригинальная гипотеза о происхождении эукариотных клеток. Он предположил, что некогда на Земле существовали две независимо возникшие группы организмов — похожие на амеб, но еще лишенные клеточного ядра монеры (отсылка к Геккелю) и возникшие раньше их бактерии. Выражаясь современным языком, две самостоятельные группы прокариот. Монеры были хищниками и питались бактериями. Некоторые из бактерий, по мысли Мережковского, каким-то образом ухитрялись избежать переваривания и «оставались жить внутри тела монер и образовали с ними симбиоз»[92]: сначала они были беспорядочно рассеяны «по телу монер», а потом стали собираться в центре и, одевшись оболочкой, дали начало клеточному ядру. Появление ядра — решающий эволюционный момент. Симбиотические бактерии синтезировали для монер разнообразные ферменты, во многом благодаря которым спустя много лет образовались гораздо более сложные, многоклеточные формы жизни, которые мы называем животными. Более того, в состав клетки некоторых монер на правах полезных сожителей вошли и синезеленые водоросли, превратившиеся в пластиды, что положило начало царству растений.

Мережковский опубликовал свою гипотезу и на русском, и на немецком языках, читал публичные лекции по этому вопросу как в России, так и в Европе, но большинство его коллег проявило к новой идее полнейшее равнодушие. Не более удачлив был и другой русский ботаник, Борис Михайлович Козо-Полянский, продолживший в 1920-е гг. разработку идей симбиогенеза. Ему принадлежит догадка о том, что митохондрии происходят от свободноживущих бактерий, ставших внутриклеточными симбионтами других прокариот. Эта концепция тоже была надолго забыта.

Неудача авторов теории симбиогенеза во многом объясняется тем, что они опередили свою эпоху. Их смелые догадки еще не могли быть подтверждены огромным массивом данных по биохимии, молекулярной биологии и морфологии клетки, которых просто не существовало в первые десятилетия прошлого века. К тому же большинство эволюционистов было убеждено в абсолютной правоте дарвиновского принципа дивергенции. Мысль о том, что может быть иначе, казалась им еретической. По Дарвину, все ныне живущие существа возникли в ходе расхождения признаков, унаследованных от одного-единственного прапредка (на биологическом языке это называется монофилией). Симбиогенез предполагал полифилетическое происхождение животных и растений, то есть наличие у них двух или даже больше предков. Век назад это выглядело резким противоречием классическому дарвинизму. Один автор в 1925 г. прямо заявил, что теорию Мережковского нельзя «упоминать теперь в приличном обществе биологов».

Все стало меняться в конце 1960-х гг., в том числе и понятия о приличиях. Неожиданно бунтарская концепция симбиотической эволюции воскресла вновь, теперь уже в Соединенных Штатах. В 1967 г. в одном из престижных биологических журналов вышла в свет статья Линн Маргулис[93] (Lynn Margulis; иногда Маргелис на русском языке), озаглавленная «О происхождении митотирующих клеток». В ней была изложена теория возникновения эукариотической клетки, во многом напоминавшая взгляды Мережковского и Козо-Полянского. Исследовательница доказывала, что эукариоты возникли в результате симбиотического процесса, в котором участвовали представители нескольких различных групп прокариотных организмов, включая протеобактерии и синезеленые водоросли.

Несмотря на то что выдвинутая Маргулис теория сразу же столкнулась с жесткой критикой[94], со временем ей и ее сторонникам удалось отстоять свою правоту. Так состоялась еще одна научная революция в биологии. В наши дни большинство цитологов согласны с симбиотическим происхождением эукариот, хотя до сих пор остается много неясных моментов, да и взгляды отдельных авторов на то, в какой последовательности происходили эволюционные события, сильно различаются. Сторонники автогенетической концепции остались в явном меньшинстве, хотя и не исчезли совсем[95]. Симбиогенез вошел во все современные учебники и уже давно не кажется ересью или бездоказательной фантастикой. К чести Линн Маргулис, она не считала себя абсолютной первооткрывательницей и признавала приоритет своих предшественников. Именно при ее содействии в 2010 г. книга Б. М. Козо-Полянского «Симбиогенез: новый эволюционный принцип» была переиздана на английском языке. А в 2005 г. в Гамбурге прошла научная конференция «Сто лет эндосимбиотической теории», посвященная юбилею первой публикации К. С. Мережковского[96].

Итак, как же представляют возникновение эукариотной клетки современные биологи?

Один из главных вопросов: какие организмы были «хозяевами», предоставившими свои клетки для проживания симбионтам? Выбор не очень велик. Это могли быть археи либо «настоящие» бактерии. Трудность состоит в том, что есть признаки, общие для бактерий и эукариот, но отсутствующие у архей, и наоборот, ряд черт, объединяющих архей и эукариот и не обнаруженных у бактерий. Например, в клеточных мембранах бактерий и эукариот имеются жирные кислоты, а у архей их место занимают многоатомные спирты. Зато у архей и эукариот ДНК обернута вокруг «каркаса» из белков-гистонов, чего у бактерий не наблюдается.

В решении этого вопроса не обойтись без молекулярной биологии. Морфологические признаки практически бесполезны для классификации микроорганизмов, поэтому их новые представители, а также родственные отношения между уже известными типами и классами микробов описываются почти исключительно на основе генетического анализа.

В 2010 г. со дна Северной Атлантики, неподалеку от подводного гидротермального источника, называемого «Замок Локи» (Локи — один из скандинавских языческих божеств, бог хитрости, обмана и всяких проделок), была поднята проба грунта. Исследователям удалось выделить из нее фрагменты очень необычной ДНК, не похожей ни на какие другие известные доселе варианты строения этой молекулы. Даже этих фрагментов оказалось достаточно, чтобы понять, что принадлежат они каким-то неизвестным археям, причем совершенно особенным — в их геноме обнаружились гены, типичные для эукариотных организмов. Эти существа получили название локиархей. Ждать открытия самих обладателей этой ДНК пришлось до лета 2019 г., когда японские ученые сообщили о том, что им удалось «поймать живьем» локиархей, правда, не в Атлантике, а в Тихом океане. К тому времени микробиологам удалось описать и другие родственные им группы, которые, что вполне логично, также получили имена в честь божеств скандинавского пантеона — Тора, Одина и Хеймдалля. И что не менее логично, вся эта вновь открытая семейка архей получила общее название асгардархеи (Асгард — «город асов», небесное обиталище Тора, Одина и их компаньонов).

Тщательный молекулярный анализ геномов асгардархей показал, что именно эта группа микробов включает ближайших — из ныне живущих, разумеется, — родственников эукариотических организмов (рис. 5.1). Это родство настолько тесное (в генетическом смысле), что, возможно, и всех эукариот придется рассматривать как одну из ветвей асгардархей (совершенно аналогично тому, как птиц стали считать не более чем подмножеством класса рептилий). Но главное тут не в тонкостях классификации, а в том, что асгардархеи оказались носителями довольно большого числа генов, которых раньше никто никогда у прокариот не находил. Эти гены широко представлены в эукариотных геномах, причем отвечают они за самые разные функции — от формирования клеточного скелета до клеточного деления и внутриклеточного транспорта белков.

Получается, что процесс эукариотизации был долгим и многоступенчатым. Вероятно, в глубокой древности представители асгардархей сперва приобрели целый ряд типично эукариотных генов (и, стало быть, признаков, ими определяемых) и только затем за дело принялся добрый волшебник Симбиоз. Если предположить, что на ранних этапах эукариотизации асгардархеи научились заглатывать более-менее крупные пищевые объекты путем фагоцитоза (а это вполне вероятно, хотя и оспаривается некоторыми специалистами), то становится понятно, каким образом они обзавелись митохондриями. В полном соответствии с гипотезой К. С. Мережковского эти существа (еще не эукариоты, но уже и не совсем типичные прокариоты) могли проглатывать клетки альфа-протеобактерий. Некоторые из них, избежав жестокой участи быть ассимилированными, остались жить внутри клетки-хищника, образовав с ней симбиотический союз[97]. Так был сделан важнейший шаг к появлению уже подлинно эукариотной клетки. Судя по современным данным, она возникла в эволюции всего один раз. У всех ныне живущих эукариот был единый общий предок (см. рис. 1.1). Интересно, что «заглатывание» цианобактерий (синезеленых водорослей), которым суждено было дать начало пластидам, произошло примерно на 500–600 млн лет позже, чем приобретение митохондрий. Стало быть, первые эукариоты еще не умели фотосинтезировать и были гетеротрофами, то есть питались уже готовым органическим веществом.

* Рисунок взят с веб-страницы http://www.ettemalab.org/new-paper-about-the-asgard-archaea-and-eukaryogenesis-is-out-now/ и немного переработан.

Кстати сказать, в пользу симбиогенетической теории свидетельствуют не только догадки о том, что происходило в дни давно минувшие, но и наблюдения за современными эукариотами. Вот, например, простейшее из класса трихомонад, носящее научное название Mixotricha paradoxa. Оно встречается исключительно в кишечниках реликтовых австралийских термитов Mastotermes darwiniensis (мастотермес Дарвина), которым помогает усваивать целлюлозу. Но это не все, чем примечательна миксотриха. Будучи сам внутренним симбионтом своего хозяина, этот довольно крупный протист (размер его клетки достигает полмиллиметра) использует в качестве симбионтов низшего порядка целую бригаду бактерий, оказывающих ему самые разные услуги. Во-первых, к поверхности тела хозяина прикреплено более 250 000 (!) клеток трех видов прокариот (палочки и спирохеты), которые выполняют функции рабов на галерах, обеспечивая передвижение миксотрихи. Во-вторых, в ходе эволюции предки миксотрих утратили митохондрии; теперь их место занимают симбиотические аэробные бактерии, обосновавшиеся внутри клетки хозяина. Вот почему Линн Маргулис назвала миксотриху «существом с пятью геномами» — она и вправду представляет собой изумительный конгломерат пяти различных видов.

А вот у инфузорий рода Paramecium (к которому относится широко известная инфузория-туфелька) внутри клеток постоянно находятся одноклеточные зеленые водоросли из рода Хлорелла. Хотя ни миксотрих, ни туфелек нельзя считать «предками эукариот», их пример показывает, насколько широко распространен симбиогенез даже среди ныне живущих протистов и как разнообразны могут быть его проявления. Если на подобные трюки способны современные простейшие, то почему нечто подобное не могло происходить и на самых древних этапах эволюции эукариот?

Да, но ведь кроме митохондрий и пластид юная девица Эукариота должна была обладать еще и ядром, не говоря уже о хромосомном аппарате и сложном многоступенчатом процессе клеточного деления. Как все это возникло? Определенности в этом вопросе пока явно меньше, чем хотелось бы. Вот лишь один из гипотетических сценариев образования клеточного ядра. Он основан на типе отношений, известном в людском общежитии как Mariage a` trois: первым в клетку-хозяина заселился какой-то метаногенный архей, который и дал начало ядру (причем ядерная мембрана возникла позже, путем автогенеза), и уже потом к ним присоединилась будущая митохондрия[98]. Но это всего лишь гипотеза. Тут уместно процитировать недавний обзор, посвященный археям и происхождению эукариот: «Несмотря ни на что, многие вопросы, касающиеся процесса эукариогенеза, остаются нерешенными… эволюционный разрыв (gap) между архееподобным предком и любым подлинным эукариотом огромен. Последовательность событий и эволюционные силы, которые привели к возрастанию сложности клеточного устройства, возникновение приблизительно 3000 генов и утрата многих типичных для архей признаков… остаются необъясненными»[99]. Это же касается и до сих пор не вполне ясного вопроса, откуда в геноме эукариот взялось немалое число бактериальных генов.

Придется констатировать, что возможных сценариев того, «как оно было на самом деле», предложено много. Сейчас почти все биологи убеждены, что в основе событий лежали процессы симбиоза, но о том, какой была последовательность этих событий, какие конкретные группы прокариот в них участвовали, ведутся споры. Для нас же пока важно то, что именно симбиоз (возможно, с некоторыми элементами автогенеза) признается теперь механизмом, объясняющим возникновение эукариот. А детали — детали непременно прояснятся в ходе будущих исследований.

С эволюционной точки зрения симбиоз между различными представителями прокариотного племени, плодом которого стала юная девица Эукариота, был не только «счастливым союзом», но и подлинным «браком по расчету». Все стороны приобрели от него определенную выгоду. Вселившиеся в клетку-хозяина протеобактерии получали от нее ценные вещества, например водород. В качестве «платы за проживание» они делились энергией. Так хозяин-архей научился дышать кислородом — не сам по себе, а с помощью своих внутренних «постояльцев»[100]. Примерно то же самое происходило и с симбионтными цианобактериями — будущими пластидами, отвечающими за фотосинтез. Таким образом, в основе всего лежали вполне себе «низменные» причины. Вся эта любовь и привязанность покоилась исключительно на материальных соображениях, хотя и не зафиксированных ни в каком брачном контракте. Биологи называют такой тип отношений метаболическим симбиозом. Симбиогенная гипотеза позволяет объяснить и то, почему эукариоты появились довольно поздно в ходе эволюции. Предшественники митохондрий — дышащие кислородом протеобактерии — вряд ли могли возникнуть в первичной атмосфере планеты, которая была очень бедна кислородом. Сначала на эволюционную сцену должны были выйти синезеленые водоросли, которые очень медленно, но верно насыщали воздушную оболочку Земли кислородом. На это ушло несколько сотен миллионов лет, а то и весь миллиард. И лишь когда атмосфера стала относительно богата этим газом, появились эволюционные предпосылки для того, чтобы предки митохондрий стали важным компонентом биосферы. Возможно, это произошло при достижении уровня содержания кислорода в атмосфере 1 % от современного (так называемая точка Пастера) примерно два или даже два с половиной миллиарда лет тому назад.

Но все эти семейные радости и взаимные выгоды от «брака по расчету» кажутся мелкими на фоне глобальных эволюционных последствий эукариотизации. Возникновение эукариотной клетки недаром признается одним из ключевых событий в развитии биосферы. Достигнутый новый уровень сложности позволил эукариотам добиться таких успехов, о которых простенькие прокариоты не смеют и мечтать. Только на основе эукариотной клетки возможно возникновение настоящих многоклеточных организмов, а это и растения, и грибы, и животные, вплоть до гигантов вроде вымершего индрикотерия и ныне здравствующего синего кита. Только эукариоты способны к разделению на два пола — мужской и женский. (В чем эволюционная выгода от этого — большой и горячо дискутируемый вопрос; скорее всего, наличие двух полов повышает генетическое разнообразие в популяциях, что открывает больше возможностей для адаптации к новым условиям обитания, а также для ответа на резкие изменения окружающей среды.) Обособление клеточного ядра дало начало более совершенной системе регуляции генома. В результате многоклеточные эукариоты приобрели способность на основе одного и того же набора генов производить клетки совершенно разного типа. Столь несхожие по строению и функциям клетки нашего тела, как нейроны, лейкоциты и клетки коры надпочечников, вырабатывающие адреналин, имеют один и тот же набор генов[101].

Первое действие нашего водевиля окончено. Отзвучали аплодисменты. Актеры удаляются в свои уборные, публика спешит в буфет. Скоро представление продолжится, но кое-что должно произойти и в антракте.

Последний общий предок всех эукариот, или LECA (см. рис. 1.1), дал начало огромному множеству разношерстных потомков, ныне объединяемых под общим названием «протисты». Это всевозможнейшие одноклеточные эукариоты, весьма несхожие как по строению, так и по образу жизни[102]. Многие из них — амебы, инфузории, хламидомонады, эвглены — знакомы, хотя бы по названию, почти каждому. Некоторые представители этой группы относятся к числу самых страшных убийц, каких только знала человеческая история. Достаточно вспомнить малярийного плазмодия, африканских трипаносом — возбудителей сонной болезни и дизентерийную амебу.

Еще сравнительно недавно все это многообразие одноклеточных зоологи-систематики относили к животному царству в качестве особого подцарства Protozoa (простейшие). Именно с них традиционно начиналось (да и сейчас обычно начинается) изучение курса зоологии в школе и университете. Однако никто из современных зоологов не признает этих существ за объекты своего изучения. Нынче общепринято, что протисты — не животные. Еще в середине позапрошлого века Эрнст Геккель предложил выделить их в отдельное царство. Правда, его правоту признали только 100 лет спустя… Сегодня разделение эукариот на царства и другие группы высшего ранга стало еще интереснее. Считается, что протисты образуют не одно, а несколько самостоятельных царств и десятки типов, находящихся в очень сложных и не до конца еще проясненных родственных взаимоотношениях. Посмотрите на рис. 5.2, изображающий круговое родословное древо эукариот. Большая часть ветвей на этой схеме — одноклеточные протисты. Зеленые растения и разнообразные многоклеточные водоросли занимают лишь один сегмент схемы (вверху слева), а вот царство животных вообще трудно отыскать в этом хитросплетении ветвей и веточек. По современным представлениям, животные — всего лишь небольшое ответвление на этом грандиозном древе, затерянное где-то между грибами и амебами. Как это непохоже на ставшие привычными со времен Геккеля «животноцентрические» генеалогии с их единственным центральным стволом, рвущимся вверх, к человеку (достаточно сравнить рис. 5.2 и 2.5). Теперь традиционная двуцарственная схема классификации живых организмов (растения + животные), глубоко укоренившаяся в умах биологов под влиянием Линнея, бесповоротно отвергнута (похоже, ей на смену приходит другая двухчленная схема: бактерии + все остальные).

Нынешние взгляды на систему эукариот и родственные отношения между ними основаны почти целиком на анализе молекулярных данных. Но еще задолго до «молекулярной революции» в филогенетике многие исследователи вполне обоснованно утверждали, что непосредственных предков многоклеточных животных (чтобы отличить от простейших, их называют Metazoa[103], или, несколько фамильярно, метазоями) надо искать среди одноклеточных эукариот, сиречь протистов. Были, конечно, и более экстравагантные гипотезы — один немецкий филогенетик лет 100 тому назад доказывал, что метазои происходят от… бурых водорослей. Но подобные предположения давно оставлены. Согласно современным представлениям, в событиях, приведших к появлению метазоев, ключевую роль тоже сыграло стремление к взаимовыгодному сотрудничеству и нежной дружбе. Эволюционные «браки по расчету» вовсе не закончились с возникновением первых эукариот.

* Основа для рисунка взята из статьи: Keeling P. J. et al. 2005. The tree of eukaryotes. Trends in Ecology & Evolution, 20 (12): 670–676.

Пора начинать второе действие водевиля, за которым мы следим затаив дыхание. Оно называется: «Откуда есть пошли на свете метазои».

Возможно, вы ожидаете, что рассказ мой будет основан на известном уже сюжете: долго никто ничего не мог понять, ученые мужи без конца спорили меж собой, а потом, словно бог из машины, явился Молекулярный Филогенетик, весь в белом, и открыл людям истину. В общем, что-то подобное действительно имело место, но в данном конкретном случае правильный ответ был известен уже более полувека тому назад, и работы генетиков лишь подтвердили правоту некоторых ученых, опиравшихся в своих поисках исключительно на морфологические и эмбриологические данные.

Перелистаем замечательную книгу академика Артемия Иванова «Происхождение многоклеточных животных: филогенетические очерки», вышедшую в далеком уже 1968 г. Почти вся она посвящена обзору и критическому разбору выдвинутых ранее гипотез, объясняющих происхождение метазоев. Детали этих споров понятны и интересны, пожалуй, только узким специалистам. Но автор имел и собственное, вполне определенное мнение. На с. 255 своего труда академик пишет: «…мы теперь можем уверенно утверждать, что предками Metazoa были исконно гетеротрофные жгутиконосцы… именно, воротничковые». В этом он был не одинок. Откройте теперь любую современную статью или книгу, повествующую с молекулярно-генетических позиций о ранних этапах эволюции животных. Вы увидите, что хоанофлагелляты[104], они же воротничковые жгутиконосцы (или биченосцы, как их называли в старых русских учебниках зоологии), рассматриваются в них как «сестринская группа» по отношению ко всем современным животным[105]. Важное уточнение: «сестринский» характер взаимоотношений означает, что хоанофлагелляты являются не предками метазоев, а их ближайшими родственниками в современном мире. У этих двух групп был общий предок, от которого они и берут свое начало (совершенно так же, как ближайшим ныне живущим родственником Homo sapiens является шимпанзе, но люди не являются потомками этого примата).

Стало быть, нам надо поближе познакомиться с этими замечательными созданиями, хоанофлагеллятами. Как подсказывает научное название, их характерной чертой является наличие жгутика — особой органеллы, представляющей подобие довольно длинной и ритмично движущейся тонкой нити. Впрочем, жгутики характерны для великого множества одноклеточных эукариот (а также для некоторых клеток в составе человеческого тела, таких как сперматозоиды), и даже бактерии имеют жгутики, хотя устроенные совсем иначе, чем у протистов. Большинство обладателей жгутиков используют их в качестве органа движения, а вот у хоанофлагеллят он служит еще и для добывания пищи. Из передней части клетки, называемой шейкой, выходит жгутик, окруженный воротничком, имеющим у разных видов неодинаковую форму (рис. 5.3). Воротничок составлен из множества микроворсинок. Ничего подобного нет в других группах протистов, этот признак считается уникальным для хоанофлагеллят. Биения жгутика создают направленный ток воды, в которой содержится пища — обычно это бактерии. Двигаясь в миниатюрном водовороте, съедобные частицы одна за другой прилипают к наружной стенке воротничка. Затем из клетки вытягивается ложноножка, которая, словно языком, собирает всю эту вкусную мелочь и доставляет вглубь клетки для переваривания. Кормясь таким способом, воротничковые жгутиконосцы могут не тратить время на поиск и преследование добычи, многие из них просто сидят на одном месте и, работая жгутиком, довольствуются тем, что приносит им ток воды.

Важно отметить, что немалое число видов хоанофлагеллят ведет колониальный образ жизни. В составе колонии, имеющей вид изогнутой ленты или шарика, объединяются несколько десятков или сотен клеток, причем их шейки с воротничками выставлены наружу. Клетки погружены в студнеобразный матрикс, связывающий их воедино примерно так же, как строительный раствор связывает кирпичи. Строго говоря, такую колонию нельзя считать симбиотическим образованием, потому что экологи называют симбиозом только взаимовыгодное сосуществование двух (редко больше) разных видов. Здесь этого нет. Все «колонисты» относятся к одному виду. И все же колониальность у простейших (а она встречается не только у хоанофлагеллят) — это еще один пример «брака по расчету»[106]. Совместная жизнь дает клеткам вполне очевидные выгоды. Колония значительно крупнее, чем отдельная особь. Это как минимум снижает шансы пасть жертвой хищника. Кроме того, клетки в составе колонии выигрывают от своеобразного разделения труда. Если одиночный протист должен делать все сам — и двигаться, и кормиться, и от врагов спасаться, то в составе колонии может произойти определенная дифференциация функций между клетками. Одни отвечают за передвижение, другие — за захват пищи, третьи специализируются на размножении, и в них можно увидеть прообраз половых клеток, характерных для многоклеточных организмов. Такие продвинутые колонии известны у фотосинтезирующих жгутиконосцев (вольвокс и его родственники). При этом клетки в достаточной степени сохраняют самостоятельность, среди них нет главных и второстепенных, начальников и подчиненных. Их строение также совершенно одинаково или почти одинаково. Вот почему колония простейших, состоящая из многих клеток, — это еще не целостный многоклеточный организм, для которого характерно не только разделение обязанностей между клетками, но и высокая степень регуляции их работы, подчинение множества индивидуумов единому целому.

Очень часто в колониальных воротничковых жгутиконосцах пытались увидеть «переходное звено» между протистами и многоклеточными животными или прямых предшественников многоклеточных животных. Некоторые из них даже внешне напоминают наиболее примитивных из ныне живущих губок (см. рис. 5.3). Ученый, открывший и описавший хоанофлагеллят, американец Х. Джеймс-Кларк, еще в 1866 г. отметил удивительное их сходство с хоаноцитами — особым типом клеток у губок. Между клетками у губок есть разделение труда, и хоаноциты в составе их тела отвечают за фильтрационное питание. Губки настолько просты, что не имеют ни рта, ни желудочно-кишечного тракта. Поэтому захват пищи и ее переваривание происходят у них на клеточном уровне.

* Верхний слева рисунок взят из книги: Протисты: Руководство по зоологии. Часть 1. — СПб.: Наука, 2000. Изображения хоаноцитов губок — из Большого практикума по зоологии беспозвоночных, т. 1. — М.: Высшая школа, 1981 (классическое пособие, по которому обучались поколения будущих биологов, включая и автора этих строк). А вот рисунки нижнего ряда я позаимствовал из очень старой книги, в которой были опубликованы одни из самых ранних изображений хоанофлагеллят: Kent W. S. 1882. A manual of the infusoria, including a description of all known flagellate, ciliate, and tentaculiferous protozoa, British and foreign and an account of the organization and affinities of the sponges. London: D. Bogue, vol. 3.

Значит ли это, что губки были самыми первыми настоящими метазоями, появившимися прежде всех остальных? Вполне возможно, хотя сегодня есть и другие мнения на сей счет (отложим разговор об этом до следующей главы). Но кто бы ни был первым, надо подумать о том, как мог произойти переход от колонии одноклеточных простейших к настоящему многоклеточному животному. Впервые гипотезу о происхождении Metazoa от колониальных протистов высказал все тот же неистощимый на догадки Геккель. В ходе последующих дебатов было предложено еще нескольких схем того, как все, возможно, происходило. Одну из наиболее популярных у российских зоологов гипотез выдвинул в 1886 г. Илья Ильич Мечников. В историю биологии она вошла под названием «гипотеза фагоцителлы».

Мечников рассматривал в качестве вероятного предка метазоев шарообразную колонию жгутиконосцев. По его мнению, она была очень простой и состояла из одного-единственного слоя клеток с выставленными наружу жгутиками. Полость шарика оставалась пустой. Все клетки в составе колонии были совершенно одинаковыми как по строению, так и по функциям. Каждая из них использовала свой жгутик и для передвижения, и для захвата добычи. А дальше произошло вот что. Отдельные, наиболее «прожорливые», клетки, захватившие съедобных кусочков больше других, отбрасывали жгутик и уходили в полость внутри колонии, чтобы спокойно переварить свою добычу. Зачем? Мечников предлагал чисто механическое объяснение: для шарообразной свободноплавающей колонии предпочтительнее, чтобы более тяжелые клетки находились ближе к центру, а не в поверхностном слое. Переварив проглоченное, клетки снова отращивали жгутик и возвращались на исходные позиции, с которых в свое время дезертировали. Со временем такие переходы прекратились, и в составе колонии появилось два типа клеток — наружные жгутиковые и внутренние безжгутиковые[107]. Последние были похожи на амеб, и их функцией стало питание путем фагоцитоза (отсюда и название гипотезы). Так, по версии русского ученого, на свете появилось первое настоящее многоклеточное существо с разделением труда между клетками и наружной оболочкой, отделившей внутреннюю среду организма от внешнего мира. Наличие такой внутренней среды многие биологи (например, В. Н. Беклемишев) рассматривали как важнейший качественный признак, отличающий уже-метазоев от еще-жгутиконосцев (даже образующих колонии очень продвинутого типа)[108].

Если фагоцителла реально существовала на белом свете, она должна была быть очень просто устроенным многоклеточным организмом, проще которого трудно придумать. Но этот крохотный комочек материи, не имевший ни рта, ни внутренних органов, ни тканей, в эволюционном отношении был очень перспективен. Мечников и сторонники его гипотезы доказывали, что из фагоцителлы путем определенных анатомических преобразований можно вывести почти все группы самых примитивных метазоев. Потомки фагоцителлы, перешедшие к сидячему образу жизни, дали начало губкам. Те из них, что опустились на морское дно и принялись ползать по нему в поисках корма, стали предками самых первых плоских червей. Наконец, часть ее потомков стала активно плавать в толще воды. От них эволюционный путь ведет к кишечнополостным, таким как медузы. Получается, что гипотетическая фагоцителла может реально претендовать на звание последнего общего предка всех метазоев.

Конечно, сторонники гипотезы Мечникова не чаяли когда-нибудь найти реальную фагоцителлу живой или мертвой (то есть в ископаемом состоянии). Они указывали, что их гипотетическое существо весьма напоминает личинок некоторых современных губок и медуз. Отбрасывание клетками жгутика и превращение их на время в нечто амебоподобное тоже не чистая фантастика. Такое неоднократно наблюдалось у протистов и, что самое главное, — в теле живых губок, хоаноциты которых являются, по сути, настоящими стволовыми клетками, так как могут давать начало клеткам другого типа, вплоть до половых. Природа не имеет принципиальных возражений против возможности мечниковского сценария.

И тут на театральные подмостки, где подходит к концу наш воображаемый водевиль, стремительно врывается еще один персонаж — кавалер Трихоплакс. Он громко заявляет свои права на ближайшее сходство с прекрасной незнакомкой Фагоцителлой.

Трихоплакс — это современное морское животное, очень похожее на большую амебу (рис. 5.4). Его часто находят в морских аквариумах, по стенкам которых он медленно ползает. В одном из таких аквариумов он и был впервые обнаружен еще в 1883 г., как раз в те годы, когда Илья Мечников трудился над своей гипотезой. Зоологи описывают трихоплакса как «тонкую беловатую пластинку изменчивой формы»[109]. Толщина этой пластинки не превышает 0,5 мм.

Уже первые исследователи этого организма отмечали необычайную простоту его строения. А потом случилось вот что. Одному очень авторитетному зоологу показалось, что трихоплакс — это не взрослое существо, а всего лишь не совсем обычная личинка одного из видов медуз. Это было ошибкой, но авторитет ученого был так велик, что ему поверили на слово, и трихоплакс в одночасье сделался никому не интересен. Только около 50 лет назад зоологи вновь вернулись к его изучению, теперь уже вооруженные таким мощным инструментом, как электронный микроскоп. Быстро выяснилось, что трихоплакс способен к половому размножению и уже по одному этому не может быть ничьей личинкой. Надо было найти другое объяснения его необычайной простоте.

Снаружи тело трихоплакса одето слоем жгутиковых клеток, назначение которых — двигать животное вперед и поглощать пищу путем пиноцитоза. Внутри этого слоя расположены клетки другого типа, называемые волокнистыми клетками. Жгутиков у них нет. Это фагоциты, поглощающие твердые частички пищи[110].

Таким образом, трихоплакс лишен почти всего, что мы привыкли связывать с животными: тканей, органов, систем органов (пищеварительной, нервной, дыхательной, выделительной…), даже рта и анального отверстия. Воистину, это какой-то «Черный квадрат» среди метазоев: мудрено выдумать многоклеточное животное, устроенное еще проще. Упомянутый выше А. В. Иванов, изучив строение этого существа, пришел к выводу, что трихоплакс и есть настоящая живая фагоцителла. Его предположение нашло поддержку не только среди отечественных, но и некоторых зарубежных специалистов по филогении Metazoa.

* Рисунки взяты из книг: Малахов В. В. Загадочные группы морских беспозвоночных; Willmer P. 1990. Invertebrate relationships: Patterns in animal evolution. Cambridge: Cambridge University press.

Так что же, искомый предок найден? Нет, ведь мы имеем дело с учеными-биологами, а это публика беспокойная и весьма недоверчивая. Вечно на них не угодишь. Аргументы «болельщиков» трихоплакса встречают возражение, что, возможно, его простота — явление вторичное. Это значит, что трихоплакс происходит от гораздо более сложно устроенных предков, но упростился в связи с переходом к малоподвижному ползающему образу жизни (аналогично тому, как упростились наши родичи-асцидии, когда превратились в сидячих животных). В этом случае его никак нельзя считать близким к мечниковской фагоцителле. Анатомическая простота — вещь сложная…

Занавес. Бурные продолжительные аплодисменты.

Итак, историю возникновения на Земле многоклеточных животных можно, с известной долей вероятности, представить себе так. Жил да был некогда на свете эукариот-жгутиконосец, у которого возник уникальный признак — жгутик, снабженный воротничком. От этого франта пошли две генеалогические линии. Одна из них сравнительно мало преобразовалась в ходе эволюции и дожила до наших дней в виде современных хоанофлагеллят. Другую же ожидал беспрецедентный эволюционный успех. Дав начало примитивному многоклеточному существу, похожему, возможно, на мечниковскую фагоцителлу, эта линия развития привела к появлению губок, трихоплакса и некоторых других самых просто устроенных беспозвоночных. И уже от них, шаг за шагом, произошел на планете удивительный и фантастически многообразный животный мир — от плоских червей до насекомых и человекообразных. Но до высших приматов мы еще не добрались. Чтобы проследить первые этапы эволюции многоклеточных животных, нам придется провести около миллиарда лет на дне морском.

Глава 6. «И гад морских подводный ход»

Я изучил морское дно,

Оно пустынно и темно,

И по нему, объят тоской,

Лишь таракан ползет морской,

Морская там горит звезда,

Морская там шипит змея…

Леонид Мартынов. Морское дно

Вот уже более двух веков продолжается изучение каменной летописи земной коры, содержащей в себе остатки живых организмов (фоссилии). Одним из первых важных открытий, сделанных в самом начале этого пути, стало осознание того, что фоссилии располагаются в слоях земной коры не абы как, а в строгом порядке. В слоях, соответствующих конкретному геологическому периоду, например девонскому или меловому, можно отыскать только строго определенные виды ископаемых, которые никогда или почти никогда не встречаются в слоях иного возраста. Об этом прекрасно знали викторианские джентльмены с геологическими молотками, например Чарльз Смитсон, персонаж романа Джона Фаулза «Женщина французского лейтенанта». Такая особенность палеонтологической летописи имеет колоссальное практическое значение, потому что дает возможность, изучая фоссилии, определить, к какой геологической эпохе относятся вмещающие их горные породы. Этим занимается особая научная дисциплина — биостратиграфия. Важность ее прекрасно понимают геологи, специализирующиеся на поисках полезных ископаемых. Сбором и изучением фоссилий занимаются не только геологи-любители вроде вымышленного Смитсона, но и целые геологоразведочные институты.

Причина такой упорядоченности состоит в том, что в истории Земли осадочные породы откладывались постепенно, во временно́й последовательности, образуя что-то вроде колоссального слоеного пирога, состоящего из песчаника, известняка, мергеля и других горных пород. Хотя мощные тектонические силы неоднократно деформировали верхние горизонты земной коры, нарушая правильную последовательность чередования слоев, многовековые усилия геологов не прошли даром. Им удалось создать единую для всей планеты схему последовательности геологических эпох и периодов — геохронологическую шкалу, определить даты начала и конца каждого ее подразделения, а также описать специфические для них флору и фауну.

Хотя на Земле ничего подобного нет и не будет, но представим себе ненадолго, что где-то существует очень глубокий каньон, стенки которого образованы осадочными породами, сформировавшимися на протяжении последнего миллиарда лет. Примем, что последовательность осадконакопления здесь ни разу надолго не прерывалась. В этом случае наш воображаемый сверхканьон будет хранить в себе всю палеонтологическую летопись за указанное время.

Начнем мысленный спуск на дно исполинского ущелья. Самые близкие к поверхности земли слои должны были сформироваться в течение текущего геологического периода (голоцена). Представленные в них остатки животных и растений будут принадлежать исключительно ныне существующим видам. Фактически это наши современники, хотя и жившие несколько тысячелетий тому назад. Чуть ниже пойдут слои, сформировавшиеся в четвертичном периоде. Сделаем еще одно допущение. Пусть наш каньон располагается где-нибудь на юге Сибири. В этом случае четвертичные слои подарят нам фоссилии, относящиеся к несомненно вымершим видам ледниковой эры — мамонтам, шерстистым носорогам, пещерным гиенам и другим.

Соответственно, чем глубже мы будем спускаться, тем более древние и непохожие на нынешних существа будут встречаться на нашем пути. Естественно, речь идет об их окаменелых костях, зубах, чешуйках и раковинах. Примерно на трети нашего спуска остатки крупных млекопитающих исчезнут, уступив место остаткам гигантских мезозойских рептилий — монголы их называли лууны яс, что означает «кости дракона». В этих слоях вместе с костями ихтиозавров и плезиозавров нам непременно встретятся окаменевшие раковины аммонитов и «чертовы пальцы» — остатки внутренних скелетов их родственников белемнитов, напоминавших нынешних кальмаров (и первые и вторые принадлежат классу головоногих моллюсков). Еще ниже остатки рептилий заменятся костями амфибий, а потом исчезнут и они, так что единственными позвоночными в этих слоях останутся рыбы (во многих отношениях непохожие на современных). Наконец, когда мы пройдем около двух третей пути вниз, что соответствует примерно 515 млн лет накопления осадков, нашими спутниками будут в основном сравнительно примитивные и не очень крупные беспозвоночные — трилобиты, моллюски, археоциаты. Позвоночных и вовсе не будет.

Когда мы спустимся еще на несколько сотен метров, все вокруг нас разительно изменится. Как по мановению палочки злого колдуна окаменевшие скелеты — раковины, панцири, домики — исчезнут, и все, что мы сможем найти, — это остатки престранного вида созданий, напоминающих окаменелые листья. Конечно, осадочные породы обязательно будут содержать в себе и микроскопические фоссилии, но для их обнаружения потребуется хороший микроскоп, желательно электронный.

Вот эта-то резкая граница, отмеченная внезапным исчезновением остатков животных современного типа, и заставила когда-то специалистов разделить всю геохронологическую шкалу на две неравные по продолжительности части. Верхняя, в которой изобильно представлены крупные ископаемые, стала называться фанерозоем (буквально — «эра явной жизни»). Ее начальным периодом является кембрийский, стартовавший примерно 540 млн лет тому назад и длившийся около 55 млн лет.

Все слои, сформировавшиеся раньше кембрия, получили название криптозоя («эра скрытой жизни»), известного также как докембрий. Все эволюционные события, о которых шла речь в предыдущих главах, от появления LUCA до первых метазоев, произошли именно в докембрии, продолжавшемся около 4 млрд лет.

Резкий переход от криптозоя к фанерозою всегда интриговал палеонтологов. Чарльз Дарвин, который вполне профессионально занимался геологическими исследованиями, признавался, что не может дать удовлетворительного объяснения данному феномену[111]. Его это беспокоило, потому что такие «внезапные», словно из небытия, появления целых серий новых и вполне сформировавшихся типов и классов животных часто использовались как аргумент против его теории эволюции. Во времена Дарвина никаких остатков животных в докембрийских отложениях вообще не было известно, и только в 1947 г. было объявлено о нахождении древнейших метазойных организмов в местности Эдиакара, расположенной на юге Австралии. Это стало одним из важнейших палеонтологических открытий ушедшего века.

Сейчас мы точно знаем, что жизнь на Земле существовала и процветала задолго до начала кембрия, однако «кембрийский взрыв», как его любят называть палеонтологи и популяризаторы науки, до сих пор остается одной из самых горячо обсуждаемых эволюционных загадок. В самом деле, как получилось, что в течение примерно 25–30 млн лет (что очень быстро по меркам геохронологической шкалы) в Мировом океане возникли представители почти всех современных типов животных, обладающие скелетными структурами и благодаря этому попавшие на страницы каменной летописи? Это и моллюски, и членистоногие, и хордовые, и иглокожие, а также многочисленные переходные формы, которых непонятно даже, к какому типу относить. Единственное явное исключение — тип мшанок, возникший в начале следующего за кембрием геологического периода — ордовика. Весь этот богатейший зоопарк (описаны сотни видов и родов!), состоящий из плавающих, ползающих и роющихся в грунте созданий, появился на страницах летописи в промежутке между 550 и 515 млн лет назад.

Одно из возможных объяснений этому заключается в том, что представители основных типов беспозвоночных возникли задолго до «взрыва», во времена докембрийские, но до поры до времени оставались мелкими, невзрачными и лишенными наружного или внутреннего скелета. Поэтому они и не могли сделаться добычей палеонтологов. Но в таком случае что заставило их «в один прекрасный момент» (растянувшийся, правда, на несколько миллионов лет) обзавестись раковинами, домиками, хитиновыми панцирями и тому подобными твердыми структурами? Эта великая скелетная революция стала одним из самых ярких проявлений «кембрийского взрыва».

Решать все эти научные загадки можно, используя два подхода. Первый, традиционный, состоит в детальном изучении ископаемых остатков, а также особенностей анатомического строения и эмбрионального развития современных нам животных. Второй, как несложно догадаться, заключается в попытках использовать весь арсенал новейших молекулярно-генетических инструментов.

Оба подхода неплохо себя зарекомендовали и позволили выдвинуть немало интереснейших гипотез, хотя, как нередко случается, результаты, полученные этими независимыми способами, порой оказываются взаимно противоречивыми.

Загадка № 1. Как и когда возникли первые представители современных типов животных?

Молекулярные данные, полученные в разных лабораториях и с помощью разных методов, единодушно утверждают, что многоклеточные животные (Metazoa) представляют собой монофилетическую группу, возникшую в эволюции один раз и от одного предка, будь им мечниковская фагоцителла или другое неизвестное нам существо. К сожалению, использование молекулярных часов пока не позволило более или менее точно датировать это событие. В одном из последних, наиболее тщательных исследований была получена только грубая оценка, согласно которой метазои появились между 833 и 650 млн лет назад. Возникновение же первых представителей современных типов животных следует датировать временным интервалом от 746 до 578 млн лет назад, то есть оно произошло задолго до «кембрийского взрыва»[112]. Итак, скелетная революция была сравнительно поздним событием в эволюции животных, потому что к ее началу большинство типов многоклеточных имели возраст 100 млн лет или больше.

Данные палеонтологической летописи в этом отношении сильно отстают от оценок, сделанных генетиками. Первые фоссилии, несомненно относящиеся к Metazoa, имеют возраст примерно 570 млн лет[113]. Это так называемые рангеоморфы, входящие в состав знаменитой эдиакарской фауны, о которой упоминалось чуть выше. Знаменита эта фауна, во-первых, своей древностью, а во-вторых, крайней необычностью строения большинства входящих в нее животных. Взгляните на рис. 6.1, изображающий дно позднедокембрийского моря. Из всех представленных на нем существ только медузы покажутся нам знакомыми. Остальные принадлежат, скорее всего, совсем другому типу (или типам) древнейших животных, бесследно исчезнувшему уже к началу кембрия. Ни один представитель эдиакарской (или вендской, как ее часто называют в русскоязычной литературе) фауны еще не имел минерализованного скелета. Эдиакарские животные дошли до нас в виде слепков или отпечатков тел, захороненных в слоях донных осадков, причем нередко эти фоссилии так хорошо сохранились, что можно реконструировать как внешние, так и внутренние признаки организмов[114].

* Иллюстрация взята из: Биологический энциклопедический словарь. — М.: Сов. энциклопедия, 1986.

Однако даже изумительная сохранность эдиакарской биоты не позволяет однозначно решить многие важнейшие проблемы. Неоднократно делались попытки увидеть в этих существах родоначальников хорошо известных нам типов животного царства, например членистоногих или кольчатых червей[115]. Но каждая подобная интерпретация неизбежно наталкивалась на возражения. Вот кимберелла (рис. 6.2), которую сначала считали медузой, потом предполагали, что это — древнейший моллюск, а сейчас можно встретить мнение, что этот организм не имеет отношения ни к одному из современных типов Metazoa…[116]

* Фото отпечатка кимбереллы принадлежит авторству палеонтолога Алексея Наговицына (лицензия CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6024607). Рисунки-реконструкции взяты из: Иванцов А. Ю. Новая реконструкция кимбереллы — проблематического вендского многоклеточного животного // Палеонтологический журнал. 2009. № 6. С. 3–12.

Некоторые из палеобиологов развивают идею о том, что эдиакарская биота является остатком раннего — и не вполне удавшегося — эволюционного эксперимента, поставленного матушкой-природой. В ходе «эдиакарского взрыва» были созданы и опробованы в реальных условиях более десятка различных планов строения — так морфологи именуют базовые конструкции, определяющие устройство тела животного. Принято считать, что каждый тип многоклеточных животных имеет свой собственный уникальный план строения, или конструктивный прототип, из которого можно вывести анатомические особенности всех его представителей. Впервые эта идея была высказана и обоснована великим Жоржем Кювье более 200 лет назад.

Некоторые планы строения, возникшие в позднем докембрии, выдержали проверку временем. Однако значительная часть эдиакарского разнообразия сгинула, не оставив прямых потомков. Многие эдиакарцы погибли в ходе так называемого котлинского массового вымирания, разразившегося около 550 млн лет назад[117], а те, кому удалось дотянуть до начала кембрия, видимо, не выдержали конкуренции с более продвинутыми, снабженными скелетами, представителями современных типов. Окаменелые остатки неудачных конструкций легли на полки хранилищ палеонтологических музеев. «Черновики Господа Бога» — как их метко назвал российский палеонтолог М. Б. Бурзин[118].

Эдиакарская фауна просуществовала в Мировом океане примерно 30 млн лет или чуть дольше. За первой находкой в Австралии быстро последовали открытия ископаемых животных подобного типа на всех континентах, в том числе и у нас в России (побережье Белого моря, Средний Урал, Сибирь). Широкая распространенность эдиакарцев и их высокое видовое разнообразие показывают, что для своей эпохи это была вполне процветающая группа, которую можно назвать «неудачной» лишь в ретроспективе сегодняшнего дня. В свое время эдиакарские многоклеточные были хозяевами морей и океанов.

Есть мнение, что пышный расцвет эдиакарских многоклеточных был как-то связан с быстрым ростом концентрации кислорода в океанических водах примерно 560 млн лет тому назад. Крупные и сложно организованные метазои имеют гораздо более высокий уровень обмена веществ по сравнению с протистами, даже колониальными. Обилие кислорода в воде создает надежный источник энергии для животных, что могло стать предпосылкой для выхода эдиакарских организмов на эволюционную сцену[119].

Однако самые первые метазои, возникшие, если доверять тиканью молекулярных часов, задолго до появления эдиакарской фауны, должны были существовать в куда более жестких условиях. Жизнь их совсем не баловала. Мало того что концентрация кислорода была гораздо ниже, так и глобальный климат был далеко не курортным. Геологи называют период времени между 720 и 635 млн лет назад криогеном. Название «говорящее»: эта эпоха была самой холодной в истории Земли, ледниковые щиты с полюсов доходили тогда почти до экватора. Трудно сказать наверняка, каким образом это могло стимулировать появление многоклеточных животных, но многих палеобиологов привлекает возможность связать важнейшее эволюционное событие с самыми экстремальными условиями, которые когда-либо устанавливались на планете. Доказать, что это не просто совпадение во времени. Благодаря физическим свойствам воды, ее высокой теплоемкости, глобальное похолодание не так сильно воздействует на морских животных, как на наземных, но если реальность соответствовала самым радикальным палеоклиматическим сценариям, то даже в океане эпохи криогена условия должны были быть весьма суровы. Не исключено, что в самые холодные периоды древняя жизнь сохранялась лишь в отдельных участках гидросферы, например в подводных гидротермальных источниках или поблизости от них. Пережив в таких убежищах экстремальные холода, организмы могли впоследствии вновь расселиться по всему океану. А вот низкая концентрация в воде кислорода, видимо, не оказывала угнетающего действия на самых первых метазоев, потому что их размеры были очень малы и они не испытывали потребности в интенсивном потреблении кислорода.

В последние годы активно обсуждается еще два сообщества ископаемых, которые могут быть старше эдиакарских и, возможно, включают в себя настоящих многоклеточных животных. Оба описаны из докембрийских отложений Китая. Это так называемые ланьтянская и веньянская биоты. Энтузиасты находят в них не только предполагаемые остатки метазойных организмов, но даже фоссилии, интерпретируемые как «докембрийские эмбрионы» многоклеточных животных. Более скептично настроенные палеобиологи указывают, что для окончательных выводов данных пока маловато: «Ни один из признаков, используемых для подтверждения [животного происхождения этих фоссилий] …не является уникальным для животных», и, хотя предлагаемую интерпретацию «нельзя отвергнуть, их родственные связи с другими эукариотами, включая клады водорослей и протистов, столь же возможны и требуют дальнейшего исследования»[120].

Загадка № 2. Каковы причины и предпосылки великой скелетной революции, произошедшей в начале кембрия?

Эдиакарская биота, как мы сейчас понимаем, была лишь первым этапом серии эволюционных экспериментов с морфологией многоклеточных животных, имевших место между концом криогена и началом ордовика. По крайней мере, если рассматривать только события, хоть как-то задокументированные палеонтологической летописью. Ни до ни после ничего похожего с метазоями не случалось. К началу ордовика «экспериментальный» этап их эволюции завершился. Появились все планы строения, характерные для отдельных типов животных, и, насколько нам известно, за последующие полмиллиарда лет новых не возникло. Конечно, метазои продолжали эволюционировать и дальше, но их преобразования происходили в рамках уже существующих типов. В посткембрийское время возникали новые классы, включая такие прогрессивные и успешные, как классы насекомых, рептилий и млекопитающих, но не новые типы.

К слову сказать, традиционное представление, что скелетные структуры появились у животных только в кембрии, в последние годы стало подвергаться обоснованному сомнению. На территории африканской Намибии больше 100 лет назад была открыта так называемая биота Нама, существовавшая между 550 и 538 млн лет назад. Ее представители, во многом до сих пор загадочные, обладали биоминерализованными скелетами и жили за несколько миллионов лет до начала «официального» кембрия.

Предпосылки и возможные причины скелетной революции палеобиологи обычно ищут в глобальных изменениях в оболочках Земли, происходивших в кембрийский период. Любой скелет животного, и наружный и внутренний, — это продукт определенных химических процессов, обусловленный параметрами конкретной среды обитания. Например, раковина моллюсков — это сложное образование, состоящее в основном из CaCO_3 (карбонат кальция) с добавлением различных органических веществ. В химически агрессивной среде (скажем, с низкими значениями pH) или в среде, очень бедной кальцием, раковинные моллюски совсем не выживают или же их раковины становятся тонкими, словно бумага, и уже не так надежно защищают своих владельцев от вражеских поползновений. Не забудем и то, что обладание скелетом — это весьма дорогое удовольствие с энергетической точки зрения. Такая адаптация возможна только тогда, когда выгоды от ее приобретения с лихвой перекрывают все понесенные затраты. Эволюция многолика. Иногда она ведет себя как свободный художник, но нередко принимает облик сухаря-бухгалтера, озабоченно сводящего баланс прибылей и убытков. Массовое обзаведение скелетами наверняка было связано с какими-то переменами планетарного масштаба.

Что же особенного произошло на границе докембрия и кембрия с атмосферой и гидросферой нашей планеты?

Поскольку эта история связана с размерами животных и усложнением их строения, нам опять не уйти от колебаний доступности кислорода. Резкое возрастание концентрации этого газа в начале существования эдиакарской биоты сменилось значительным падением близ границы криптозоя и фанерозоя. Вероятно, поэтому первые представители кембрийской скелетной фауны были очень мелкими (размер раковины самых ранних моллюсков, к примеру, составлял 2–3 мм или меньше). В течение кембрия количество доступного кислорода постепенно возрастало, а вслед за этим увеличивались и размеры животных. Но это был процесс нелинейный. Современные исследования выявили своеобразную ритмику концентрации кислорода в кембрийских морях, при которой ее рост сменялся падением, а потом цикл повторялся заново. Удалось даже сопоставить отдельные фазы этой ритмики с эволюционными событиями. Например, подъем концентрации кислорода, случившийся примерно 518 млн лет назад, совпал по времени с появлением в каменной летописи разнообразных хищных членистоногих, способных разгрызать или разламывать скелеты своих жертв. Другой кислородный пик, датируемый 514 млн лет назад, соответствует появлению иглокожих животных. Есть и другие примеры подобных совпадений. Интересно то, что «провалы» кривой концентрации кислорода нередко сопровождались более или менее заметными вымираниями морской фауны[121].

Плохо то, что такие совпадения можно оспорить, объяснив простой случайностью. Надо ли удивляться, что рассуждения о связи между химическим составом земных оболочек и эволюцией биосферы, принадлежащие перу серьезных исследователей, усыпаны осторожными оговорками: «вероятно», «можно предполагать» и «не исключено, что». Замечу, что рост концентрации кислорода в воде был скорее необходимым условием, а не причиной скелетной революции. Палеонтологи охотно признают, что им еще не до конца понятны ее подлинные причины[122]. Возможно, конечно, что изобилие кислорода позволило метазоям достичь более крупных размеров, побудило их перестать сидеть на одном месте, подобно губкам, и начать активно бродить по дну или плавать в толще воды. И именно тогда им понадобился скелет как опора для прикрепления мускулов. Но и на это можно возразить, что известно немало очень крупных и подвижных беспозвоночных, практически лишенных скелета. Диаметр зонтика арктической медузы цианеи может достигать 2 м. Даже если возразить, что медузы относятся к животным, существовавшим еще в эдиакарское время и никак не связанным со скелетной кембрийской революцией, то прекрасный пример крупных и подвижных морских тварей, лишенных скелета, дают современные головоногие моллюски — осьминоги и кальмары. У первых скелета нет и в помине, а у вторых он редуцирован до состояния очень узкой и почти прозрачной хитиновой пластинки (гладиуса), проходящей вдоль спинной стороны тела в толще мышечной ткани. В эфемерности такого скелета можно легко убедиться, купив в магазине замороженную непотрошеную тушку кальмара. При этом самый крупный из современных представителей этой группы (Architeuthis dux, гигантский кальмар) достигает 8 м в длину (а по довольно сомнительным данным, и все 17)!

Помимо кислорода специалисты обращаются к рассмотрению и других элементов таблицы Менделеева. Показано, например, что в течение раннего кембрия количество растворенных в океанской воде ионов кальция (Ca2+) выросло втрое. Появилась даже красивая гипотеза, что животные обзавелись кальциевыми скелетами не для защиты и опоры для мышц, а чтобы избавиться от излишков кальция во внутриклеточной среде. Слишком высокие концентрации ионов кальция токсичны для организма, и вот некоторые животные в раннем кембрии научились «связывать» их в составе нерастворимых и совершенно безопасных веществ — карбоната или фосфата кальция. Но не пропадать же добру! Получаемые таким образом соединения послужили основой для экзоскелетов, таких как раковины моллюсков[123].

Предположение интересное, хотя его разделяют далеко не все специалисты.

Палеоокеанологи предлагают еще одну гипотезу, опирающуюся на глобальные изменения в циркуляции океанических вод. На границе докембрия и кембрия к поверхности океана стало подниматься больше холодных придонных вод (этот процесс называется апвеллинг), несших много фосфора и некоторых других элементов. Это вызвало бурный рост микроскопических одноклеточных, в том числе цианобактерий в верхнем слое воды, куда проникают лучи солнца (фотический слой). В результате выросла интенсивность фотосинтеза, а значит, и количество доступной животным пищи (и, добавлю, концентрация кислорода). А дальше мы уже знаем: увеличились размеры животных, что повлекло за собой нужду в твердом скелете.

К сожалению, мне придется опустить еще десятка полтора интереснейших догадок, объясняющих механизмы и предпосылки «кембрийского взрыва». Представляется, что одновременно действовало много факторов, в результате чего в определенную эпоху в Мировом океане сложились уникальные условия, при которых обзаведение скелетами сделалось для метазоев выигрышной и не очень «разорительной» эволюционной стратегией. И представители сразу нескольких не связанных близким родством типов животных приняли ее на вооружение.

Приобретение животными скелета вызвало не только серьезные преобразования их морфологии. Оно также повлекло за собой поведенческую и экосистемную революцию, после которой животный мир уже никогда не был прежним. Как отмечают палеонтологи, в результате скелетной революции в Мировом океане быстро возникла очень богатая фауна, включавшая многие сотни видов разнообразнейших созданий. Такая быстрота могла быть обусловлена уже не химическими, а чисто экологическими причинами. Первенцы скелетной революции оказались в положении Робинзона Крузо, выброшенного на берег тропического острова, где нет ни одной человеческой души. Перед ними открывались практически безграничные возможности: множество никем не занятых экологических ниш, отсутствие крупных хищников и паразитов. Освоение пустующих ниш должно было привести к быстрому разделению кембрийских животных по нескольким типам питания (фильтрация, собирание пищи с грунта или в толще грунта, питание растениями, хищничество, паразитизм), а стало быть, и к появлению новых приспособлений, давших начало бессчетным новым видам, родам и семействам морских животных. Вероятно, очень рано произошло и обособление в составе морских экосистем таких групп животных, как нектон (активно плавающих в морской воде), бентос (прикрепленных к грунту, ползающих по нему или роющих), а также входящих в состав планктона (не способных противостоять силе морских волн и пассивно дрейфующих в толще воды). Как показывают современные экологические и эволюционные исследования, такого рода события должны происходить очень быстро (с геологической точки зрения)[124].

Приобретение животными скелетов имело и другие долгосрочные экологические последствия. Достаточно вспомнить, что твердые покровы различного типа, от раковин до панцирей, — это тоже скелеты, только наружные. Одна из их функций — защищать своих владельцев от нападения. Надо полагать, всеобщая «скелетизация» серьезно озадачила первобытных хищников, которым понадобилось в срочном порядке искать эволюционный ответ на это событие… ну или, покорившись неизбежному, тихо сдохнуть от голода. Ответ мог заключаться в приобретении более крупных размеров, с пропорционально возросшими средствами нападения (зубы), выработке приспособлений для просверливания панцирей (как это сейчас делают хищные морские брюхоногие) или в других трюках. В любом случае отношения в системе «хищник — жертва» серьезно изменились. Успешный ответ плотоядных должен был вызывать соответствующую реакцию у поедаемых ими. Так началась бесконечная «гонка вооружений», в ходе которой обе стороны вырабатывали все новые и новые приспособления в ответ на каждый шаг противника.

Наличие внутреннего скелета, к которому крепятся мускулы, означало возможность появления новой жизненной формы — быстро плавающего и активно преследующего добычу морского хищника (общеизвестный пример — акулы). Такие хищники могли достигать уже весьма приличных размеров и сформировали высший уровень в трофической пирамиде морских экосистем. Цепочки питания в них стали более разветвленными и сложными. Появились и более продвинутые формы поведения, потому что адаптивный «ответ» хищника на скелетизацию вполне мог состоять в выработке новых охотничьих приемов, нацеленных на более эффективный поиск добычи или ее прямой обман. Появление принципиально новой морфологической структуры влекло за собой целый каскад далеко идущих эволюционных последствий. «Гонка вооружений», запущенная скелетизацией, продолжается и в современной биосфере.

Еще одно последствие скелетизации — коралловые рифы, определяющие облик подводных ландшафтов мелководных тропических морей. Эти величественные природные сооружения, в основе которых лежат твердокаменные скелеты кишечнополостных животных — полипов, являются экосистемами особого типа, домом для огромного количества других существ. Правда, в кембрии рифы воздвигались не коралловыми полипами, а усилиями других морских животных, например давно исчезнувших археоциат (представителей класса губок). Настоящие коралловые постройки появляются в истории Земли только в первой половине мезозойской эры.

С появлением в океане счастливых обладателей наружных и внутренних скелетов завершился еще один, но не самый последний, этап конструкторских экспериментов, поставленных эволюцией в промежутке между концом криогена и началом ордовика. За последние 100 с лишним лет из осадочных пород возрастом приблизительно 505 млн лет, сформировавшихся в середине кембрийского периода, палеонтологи извлекли изрядное число окаменелых остатков, принадлежащих очень необычным животным. Вот неполный перечень их научных названий: аномалокарис, хабелия, маррелла, виваксия, опабиния, галлюцигения… Стоп, стоп! Что еще за галлюцигения?! На что это вы намекаете, господа палеонтологи?

Английский палеонтолог Саймон Конвей Моррис, занимавшийся изучением и описанием среднекембрийских животных, едва ли мог точнее окрестить это существо, которое обликом своим напоминает произведения художников-сюрреалистов (рис. 6.3). Что-то вроде дождевого червя, вставшего на ходульные ножки и отрастившего на спине двойной ряд длинных шипов. Аномалокарис (см. рис. 6.3) вполне под стать галлюцигении — тоже весьма странен и напоминает персонажа чьих-то ночных кошмаров («Сон разума рождает чудовищ», — мог бы заметить по этому поводу Франсиско Гойя).

Впервые остатки этих диковин были найдены еще в 1909 г. выдающимся американским палеонтологом Чарльзом Дулиттлом Уолкоттом на территории канадской провинции Британская Колумбия. В ходе поисков, продолжавшихся без малого 16 лет, он собрал огромную коллекцию, буквально тысячи фоссилий, сохранившихся в так называемых сланцах Бёрджес. Сейчас это название прекрасно известно всем, кто хоть мало-мальски интересуется палеонтологией. Но сам Уолкотт, скорее всего, не видел в своих находках чего-то экстраординарного. Он считал, что обнаружил довольно необычных, но все-таки несомненных представителей известных групп — членистоногих, моллюсков и им подобных. Тем более что кроме всяких сюрреалистических персонажей среди бёрджесских окаменелостей были всем понятные трилобиты.

Прошло много лет после смерти первооткрывателя бёрджесской фауны. Новое поколение палеонтологов стало подозревать, что многие из открытых им созданий какие-то чересчур «чудесатые». К тому времени подоспели новые мощные технические средства, позволившие детальнее разобраться в тонкостях строения бёрджесских окаменелостей и предложить их новые реконструкции. Да и поиски фоссилий в этом местонахождении все продолжались. Их стали особенно интенсивно исследовать в 1970-е гг. Вот тогда в палеонтологической литературе начали появляться рисунки, живописующие внешний облик этих «галлюциногенных» организмов. Постепенно вошло в привычку описывать их как представителей совершенно особых, давным-давно вымерших типов животного царства. В какой-то степени повторилась та же история, что и с эдиакарской фауной. Многие палеонтологи утвердились в мысли, что перед ними еще одна коробка с «черновиками Господа Бога», знай успевай вынимать один за другим и описывать новые исчезнувшие типы.

Прошло еще немного времени, и с бёрджесскими животными познакомилась широкая публика, в первую очередь англоязычная. В 1989 г. в США вышла научно-популярная книга «Удивительная жизнь» (Wonderful Life), написанная Стивеном Джеем Гулдом, одним из самых известных и влиятельных эволюционных биологов конца ХХ в. Гулд был не только выдающимся теоретиком-эволюционистом, но и прекрасным популяризатором научных знаний, автором многих книг и эссе, адресованных широкой читательской аудитории. Это был превосходный стилист, обладающий даром убеждения. «Удивительная жизнь» имела огромный успех. Она попала в списки бестселлеров, переводилась на разные языки, получила несколько престижных научных и литературных премий. Так «кембрийский взрыв» стал обсуждаться на страницах изданий, совершенно далеких от палеонтологии.

* Изображения взяты из открытых интернет-источников (лицензия CC BY-SA 4.0). Автор реконструкции галлюцигении — Маттео ди Стефано, аномалокариса — художник, укрывшийся под ником PaleoEquii.

Гулд был убежден в том, что «сланцы Бёрджеса, маленькой каменоломни в Британской Колумбии, содержат остатки от 15 до 20 организмов, настолько непохожих друг на друга и так отличающихся от всех современных живых существ, что каждый заслуживает быть выделенным в особый тип»[125]. Эти 15 или 20 типов возникли, пережили короткий период расцвета и вымерли в середине кембрийского периода, в то время как некоторые другие современные им группы животных дожили до наших дней. Гулда не очень интересовали вопросы родословной животного мира. Он использовал бёрджесские ископаемые для доказательства по-своему «еретической» идеи — идеи о том, какую важную роль в эволюции жизни играют всякие случайности и непредвиденные обстоятельства (contingencies; один из любимых терминов Гулда). Представьте себе, говорил Гулд, что из числа кембрийских животных вымерли бы не типы из сланцев Бёрджес, а привычные нам моллюски, членистоногие и хордовые (да-да, и они, то есть будущие «мы»!). Эволюция пошла бы совсем по другому пути, да и человеку разумному не было бы от кого произойти. Своего рода «альтернативная история», приложенная к животному царству.

С точки зрения классического дарвинизма происхождением, процветанием и вымиранием видов (и родов, и классов, и типов) заведует его величество естественный отбор. Это строгий и неподкупный судья, который уничтожает разгильдяев и неумех, но поддерживает существование оптимально приспособленных к среде обитания организмов. Выживают только самые сильные, смелые, умные, быстрые, выносливые… (список можно продолжить), и выживают они за счет неудачников, безжалостно вытесняемых с арены жизни. Это тот взгляд на мир, приписываемый Чарльзу Дарвину, который так шокировал многих гуманистически настроенных современников и потомков (среди них был, например, русский князь и теоретик анархизма Петр Кропоткин, неустанно доказывавший, что в природе есть не только кровавая борьба за существование, но и взаимопомощь). В нем видели отражение духа викторианской Англии, с промышленной конкуренцией, эксплуатацией рабочих, индивидуализмом и господством принципа laissez-fair (невмешательства государства в экономические процессы).

Гулд предложил иную точку зрения. Он настаивал, что, имей мы возможность побывать в среднем кембрии и познакомиться с тогдашними животными во всей полноте, у нас не было бы оснований утверждать, что «проигравшие в этом великом истреблении были систематически хуже в своей адаптивной конструкции, чем те, что выжили»[126]. Аномалокарис и ему подобные были прекрасно приспособлены к среде своего существования, вполне успешно охотились, скрывались от врагов, добывали пищу и размножались. Во времена расцвета бёрджесской фауны никому (например, воображаемым биологам с другой планеты) не пришло бы в голову сказать, что они «обречены на вымирание». Отсюда Гулд сделал логичный вывод о том, что ходом биологической эволюции в значительной степени управляет слепой случай, который особенно резко проявляется в моменты различных глобальных катастроф, уничтожающих без разбору все живое. Фактором выживания в таких обстоятельствах могут быть признаки и свойства, не имевшие никакого адаптивного значения в нормальных условиях.

Такими виделись вещи в 1989 г., и многие палеобиологи и эволюционисты были склонны согласиться с талантливым и красноречивым автором «Удивительной жизни». Но не стояла на месте и сама палеонтология. Продолжалось изучение бёрджесских фоссилий, похожие на них организмы были найдены и на других континентах, и вот исследователи постепенно начали разрушать фундамент важнейшего гулдовского аргумента. Почти всех представителей бёрджесской фауны, невзирая на всю их странность и ни на кого не похожесть, удалось распределить среди давно известных типов животных или, по крайней мере, указать, чьими предками они могли бы быть. Пресловутую галлюцигению сейчас считают возможным предком онихофор — небольшого типа животных, включающего около сотни видов тропических беспозвоночных, внешне напоминающих крупных бархатистых гусениц. В конце прошлого века несколько похожих онихофороподобных видов было найдено в кембрийских отложениях в разных странах — Китае, России, США, Австралии, Швеции, и тогда стало ясно, что галлюцигения — один из членов этой группы. Аномалокарис оказался представителем членистоногих, на что указывают, в числе прочего, имевшиеся у него большие фасеточные глаза. В Рунете его величают «гигантской креветкой», что совершенно неправильно, потому что это животное относится к вымершему классу (но не типу!) динокарид. Сейчас в живых не осталось ни одного из родственников аномалокариса. Нашлись в сланцах Бёрджес моллюски, а еще очень примитивные хордовые, которых Уолкотт в свое время принял за многощетинковых червей.

Гулду пришлось столкнуться с резкими нападками одного из его бывших соратников, палеонтолога Конвей Морриса (крестного отца галлюцигении), который обвинял его чуть ли не в шарлатанстве. Накал полемики и острота личных выпадов крайне удивляли тех, кто следил за этой публичной дискуссией. Редко в наши дни увидишь ученых мужей, затеявших такую жаркую и не всегда вежливую перепалку. В современных академических дискуссиях принято соблюдать кодекс приличий и корректность по отношению к оппонентам[127].

Так растаяла одна из самых увлекательных теорий в истории палеонтологии. Гулд, конечно, не был совсем неправ, подчеркивая важность случайных и непредсказуемых событий в эволюции. До сих пор имеют немалую популярность «импактные» гипотезы, объясняющие массовые вымирания животных и растений в прошлом столкновениями Земли с астероидом и тому подобными «армагеддонами». Вера во всемогущество естественного отбора тоже сильно подорвана (что не мешает рассматривать его как важный фактор эволюции). Но бёрджесские ископаемые уже нельзя рассматривать как мощный аргумент в пользу этих взглядов.

Все мы с младшего школьного возраста накрепко затвердили, что жизнь возникла в воде. Многие из групп животных, появившиеся в водной среде, обречены в ней оставаться; им не довелось выйти на сушу и освоить разнообразные наземные местообитания. Кишечнополостные, губки, иглокожие, мшанки, многощетинковые черви, брахиоподы, головоногие и двустворчатые моллюски — все они были и останутся исключительно водными тварями. Некоторые из них не смогли даже покинуть морские воды, чтобы освоить пресные реки и озера. Зато членистоногие, брюхоногие моллюски и хордовые сумели это сделать и, частично расставшись с водной средой (частично, потому что в составе всех перечисленных классов и типов остались исключительно водные обитатели), дали начало огромному количеству наземных видов. Особенно преуспели в этом насекомые. В составе этого класса насчитывается больше видов, чем всех морских и пресноводных животных вместе взятых.

Что побудило живые организмы выйти на сушу? Жизнь как природное явление характеризуется свойством «всюдности» — так его назвал в свое время академик Вернадский. Это значит, что жизнь стремится распространиться по всей Земле, занять все мало-мальски пригодные для обитания экологические ниши, и этот великий поход заканчивается только тогда, когда организмы наталкиваются на абсолютно непреодолимую для них преграду.

Хотя для водных животных наземная среда представляет очень экстремальное местообитание, она не стала непреодолимым барьером для их эволюционного развития. Однако для завоевания суши морским созданиям пришлось изрядно попотеть. Судите сами. Перепады температур в наземной среде в несколько раз превосходят те, что наблюдаются в воде. На суше постоянно колеблется уровень влажности, причем есть такие места, где живое существо может запросто погибнуть от обезвоживания. Воздух — гораздо менее плотная среда, чем вода. В нем почти нет возможности дрейфовать, как это делает в воде планктон. В воздухе взвешено очень мало съедобных частиц, поэтому невозможно неподвижно сидеть на одном месте, промышляя лишь той пищей, которую приносят его потоки. Чтобы не околеть от голода, сухопутное животное должно уметь двигаться, активно искать свою пищу.

Однако наземно-воздушная среда — это не один сплошной адский ад. Есть в ней и некоторые очевидные преимущества. Скорость диффузии кислорода в воде в тысячи раз меньше, чем в воздухе, поэтому на суше очень малы шансы погибнуть от его нехватки, тогда как в воде это совсем не исключено (явление «замора» в небольших озерах). Количество света, доступного сухопутным обитателям, многократно превышает то, что выпадает на долю морских животных. Вода эффективно рассеивает солнечные лучи, поэтому глубже 150–200 м в море царит постоянный мрак. Наконец, по своим физико-географическим условиям суша куда разнообразнее океана, она предоставляет животным гораздо большее число экологических ниш.

Париж, как известно, стоит обедни. Несмотря на многочисленные трудности, представители самых разных типов животных в раннем палеозое устремились на сушу и, адаптировавшись к принципиально иным для себя условиям существования, дали начало нескольким совершенно новым группам. Всем хорошо известны земноводные: лягушки, жабы, тритоны, саламандры и им подобные. Они до сих пор тесно связаны с водой, потому что их икра не имеет плотных оболочек и на суше развиваться не может. Но эта вода — пресная. В современной фауне нет ни одного вида морских амфибий. Земноводные так видоизменились по сравнению со своими предками — лопастеперыми рыбами, что обратный путь в море для них абсолютно закрыт. В то же время эволюция земноводных не продвинулась настолько далеко, чтобы считать их особым типом животных. Лягушки и их родня — типичные хордовые, как и вараны, пустынные черепахи, попугаи и жирафы — все, чей процесс размножения не зависит от воды.

Насекомые, как бы ни были они разнообразны и порой сложно устроены, тоже остались в пределах типа членистоногих. Сто миллионов лет эволюционных экспериментов не прошли даром. Заложенный в кембрии и докембрии морфологический фундамент был таким прочным, что на суше не сформировалось ни одного нового типа животных!

Я поставил точку, перечитал текст главы и тут же понял, что увлекся и переборщил. Погружение в палеонтологические загадки опять увело нас в сторону от центральной темы этой книги — родословной животного мира. А в главе 6 про генеалогические связи почти ничего не было сказано[128]. Постараюсь исправить это упущение и в главе 7 подробнее поговорить о том, в каких родственных отношениях состоят современные нам группы животного мира.

Глава 7. Один рот хорошо, а два лучше

В процессе изученья иглокожих

Я стал немного лысоват и слеп.

Но я зато не даром ел свой хлеб

И по ночам не раздевал прохожих,

И нехороших слов в местах отхожих

Я не писал. Пускай на глупых рожах

Читаю я, что-де мой труд нелеп —

Какие б ни были и ни водились где б,

Echinodermata к числу творений божьих

Относятся, и знать полезно все ж их.

Борис Кузин

Невероятное разнообразие всевозможных животных, населявших и населяющих нашу землю, можно классифицировать и распределять по группам множеством способов. До сих пор в большом ходу совершенно наивные с научной точки зрения системы, где всех животных делят на полезных и вредных, диких и домашних, съедобных и несъедобных. Древний грек Аристотель распределил всех известных ему животных в две большие группы: животные без крови и животные с кровью. Это подразделение примерно соответствует ставшему привычным, но лишенному эволюционного смысла разделению на беспозвоночных и позвоночных, предложенному Ламарком на рубеже XVIII–XIX вв. Младший современник, коллега и убежденный оппонент Ламарка Кювье разделил всех известных в то время животных на четыре типа (позвоночные, членистые, моллюски и лучистые) и ввел понятие о плане строения, характерном для каждого из них; план строения каждого типа уникален и резко отличается от всех остальных. Отсутствие явных переходных форм между этими четырьмя основными подразделениями животного мира убедило Кювье в том, что все они были созданы независимо друг от друга, в готовом виде, и не подвержены эволюционным изменениям.

Возможна и такая классификация, порожденная, как уверял Хорхе Луис Борхес, удивляющей европейца логикой китайского мышления: «животные делятся на а) принадлежащих Императору, б) набальзамированных, в) прирученных, г) сосунков, д) сирен, е) сказочных, ж) отдельных собак, з) включенных в эту классификацию, и) бегающих как сумасшедшие, к) бесчисленных, л) нарисованных тончайшей кистью из верблюжьей шерсти, м) прочих, н) разбивших цветочную вазу, о) похожих издали на мух»[129].

Современная классификация животных строится совсем по-другому. Ее основы были заложены приблизительно век тому назад, когда зоологи вооружились эмбриологическими данными. Сейчас мы переживаем вторую научную революцию в этой области, вызванную широчайшим применением молекулярно-генетических методов. В чем-то новые результаты хорошо согласуются с классическими представлениями, а в чем-то резко им противоречат. Об этом и пойдет у нас разговор.

Точное число типов животного царства сейчас неизвестно никому — в основном из-за разногласий, как их правильно следует считать. Есть группы, которые одни исследователи считают настоящими типами, а другие — всего лишь классами. Но вряд ли число типов современной фауны превышает 30–35. Есть среди них группы с астрономическим числом видов. Один только тип членистоногих включает (по достаточно осторожной оценке) около 1,3 млн ныне живущих видов. Значительно менее многочислен по количеству видов идущий за ним тип моллюсков (80 000–85 000 видов). Хордовые с их 60 000 современных видов занимают почетное третье место. Но существуют и типы-карлики, из которых в первую очередь надо назвать микрогнатозоев (Micrognathozoa). В состав этого типа входит один-единственный вид Limnognathia maerski — микроскопически мелкое животное, обитающее среди мхов в гренландских ручьях. Достойны упоминания циклиофоры (Cycliophora) и ксенотурбеллиды (Xenoturbellida), содержащие от двух до шести видов каждый. Не удивляйтесь, если вы никогда ничего не слышали об этих карликовых типах, ведь у них даже нет русских названий. Все эти группы были описаны сравнительно недавно, после окончания Второй мировой войны, и с таксономической и экологической точек зрения представляют собой «глухую окраину» животного царства (что не делает их менее интересными в глазах зоологов). На фоне циклиофор и микрогнатозоев типы губок (около 8000 современных видов) и мшанок (около 6000 видов) выглядят вполне респектабельно[130].

В первых главах этой книги мы побывали у начала начал, в глубинах докембрийского времени. Совершим еще одно путешествие, но уже к началу жизни какого-нибудь конкретного организма, например лягушки. Проследим самые первые стадии его биографии. Предупреждаю, это будут стадии и нашей биографии тоже, всех людей, имевших счастье (или несчастье) родиться и жить на земле.

У человека, да и у большинства других метазоев, все клетки взрослого организма восходят к одной-единственной клетке-прародительнице, называемой зиготой. При половом размножении она формируется в результате слияния двух половых клеток — сперматозоида и яйцеклетки. Это общеизвестно.

Следующий шаг — процесс дробления зиготы, состоящий в том, что клетка-родоначальница делится пополам, две образовавшиеся дочерние клетки делают то же самое, и все повторяется в каждом новом клеточном поколении, так что число клеток зародыша (для них эмбриологи придумали особое название — бластомеры) возрастает в геометрической прогрессии. Обратите внимание, что деления происходят очень быстро, и в промежутках между ними бластомеры не растут, поэтому и сам зародыш на этой стадии не увеличивается в объеме, не становится тяжелее. Зато бластомеры с каждым новым делением мельчают и мельчают. В разных группах животных процесс дробления различается в деталях. Некоторые из них весьма существенны, но для нашей темы важнее не различия, а сходства. У большинства животных дробление зародыша заканчивается приблизительно одинаково. Сначала формируется то, что эмбриологи называют стадией морулы (в буквальном переводе это значит «ягода шелковицы»). На что она похожа, лучше всего покажет рис. 7.1. Морула состоит из 16 клеток, и пока что это не более чем маленький шаровидный комочек материи, в котором бластомеры сидят, плотно прижавшись друг к дружке. Затем наступает этап бластулы. По форме она тоже близка к шаровидной, но уже имеет внутреннее пространство, заполненное жидкостью, — бластоцель. Оно возникает потому, что клетки зародыша начинают отдаляться друг от друга, так что получается однослойный шарик, стенка которого образована отдельными клетками. Кстати, внешне бластула напоминает шарообразные и однослойные колонии некоторых протистов (вы догадываетесь, на что я намекаю?).

Стадия бластулы длится недолго. Ее сменяет гаструла, для которой характерно образование двух или трех клеточных слоев. Один остается снаружи, а остальные располагаются внутри. Сохраняется и бластоцель. Гаструла может возникать разными способами. Довольно часто клетки наружного слоя, находящиеся на одном из полюсов бластулы, постепенно «впячиваются» внутрь, как будто их вдавливает туда невидимая рука (надуйте, но не слишком туго, воздушный шарик и нажмите на него кулаком). Эмбриологи, разумеется, придумали особое слово и для этого процесса. В их профессиональном словаре он известен как инвагинация. У многих метазоев клетки наружного слоя бластулы просто-напросто выселяются во внутреннюю полость, постепенно заполняя ее всю рыхлой клеточной массой. У тех, кто устроен посложнее, например у лягушек (и много у кого еще), к этим двум первым клеточным слоям добавляется еще и третий, образующийся на границе между двумя первыми. Теперь гаструлу можно считать окончательно сформировавшейся.

* На основе рисунков из книги: Хадорн Э., Венер Р. Общая зоология. — М.: Мир, 1989.

То, что происходит с гаструлой дальше, тоже крайне интересно, но пока ненадолго задержимся на достигнутом.

Три зародышевых слоя в составе гаструлы (их еще называют зародышевые листки) содержат в себе зачатки всех органов и систем органов будущего животного. Возьмем позвоночных. Наружный клеточный слой, или эктодерма, дает начало покровам тела. Наши кожа, волосы, часть костей, чешуя рептилий, перья птиц — все это производные эктодермы. Нервная ткань, включая спинной и головной мозг, органы чувств — тоже. И, кстати, передняя и задняя кишки. А вот все прочие отделы пищеварительной системы формируются на основе энтодермы (так называется второй слой клеток, возникший в ходе впячивания наружного слоя). Наконец, третий слой, мезодерма, расположенный между первыми двумя, отвечает за образование всего остального — от мускульной ткани и позвоночника до кровеносной и выделительной систем.

Лет полтораста тому назад считалось, что образование трех зародышевых листков и их последующая дифференциация характерны только для самых «высших» и сложных животных, то есть позвоночных. В 1871 г. великий русский эмбриолог Александр Ковалевский доказал, что и у большинства беспозвоночных можно наблюдать примерно такую же схему эмбрионального развития (разумеется, со множеством частных вариаций и несходных деталей). Это был важный аргумент в пользу идеи об эволюционном родстве всех животных (работы Ковалевского появились очень своевременно; именно в те годы образованную Европу сотрясали споры о дарвинизме). Оказалось, что в столь важном аспекте почти все животные проявляют удивительное единообразие. Я сделал оговорку почти, потому что третьего слоя — мезодермы — нет у кишечнополостных[131] и гребневиков (мы скоро вернемся к этим созданиям), а у губок, хотя они и проходят стадию бластулы, не образуется гаструла, а значит, не появляются и зародышевые листки. Впрочем, губки, у которых нет настоящих тканей и внутренних органов, прекрасно обходятся и без них.

Получается, что если следовать эмбриологическому критерию, то все известные нам группы животных можно разделить на трехслойных, двухслойных и всех прочих. Все прочие — это губки и, по-видимому, наш старый знакомый трихоплакс[132]. С эволюционной точки зрения это тоже свидетельство единства происхождения. Скорее всего, появление трех зародышевых слоев в ходе эволюции произошло лишь однажды, а значит, все трехслойные животные должны иметь общего предка. В пользу этого заключения говорит и еще одно важное обстоятельство.

Как ни разнообразна форма тела животных, все ее конкретные варианты можно упорядочить и распределить на четко очерченные группы, используя понятие симметрии. На бытовом уровне оно всем хорошо известно, хотя его научное определение может показаться несколько заумным. Специалисты называют симметрией свойство некоего объекта оставаться неизменным при определенных преобразованиях. Приведу наглядный пример. Представьте пятиконечную звезду, а потом мысленно поверните ее на пятую часть полного оборота (72°), а потом еще и еще на такой же угол. Звезда каждый раз будет выглядеть одинаково. То же самое произойдет, если заменить геометрическую звезду на звезду морскую. Хотя симметрия лучше всего выражена у абстрактных геометрических фигур и некоторых объектов неживой природы (кристаллы), она в полной мере представлена и в мире живых организмов — всех, от вирусов до человека[133].

Изучением симметрии многоклеточных занимались многие великие биологи, начиная от Жоржа Кювье и Эрнста Геккеля. Уже в XIX в. удалось создать довольно полную классификацию типов симметрии у животных. В основе ее лежат такие важные понятия, как плоскость симметрии и ось симметрии. Плоскость симметрии — это воображаемая линия, которая делит тело животного (или любой иной изучаемый объект) на две равные и зеркально подобные половины (представьте лист березы или черепаший панцирь). Если в данном теле две и больше плоскости симметрии, пересекающиеся вдоль одной прямой, то эта прямая становится осью симметрии, вокруг которой и происходит воображаемое (или вполне реальное) вращение объекта. Если повернуть тело вокруг этой оси на определенный угол, оно обязательно совпадет само с собой.

Рассмотрим два крайних состояния, известных в живой природе. На одном полюсе находятся абсолютно бесформенные организмы типа амебы или трихоплакса. У них нет ни плоскости симметрии, ни оси симметрии. Они не только совершенно асимметричны, но и не имеют постоянной формы тела (рис. 7.2). Только посмотрите, как амеба медленно ползет по плоской поверхности, выпячивая и снова втягивая свои ложноножки[134]. Недаром же Линней нарек амебу «протеем» в честь древнегреческого морского божества, способного превращаться во что угодно.

Противоположная крайность — шаровидная колония вольвокса или другого протиста (или морской еж). Через нее можно провести бесконечное множество осей и плоскостей симметрии, причем оси неизбежно пересекутся в центральной точке шара. Свойства такой колонии одинаковы почти во всех ее участках, в ней невозможно выделить ни переднего, ни заднего конца, все направления равнозначны. Как и асимметричных амеб, такие колонии в морфологическом отношении принято считать очень примитивными.

Среди многоклеточных животных такие крайности встречаются довольно редко. Гораздо чаще можно найти существ, тело которых построено по принципу радиальной симметрии. В этом случае вдоль оси пересекаются несколько плоскостей симметрии, например четыре, как у некоторых медуз. Загляните под зонтик медузы аурелии, туда, где находится ротовое отверстие, и вы увидите четыре щупальца, бегущих по радиусам от центральной точки, причем соседние радиусы практически перпендикулярны друг другу (см. рис. 7.2). Само собой, количество радиусов не обязательно должно быть равно четырем, встречаются животные с 6-, 8-, 10-, 24-лучевой симметрией и так далее; для многих иглокожих характерна пятилучевая симметрия.

Нам, людям, гораздо более близка и понятна билатеральная (двусторонняя) симметрия, свойственная вообще подавляющему большинству метазоев. Для билатеральных существ характерно наличие одной-единственной плоскости симметрии, которая делит их тело на левую и правую половины, зеркальные по отношению друг к другу (рис. 7.2, средний ряд).

* Все рисунки, кроме изображения человека, взяты из старых книг по зоологии, опубликованных еще в XIX в. Обратите внимание на рисунок медузы. Его выполнил сам Эрнст Геккель, который не только внес большой вклад в изучение этих животных, но и оставил целую серию прекрасных изображений медуз и других кишечнополостных.

Таковы основные идеальные типы симметрии, представленные в животном мире. Строение реальных организмов может довольно сильно от них отклоняться. Например, у человека двусторонняя симметрия хорошо выражена во внешнем строении тела, но заметно нарушена, если заглянуть внутрь него. Наряду с парными, симметрично расположенными органами (полушария головного мозга, легкие, почки) у нас есть органы непарные, например такие важнейшие, как сердце и печень.

У некоторых животных встречаются комбинированные формы симметрии. Мягкое тело улитки внешне вполне билатерально симметрично, но ее наружный скелет, раковина, построен совсем по другому принципу (см. рис. 7.2). Симметрию спиральнозавитой раковины описывают как винтовую. Асимметрично строение человеческой ладони: левая и правая ее стороны не являются зеркальным подобием друг друга.

Кроме того, тип симметрии у одного и того же организма может изменяться в течение жизни. Личинки иглокожих, той же морской звезды, — это вполне билатеральные и активно плавающие организмы. После того как они осядут на дно и перейдут к сравнительно малоподвижному существованию, тип симметрии у них «переключится» на радиальный.

Настала пора объяснить, какое значение все это имеет для темы нашего разговора. Уже довольно давно зоологи заметили, что число зародышевых листков хорошо соответствует определенному типу симметрии. Подавляющее большинство трехслойных животных обладают двусторонней симметрией, а практически все двухслойные — радиальной. Конечно, есть исключения, но они только подтверждают правило. Иглокожие, животные несомненно трехслойные, отличаются радиальной симметрией. Однако, как убедительно показали данные эмбриологии, иглокожие происходят от двусторонне-симметричных предков. Об этом же — и не менее убедительно — говорят и палеонтологические данные. Один из древнейших классов иглокожих, цинкты (Cincta), начисто вымершие еще в середине кембрийского периода, включал формы как асимметричные, так и билатеральные, но не радиально-симметричные.

Такое совпадение едва ли случайно. Скорее всего, оно отражает глубокое эволюционное расхождение между этими двумя главными стволами животного царства. Забегая вперед, скажу, что современные молекулярные методы полностью подтвердили его реальность. Выходит, что приобретение билатеральной симметрии и образование трех зародышевых листков были как-то связаны между собой. Возможно, они возникли в ходе эволюции одновременно, у одного и того же организма, ставшего родоначальником огромной по числу видов (их миллионы!) группы двусторонне-симметричных животных (они же билатеральные, или, для краткости, билатерии).

Билатерии — это очень разнообразная группа, включающая таких несходных созданий, как плоские черви, шершни, акулы и орангутаны. Оказалось, что, исходя из особенностей зародышевого развития, ее можно разделить на две группы поменьше. Вернемся к истории лягушачьего эмбриона. В ходе инвагинации неподалеку от одного из полюсов гаструлы образуется отверстие (бластопор) (см. рис. 7.1, В). Это так называемый первичный рот. У очень многих животных, называемых первичноротыми, он остается на всю жизнь, давая начало ротовому отверстию взрослого организма. У многих, но не у всех. У эмбрионов иглокожих, хордовых и полухордовых с этим первичным ртом происходит неожиданная метаморфоза. В ходе зародышевого развития он превращается в то, что принято считать антиподом рта[135], — в анальное отверстие. А тот рот, посредством которого мы (будучи тоже хордовыми) едим, пьем, поем и ругаемся, появляется чуть позднее, в виде нового отверстия, открывающегося на противоположном полюсе гаструлы. Итак, в личной истории каждого из нас было целых два рта. Они есть у нас и сейчас, только первый из них радикально изменил свою функцию. Почти все животные, испытывающие такие нестандартные превращения, выделяются в группу вторичноротых[136]. Сейчас точно установлено, что иглокожие, внешне такие непохожие на хордовых (даже тип симметрии другой), все же являются их более близкими родственниками, чем моллюски и насекомые. Эмбриональное развитие морских звезд и морских ежей идет именно по пути вторичноротости.

Эволюционные приключения ротового отверстия не менее любопытны, чем эмбриональные. Мы привыкли, что рот находится на голове или хотя бы на переднем конце тела (не у всех же есть голова). Однако, если взять самых примитивных современных билатерий, которых зоологи называют бескишечными турбелляриями (см. рис. 7.2), мы увидим, что у них ротовое отверстие располагается примерно на средней части брюшной стороны, а у некоторых так и вообще ближе к заднему концу тела. И хотя оформленная голова у этих существ отсутствует, у них есть то, что можно назвать головным концом тела. «Голова», лишенная рта. Напоминает средневековые фантазии о жителях далеких стран, которые не имеют головы, а едят через отверстие, расположенное на животе.

Бескишечные турбеллярии — во всех отношениях замечательные животные. Они очень просто устроены и совсем крохотные. Сантиметровый размер считается у них исполинским, в основном они гораздо мельче. Хотя у них есть рот, полноценная пищеварительная система с кишечной полостью отсутствует. Пищеварение, как и у губок, происходит на клеточном уровне с помощью фагоцитных клеток. Некоторые виды содержат внутри своего тела зеленые водоросли и питаются веществами, которые те производят (очередной симбиотический «брак по расчету» на страницах этой книги). Выделительной системы и анального отверстия у них, разумеется, нет. Подобно другим примитивным метазоям, они сохранили способность размножаться почкованием. Но в то же время это несомненно билатеральные и трехслойные животные. У них есть мускулатура, нервная система, довольно сложный набор половых органов. Бескишечные турбеллярии явно совмещают в себе примитивные и продвинутые признаки. Возможно, что по своему анатомическому строению они близки к общему предку всех билатерий. Многие современные филогенетики, основываясь на данных молекулярного анализа, помещают эту группу в корень генеалогического древа билатеральных животных. Некоторые из них считают даже, что бескишечные турбеллярии настолько древние, что возникли еще до разделения всех билатерий на первично- и вторичноротых. Возможно, их и в состав билатерий включать не следует.

Поэт Николай Заболоцкий когда-то сочинил шутливое двустишие:

Как хорошо, что дырочку для клизмы

Имеют все живые организмы!

Как видно, он не очень хорошо знал зоологию беспозвоночных, что, впрочем, поэтам простительно. Но есть билатерии, и не из самых примитивных, для которых характерно отсутствие не только дырочки для клизмы, но и собственно рта. Рот, который кажется нам таким необходимым отверстием тела, может исчезать в тех случаях, когда без него можно обойтись. Изредка бывает и такое. Именно это произошло с погонофорами — небольшой группой кольчатых червей, живущих на больших океанских глубинах. У них целиком исчез пищеварительный канал, от ротового до анального отверстия включительно. Правда, это касается только взрослых особей; у личинки есть и рот, и кишечник. Подобные преобразования оказались возможны потому, что взрослые погонофоры полностью находятся на иждивении симбиотических бактерий, живущих в их теле. Микробы снабжают своих хозяев необходимыми питательными веществами, а источником пищи для них обычно служат метан или сероводород. (Один из видов этих червей ведет совершенно «готический» образ жизни, поселяясь на затонувших скелетах китов. Его симбиотические бактерии используют липиды, содержащиеся в китовых костях.)

Когда зоологи в общих чертах разобрались с особенностями зародышевого развития многоклеточных животных, присущими им формами симметрии и на основе этого разделили известные типы на несколько больших групп, им, конечно же, захотелось выяснить, кто из ныне живущих метазоев древнее всех. Кто первым отделился от общего филогенетического ствола и пошел, так сказать, своей дорогой. До внедрения в практику анализа последовательностей ДНК филогенетики были обречены на бесконечные споры и субъективные «взвешивания» тех или иных признаков. Казалось бы, молекулярная филогенетика, основанная на принципиально иных технологиях, должна раз и навсегда разрешить эти споры, расставив все типы животных «по старшинству». Но пока, к сожалению, эти надежды не оправдались. На сегодняшний день нет четкого ответа на вопрос «Кто на свете всех древнее?». Может быть, лет через десять ситуация изменится.

Впрочем, одним из довольно однозначных результатов, полученных «молекулярщиками», было развенчание примитивности трихоплакса — того самого амебоподобного создания, так похожего на мечниковскую фагоцителлу.

Вопреки мнению зоологов, считавших, что именно трихоплакс находится у основания родословного древа многоклеточных, молекулярные данные показывают, что эту гипотезу надо отбросить. Трихоплакс прост, крайне прост, но с генетической точки зрения никак не может находиться в корне генеалогии (на профессиональном языке филогенетиков это звучит так: трихоплакса нельзя считать базальной группой многоклеточных). Видимо, как и предполагали некоторые специалисты, простота строения этого организма вторична, он происходит от более сложно устроенных предков и его сходство с фагоцителлой лишь поверхностное[137].

Так, кто у нас дальше из самых-самых примитивных? Губки. До того как был переоткрыт трихоплакс, зоологи практически единодушно рассматривали тип губок как самый просто устроенный. У них нет рта, кишечника, мускулатуры, нет вообще того, что мы называем тканями и органами. Пищеварение происходит на внутриклеточном уровне. Отсутствуют зародышевые листки. Хоаноциты губок практически неотличимы от клеток воротничковых жгутиконосцев — ближайших родственников Metazoa. По степени интеграции организма губки стоят где-то на полпути между колонией простейших и настоящим многоклеточным животным, у которого есть все, что полагается, в том числе рот и кишечник[138]. Во многих книгах о губках, рассчитанных на массового читателя, можно прочесть, что если губку взять и измельчить с помощью терки, превратив в рыхлый бесформенный конгломерат, то даже из небольшой частички этого месива может вырасти полноценная новая губка. Способность этих животных к регенерации кажется фантастической, но такое возможно лишь потому, что клетки в теле губок сохраняют высокую степень автономии, которая и не снилась клеткам, живущим при «тоталитарном режиме», где всем заправляет центральная нервная система. В общем, губки настолько непохожи на остальных метазоев, что вплоть до начала XIX в. ученые сомневались, можно ли вообще их считать животными.

Палеонтологи тоже подтверждали, что губки являются очень древними обитателями Земли. Структурные элементы их скелета, так называемые спикулы, состоящие из карбоната кальция или кремнезема (диоксид кремния, SiO_2), могут сохраняться в виде фоссилий. По данным палеонтологии губки существовали уже на границе докембрия и палеозоя, а расчеты, сделанные с использованием молекулярных часов, показывают что этот тип может быть еще древнее. Очень вероятно, что честь называться базальной группой многоклеточных должна принадлежать именно им.

А вот молекулярные филогенетики до сих пор не могут прийти к общему мнению. В наши дни конкурируют две гипотезы. «Губочной» концепции противостоит другая, согласно которой базальной группой метазоев следует считать гребневиков. Это еще одна группа исключительно морских животных. Когда-то ее считали частью типа кишечнополостных, но сейчас рассматривают как самостоятельный тип. Выбор в пользу гребневиков может показаться контринтуитивным. До появления молекулярных методов никто и никогда не мог бы предположить их старшинство. По сравнению с губками гребневики выглядят чемпионами по сложности. У них есть нервные и мускульные клетки, а значит, и настоящие ткани. Гребневики (рис. 7.3) — это свободно плавающие (или ползающие по дну) хищники, снабженные щупальцами и использующие особые клетки для захвата добычи. Губки, с их жгутиковыми клетками, обречены питаться всякой взвешенной в воде мелочью, преимущественно бактериями. Гребневикам доступна уже более солидная добыча, для которой требуется сравнительно развитая пищеварительная система (правда, у них нет ануса: пища поглощается через ротовое отверстие, и через него же выбрасываются экскременты).

И тем не менее, несмотря на высокую степень сложности, возможно, именно гребневики из всех ныне живущих метазоев «самые-самые древние». В пользу этого получены весьма убедительные молекулярные данные, которые… опровергаются не менее убедительными данными, говорящими в пользу губок[139]. Если правы сторонники «гребневиковой» гипотезы, то удивительная простота губок может быть явлением вторичным[140]. Возможно, здесь имела место та же история, что и с асцидиями. Активно плавающие и сравнительно сложно устроенные животные, перейдя к сидячему образу жизни, легко расстаются со многими ненужными в новых условиях органами и превращаются в неподвижные мешкообразные существа, день-деньской прокачивающие через себя воду.

Вся проблема заключается в том, что филогенетики пытаются выстроить типы «по старшинству», опираясь на данные изучения геномов их ныне живущих представителей. А речь-то идет о событиях, случившихся задолго до начала кембрийского периода, добрых 600–800 млн лет тому назад. Впору процитировать детский стишок о том, что «за время пути собака могла подрасти». За прошедшие миллионолетия в геномах беспозвоночных могли произойти многочисленные события, затемняющие истинную картину родственных отношений. Геном тоже эволюционирует, а нам приходится судить о самых первых плоских червях или моллюсках, опираясь на наследственную информацию, которой располагают их ныне живущие потомки.

Взять хотя бы так называемые обратные мутации, благодаря которым единожды мутировавший ген может вернуться к своему первобытному состоянию. Если предположить, что подобные мутации в эволюции животных происходили неоднократно и совершенно случайным образом, то перед нами один из очевидных факторов, «путающих все карты» молекулярным филогенетикам. А если вспомнить еще про горизонтальный перенос генов (о нем я расскажу в главе 9), удвоение или потерю целых участков хромосом, конвергенцию, которой молекулярные признаки подвержены точно так же, как и морфологические, мы получим целую серию убедительных причин, по которым ранние следы эволюции многоклеточных оказались «затерты» в геномах современных нам животных. И, кто знает, может статься, что окончательное разрешение дилеммы «губки или гребневики» вообще невозможно[141]. В этом месте палеонтологи и анатомы могут почувствовать нечто вроде облегчения и даже попытаться немного сбить спесь с адептов молекулярных методов, указав им, что ни один подход, взятый сам по себе, не дает нам полной и окончательной истины. «Разрешающая способность» молекулярной филогенетики тоже не беспредельна.

Зато в вопросе о происхождении билатеральных животных определенности, кажется, побольше. Здесь очень много информации дает палеонтология, и почти каждый год делаются новые важные находки. Вот буквально в марте 2020 г. объявлено о том, что обнаружены самые древние на сегодняшний день остатки вымершего билатерия. В заголовках новостей опять мелькает Эдиакара — икария (так назвали вновь найденное животное)[142] была найдена в отложениях именно этой палеонтологической сокровищницы.

В этом нет ничего удивительного. И молекулярные часы, и палеонтологические данные (находки окаменевших эмбрионов и следов жизнедеятельности очень древних животных) подсказывали, что самые первые билатерии должны были возникнуть задолго до начала кембрия и вести свое скромное существование на фоне эдиакарской фауны, владевшей тогда Мировым океаном. Почему скромное? А какое еще существование мог вести организм величиной около 5 мм? Именно таков размер тела икарии, жившей, как предполагают, между 560 и 550 млн лет назад. Она старше возрастом, чем кимберелла и все другие ранее описанные из докембрийских отложений билатерии. И, что еще важнее, устроена более примитивно. Во всяком случае, так считают ее первооткрыватели, хотя будущие исследования, возможно, внесут коррективы в эту точку зрения[143].

Палеонтологи собрали остатки более сотни икарий. По-видимому, в свое время эти животные были весьма обычны, но из-за своих мелких размеров до сих пор ускользали от внимания ученых. Форма тела икарии похожа на вытянутый овал. По внешнему облику она несколько напоминает современных бескишечных турбеллярий, хотя предполагается, что анус у нее уже был. Икария, скорее всего, была роющим животным, делающим ходы в донном иле. И, вероятно, именно она оставила некоторые окаменевшие следы, давно уже описанные палеонтологами[144].

Авторы, открывшие икарию, особенно подчеркивают, что тело этого создания уже было разделено на переднюю и заднюю (или, если угодно, головную и хвостовую) части. Это важно потому, что во многих традиционных версиях происхождения билатеральных животных такому разделению приписывается очень большая роль. Тело медузы с ее туловищем-зонтиком и симметрично идущими от центра щупальцами не имеет передней и задней частей. Можно сказать, что для медузы все направления одинаковы, как и для ее сидячей родственницы актинии, почти округлой в поперечном разрезе и вооруженной радиальным венчиком щупалец. Билатеральное животное, особенно активно движущееся, «видит мир» совсем по-иному. Окружающая среда разделена для него на левую и правую, переднюю и заднюю стороны, движение становится направленным (головной конец впереди). Как выражаются некоторые морфологи, сама среда «симметризует» тело животного, ее симметрия как бы отражается в строении живого организма. Существование радиально-симметричной актинии полностью зависит от силы тяжести, под действием которой ко дну опускаются разные съедобные объекты, которыми она промышляет. Придонный слой воды очень турбулентный, и поэтому пищевые частицы могут перемещаться в любом направлении (это почти броуновское движение), но благодаря гравитации рано или поздно все они осядут на дне или на щупальцах актинии. Актиния располагает свои щупальца радиально вокруг ротового отверстия, чтобы задерживать максимум пищи. Это похоже на листорасположение у многих растений — листья как бы взбегают по стеблю по спирали, чтобы уловить как можно больше солнечного света, но при этом не затенять друг друга.

Для активно плавающего, летающего, бегающего или ползающего существа мир состоит из левой и правой частей. Как правило, при движении обе части примерно одинаковы по количеству пищи и степени риска нападения хищников. Поэтому глаза и некоторые другие органы чувств у билатеральных животных, среди которых почти нет сидячих форм, располагаются на одинаковом расстоянии от плоскости симметрии и сдвинуты к переднему концу тела. Там же концентрируются и нервные узлы. То, что наш головной мозг находится именно в голове, а не в полости таза, совсем не случайность. Зеркальная симметрия левой и правой сторон тела имеет еще одну причину. Если бы они были неодинаковы, то это «вызвало бы неравномерное давление воды на обе половины тела движущегося животного и затруднило бы движение» (В. Н. Беклемишев)[145]. Однако, как только такое животное переходит к малоподвижному существованию, двухсторонняя симметрия сменяется радиальной (морские ежи, морские звезды) или вовсе асимметрией. Мальки морской камбалы, как и полагается добропорядочным рыбам, плавают в толще воды и имеют глаза по обе стороны тела. Взрослая камбала, проводящая свой век, лежа на дне, становится частично асимметричной. Оба глаза у нее теперь находятся на правом боку, а левый бок, обращенный ко дну, становится слепым.

Эти и им подобные метаморфозы симметрии, связанные со сменой образа жизни, уже давно вызвали предположение, что происхождение билатеральных животных как-то связано с приобретением новых форм поведения, за которыми последовали изменения в морфологии. В свое время Адам Седжвик, младший современник Дарвина[146], выдвинул гипотезу о том, что кольчатые черви (несомненно билатеральные животные) произошли от радиально-симметричных предков, конкретно от кишечнополостных. Седжвик предположил, что древняя актиния, сохраняя свой тип симметрии, начала ползать по дну на ротовом диске (можно сказать, она стала ходить на голове, потому что у сидячих актиний окруженный щупальцами рот обращен кверху)[147]. Постепенно ее тело вытянулось, боковые щупальца превратились в конечности-параподии, а щелевидное ротовое отверстие разделилось на рот и анус. Оформились спинная и брюшная стороны тела. Сейчас эту концепцию в ее оригинальном виде никто не разделяет, но роль активного движения в происхождении и эволюции билатеральных животных признают почти все специалисты.

Вероятно, предок билатерий был относительно крупным, активно ползающим хищником, причем многие существенные черты его строения появились в эволюции единым комплексом или же в виде очень быстрой последовательности. Как отмечает В. В. Малахов, «рот, кишечник, нервная система и мускулатура появляются в эволюции как бы „одновременно“. Не существует животных со ртом и кишечником, но без мускулатуры и нервной системы, или организмов с нервной системой, но без мускулатуры, рта и кишечника и т. п. Вероятно, это означает, что само появление кишечной полости было связано с питанием относительно крупной добычей, для овладения которой требовались координированные мышечные сокращения и нервная система»[148]. В этом случае прапредок билатерий должен быть уже весьма сложным организмом, анатомически более совершенным, чем бескишечная турбеллярия. В наши дни никто не пытается вывести билатерий напрямую от мечниковской фагоцителлы или любого другого гипотетического прародителя всех метазоев. Скорее всего, предков Bilateria надо искать среди кишечнополостных[149].

Поскольку в этой главе было много разнообразной информации о целой серии групп метазоев, некоторые из которых малоизвестны небиологам, кажется, имеет смысл завершить ее чем-то вроде повторения пройденного. Для тех, кому мой рассказ показался сложноватым и перегруженным деталями, попытаюсь организовать его в наглядной форме, помогающей «упаковать» информацию более компактно.

Я свел в табл. 7.1 основные сведения о группах животных, о которых шла речь в этой главе, а также нарисовал простую схему (рис. 7.4), иллюстрирующую вероятные родственные отношения между ними. Схема эта отражает состояние знаний сегодняшнего дня; возможно, в ближайшие пять-семь лет она изменится в деталях, но вряд ли будет перестроена кардинально. Впрочем, как говорится, поживем — увидим.

Глава 8. Шкатулка с секретами

Там водится животное под названием бочи, похожее на барана, но с девятью хвостами и четырьмя ушами; глаза [у него] расположены на спине. Имей его при себе, не будешь знать страха. Там водится птица, похожая на петуха, но с тремя головами и шестью глазами, шестью ногами и тремя крылами. Она носит название чанфу.

Каталог гор и морей (китайская энциклопедия, IV–I вв. до н. э.)

Проснувшись однажды утром после беспокойногосна, Грегор Замза обнаружил, что он у себя в постели превратился в страшное насекомое.

Франц Кафка. Превращение

Вдумчивый и внимательный читатель наверняка отметил, что почти все эволюционные истории, о которых шла речь в предыдущих главах, построены примерно по одному и тому же плану: некое существо изменило свой образ жизни (или проникло в принципиально новую среду обитания), в результате чего стало из плавающего (бегающего, летающего) ползающим (сидячим, роющим), и поэтому форма и строение его тела (жабры, артерии, ложноножки, челюсти) преобразовались в определенном направлении. Так биологи рассуждали во времена Дарвина и Геккеля, возможно, не сильно задумываясь над очень простым вопросом: а как именно произошли эти изменения? Кардинальная смена образа жизни и поведения — это очень важное событие в истории любой группы животных, но если говорить о причинах эволюционных изменений, то это скорее внешний толчок или стимул, но не механизм преобразований.

То, что причина причине рознь, прекрасно понимал умнейший древний грек Аристотель. К примеру, я захожу в лифт, нажимаю нужную мне кнопку, и он везет меня вверх на мой четвертый этаж. Было ли нажатие кнопки причиной моего движения? И да и нет. Аристотель сказал бы, что причин было несколько. Первая причина (целевая) состояла в моем желании оказаться дома. Вторая причина (материальная) — наличие в доме лифта и соответствующей кнопки, запускающей его движение. Но ведь лифт поднимается не силой мысли, а с помощью электромотора, работающего, в конечном итоге, за счет электромагнитного взаимодействия, происходящего на недоступном нашим чувствам уровне элементарных частиц. Не будь этого взаимодействия, шагать бы мне четыре этажа по лестнице. Аристотель назвал бы его производящей причиной[150].

Этот бытовой пример показывает, что понять причину не так просто, как может показаться на первый взгляд. Вот почему для решения эволюционных загадок недостаточно указать на конкретные изменения в образе жизни организмов, надо добраться до производящих причин, которые позволили им адаптироваться к новой среде обитания. Эти причины действуют в основном на молекулярно-генетическом или эмбриологическом уровнях, и для их изучения необходимо обратиться к экспериментальным методам. Стремление отыскать причины и механизмы наблюдаемых событий макромира на более элементарных уровнях, в микроскопической вселенной, населенной невидимыми простому глазу объектами (хромосомами, молекулами, генами, вплоть до отдельных атомов), свойственно не только биологам. Физики и химики упорно пытаются проникнуть все глубже и глубже в микромир, туда, где взаимодействуют между собой разнообразные элементарные частицы.

В то время, когда было опубликовано первое издание «Происхождения видов», генетики как науки еще не существовало, и таким понятиям, как «хромосома», «мутация», «кроссинговер», только предстояло обогатить профессиональный словарь биологов. А вот эмбриология в эпоху Дарвина уже была и двигалась вперед семимильными шагами. Благодаря накоплению сведений о зародышевом развитии различных организмов исследователи уже довольно давно стали догадываться, что на ход эволюционного процесса огромное влияние оказывают какие-то события и преобразования, происходящие с эмбрионами в яйце, икринке или материнском организме.

Вообще говоря, эмбриональное развитие — штука тонкая, оно происходит в соответствии со сложной и отлаженной на протяжении миллионов лет генетической программой, которая строго предопределяет время и место отдельных событий. Закладка и развитие всех органов зародыша происходят в определенном порядке, за соблюдением которого строго надзирают соответствующие гены. В результате выполнения этой программы в должное время на свет появляется новое живое существо, обладающее всеми признаками своего вида, и только в сказках возможны ситуации, подобные описанной Пушкиным:

Родила царица в ночь

Не то сына, не то дочь;

Не мышонка, не лягушку,

А неведому зверюшку.

Но нет совершенства на земле. В эмбриогенезе изредка случаются сбои и самые разные неожиданности. Обычно такие нарушения нормального хода программы оканчиваются гибелью эмбриона, но порой на белый свет появляется уродливое и плохо приспособленное к жизни существо, и неизвестно еще, какой исход лучше — погибнуть в стадии зародыша или влачить жалкое существование в негостеприимном и враждебном мире. Это, конечно, не «неведома зверюшка», поскольку даже самые невероятные уродцы, все эти двухголовые телята, гидроцефалы, анэнцефалы и прочие экспонаты Кунсткамеры, все же подобны своим родителям. Слониха не может родить носорога, а из яйца курицы не выведется страусенок. Людские «уроды» пугают нас именно своим искаженным человекоподобием, деформацией привычного человеческого обличья.

Но бывают ситуации, в которых нарушение нормального эмбриогенеза оказывается неожиданно полезным. Рождается «перспективное чудище», как называл такие создания немецкий палеонтолог Отто Шиндевольф. Подобный «гадкий утенок» может оказаться хорошо приспособленным к нетипичной для своих сородичей среде обитания, где его и ожидает большой эволюционный успех. Один в поле не воин, но если предположить, что данное нарушение эмбриогенеза случается в популяции с определенной, пусть и невысокой, частотой, то «уроды» вполне имеют шанс найти свою вторую половину, дать потомство, расплодиться и в итоге стать родоначальниками совершенно новой группы организмов. Теория этого не исключает, хотя о том, насколько реален такой сценарий в природе, до сих пор ведутся споры. Хорошие примеры дает искусственный отбор, которому человек подвергает сорта культурных растений и породы одомашненных животных. Таксы с их короткими конечностями оказались полезными в качестве норных охотничьих собак. Пропорции туловища позволяют им забраться в барсучью или лисью нору, чтобы разделаться с ее хозяином. Вот почему столь очевидное уродство, оказавшись востребованным человеком, положило начало популярной породе собак. Такая же логика применима и к естественному отбору, надо лишь только, чтобы новоявленный «урод» был действительно хорошо приспособлен к условиям обитания, успешно добывал корм, спасался от врагов и приносил потомство. Волк с короткими, как у таксы, лапами едва ли сумел бы выжить в природе, его судьба была бы плачевной.

* Фото взято с сайта https://www.eyeofscience.de/ и изменено.

Одним из первых серьезное внимание на эволюционное значение нарушений эмбриогенеза обратил внимание все тот же Эрнст Геккель, без упоминания которого не обходится почти ни одна глава этой книги. Верный своим привычкам, он придумал два новых термина: гетеротопия и гетерохрония. Первый термин описывает ситуации, когда в зародышевом развитии определенный орган или часть тела формируется «не там, где нужно» (в переводе с греческого ἕτερος — другой, τόπος — место). Возможно, вы помните облетевшую в свое время весь мир фотографию лабораторной мыши, на спине которой «выросло» человеческое ухо. Эта проделка медиков-трансплантологов может послужить иллюстрацией гетеротопии[151]. А вот что иногда происходит с лабораторными мушками дрозофилами: на том месте, где у нормальной особи находятся усики-антенны, у мухи-мутанта вырастают… ноги (рис. 8.1).

Конечно, в естественной среде обитания такие бессмыслицы не имеют шансов на то, чтобы дать начало новой эволюционной линии, их можно наблюдать только в лабораторных условиях. Но именно благодаря гетеротопии возникли некоторые очень важные части нашего собственного тела. Предполагается, что таким путем наши далекие предки обзавелись челюстями, и, как следствие этого, в древних морях появилась новая группа подвижных хищных животных, наводящих ужас на своих соседей-беспозвоночных[152]. Челюсти позвоночных — это хрящевые структуры, образовавшиеся не там, где им полагается. Зубы, которые появились на челюстях значительно позже, тоже своего рода «пришельцы»: их происхождение принято связывать с особыми зубовидными чешуйками (плакоидная чешуя), некогда покрывавшими поверхность тела древних рыб и мигрировавшими в ротовую полость.

Еще большее внимание эволюционные биологи уделяют гетерохрониям. Так Геккель назвал изменения в протекании эмбриогенеза во времени, когда, к примеру, развитие того или иного органа или части тела происходит медленнее или, наоборот, быстрее, чем обычно. Представьте, что аудиозапись речи человека будут воспроизводить в измененном темпе. В зависимости от выбранной скорости вы услышите писклявую ахинею или утробное мычание. Может утратиться не только интонация, но и сам смысл произнесенных слов. Во всех случаях, классифицируемых как гетерохрония, нарушается типичная для вида программа развития, а так как в эмбриогенезе все процессы тесно взаимосвязаны, то даже сравнительно небольшой сдвиг во времени может повлечь за собой очень серьезные последствия. В результате «на выходе» мы получаем совершенно необычно выглядящее существо, вроде бы и похожее на родительских особей, но странным образом видоизмененное, например с искаженными пропорциями. Это может быть вызвано тем, что в какой-то части тела эмбриона нарушился нормальный темп клеточного деления и соответствующий участок стал расти быстрее или медленнее, чем ему полагается.

Может статься, что темп всего эмбрионального развития у потомков изменится в ту или иную сторону по сравнению с их предками. В результате признаки, характерные для эмбрионов одного вида, могут стать нормой для взрослых особей другого. Это тоже будет проявлением гетерохронии. За примерами идти далеко не надо, достаточно посмотреть в зеркало или на рис. 8.2. Швейцарский зоолог Адольф Нэф, глядя на фотографию младенца шимпанзе, заметил: «Из всех изображений животных, которые я знаю, это — самое человекоподобное». Голова взрослого шимпанзе выглядит совершенно по-обезьяньи, но голова его детеныша, как и черепа эмбрионов человекообразных обезьян, очень похожи на наши. Сопоставляя пропорции черепов, можно ясно видеть, что с возрастом череп шимпанзе меняется очень сильно, а у взрослого человека его пропорции остаются почти теми же, что у зародыша.

* Изображения заимствованы из работ: Naef A. 1926. Urformen der Anthropomorphen und die Stammesgeschichte des Menschenschädels. Naturwissenschaften, 14: 445–452; Берг Л. С. Труды по теории эволюции. 1922–1930. — Л.: Наука, 1977; Gould S. J. 1977. Ontogeny and phylogeny. Cambridge (Ma): Belknap Press.

Из этого можно сделать вывод, который кому-то покажется парадоксальным: вид Homo sapiens — не что иное, как задержавшийся в своем развитии эмбрион человекообразного примата. Многие признаки взрослого человека (например, отсутствие густого волосяного покрова на теле) характерны для зародышей и очень молодых особей гоминид, только у них они с возрастом утрачиваются, а у нас сохраняются на всю жизнь[153]. Другими словами, процесс эмбриогенеза у нас сильно растянут во времени по сравнению с шимпанзе или гориллой и в каком-то смысле остается незаконченным.

Однако рост животного не заканчивается в момент рождения, а продолжается обычно вплоть до наступления половозрелости, поэтому правильнее говорить о задержках или ускорениях не эмбриогенеза, а всего периода роста или даже всего индивидуального развития (онтогенеза).

Предположим, что скорость онтогенеза осталась постоянной, но увеличилась продолжительность роста всего тела или какой-либо его части. Это тоже одна из разновидностей гетерохронии. В результате могут возникнуть животные с необычайно увеличенными частями тела — сразу же вспоминаются жирафы и некоторые динозавры (диплодок) с их гипертрофированными шеями[154]. Число шейных позвонков у жирафа то же самое, что и у всех других млекопитающих (семь), но растут они дольше, что и дает всем хорошо известный жирафий облик. Похоже, что именно при участии гетерохронии возникли самые крупные в истории Земли наземные позвоночные, все эти сейсмозавры, суперзавры, индрикотерии и иже с ними. В таких случаях и скорость, и продолжительность индивидуального развития должны были возрасти одновременно[155]. Появление особо миниатюрных видов (их много, например, среди лягушек, самый мелкий вид которых не превышает в длину 8 мм) — тоже следствие гетерохронии, только «с обратным знаком».

Все приведенные выше примеры касались происхождения отдельных видов. А могла ли гетерохрония привести к более серьезным эволюционным инновациям, например к появлению в далеком прошлом принципиально новых типов и классов животных? Считается, что могла, хотя это довольно нелегко доказать на палеонтологическом материале. Именно с помощью гетерохронии исследователи пытаются объяснить полное или почти полное исчезновение конечностей у змей, безногих ящериц и китов. Все эти группы позвоночных происходят от предков, крепко стоявших на своих четырех ногах и прекрасно ими пользовавшихся. Достаточно сказать, что современные киты вместе со жвачными парнокопытными (а это и бегемоты, и жирафы, и антилопы) имели общего предка. От кого именно происходят змеи, в точности не известно, но и здесь палеонтологические данные четко говорят о том, что предки змей имели вполне нормально функционирующие ноги.

У ныне живущих китов хорошо развиты только передние конечности, а от задних остались в лучшем случае только рудименты, скрытые в толще тела. Безногие рептилии, перейдя к роющему образу жизни, лишились конечностей полностью, и лишь у немногих видов можно заметить нечто вроде бугорков на тех местах, где должны располагаться ноги. Эмбриологи установили, что в большинстве подобных случаев у зародышей закладываются зачатки конечностей, но затем их развитие сильно замедляется, можно сказать, практически останавливается, а у взрослых особей они могут вообще регрессировать[156]. У сохранивших ноги родственников змей и китов развитие зачатков конечностей протекает в нормальном темпе.

Но надо признать, что, познакомившись с гетерохрониями и гетеротопиями, мы хотя и спустились на один уровень вниз по лестнице причинностей, но еще не стоим на самой нижней ее ступени. Любые нарушения нормального хода зародышевого развития тоже происходят не без причины, а благодаря определенным генетическим изменениям. Деятельность генов определяет темп эмбриогенеза, бежит ли он сломя голову или важно шествует вразвалочку. Именно работяги-гены заставляют органы животного формироваться в нужном месте тела и в нужном порядке, и только они, гены, способны заставить лапку плодовой мушки вырасти у нее на голове (см. рис. 8.1) или в другом неожиданном месте. А также блокировать развитие зачатков конечностей у змей и безногих ящериц. Власть генов порой кажется абсолютной, вот почему некоторые биологи считают, что подлинные «цари природы» — это они, гены, а мы для них не более чем «машины выживания», удобные оболочки, позволяющие им передаваться из поколения в поколение[157].

Однажды Илья Ильф занес в свою записную книжку такой анекдот: «Решено было не допустить ни одной ошибки. Держали двадцать корректур, и все равно на титульном листе было напечатано: „Британская энциклопудия“». Реальность это или байка — неизвестно, но сермяжная правда заключается в том, что процесс передачи информации неизбежно сопровождается ошибками, искажениями в передаваемых сообщениях. Этих ошибок может быть мало или много, они могут быть нелепо смешными или фатальными, но совершенно избежать их нельзя. Это справедливо для любых текстов достаточно большого объема: средневековых рукописных книг, длинных электронных писем, любовных посланий, записей шахматных партий и оперных партитур и, конечно же, тех текстов, которыми являются две самые главные в биологии молекулы — ДНК и РНК. Ошибки, возникающие при копировании генетической информации, принято называть мутациями. Иногда это не более чем точечные замены одного нуклеотида на другой (подобные замене буквы в «Британской энциклопУдии»), оказывающие столь ничтожный эффект, что они могут ежедневно тысячами происходить в клетках нашего тела и быть совершенно незаметными для нас. Но случаются мутации крупномасштабные и куда более зловещие. Одна из таких мутаций, добавляющая лишнюю 47-ю хромосому к нормальному для человека набору из 46 хромосом, приводит к тому, что рождается ребенок с синдромом Дауна. Другая знаменитая мутация — та, что вызывает гемофилию, — сыграла большую роль в жизни монарших семейств Европы и непосредственно повлияла на ход исторических событий в нашем Отечестве[158]. Эти и им подобные генетические изменения происходят в каждом поколении людей с определенной частотой, к счастью сравнительно низкой. В генофонде популяций человека, да и всех других видов животных, незримо присутствует определенный «генетический груз», состоящий из таких вот вредных мутаций. Хотя естественный отбор безостановочно выполняет функции дворника, «выметая» мутантные гены (вместе с их носителями, разумеется), они возникают снова и снова. С эволюционной точки зрения, впрочем, существование мутаций — это скорее благо, чем безусловное зло. Если бы генетические тексты передавались совершенно безошибочно, то, вероятно, никакой эволюции жизни на Земле вообще не происходило и современная биосфера состояла бы исключительно из наипростейших существ, едва отличимых от прапрадедушки LUCA. Мутации создают те новшества, за счет которых эволюция движется вперед. По мнению генетиков, это исходный материал, «сырье», с которым работает естественный отбор, определяя, какая из них заслуживает сохранения. Беда лишь в том, что на одну благоприятную мутацию приходятся тысячи, если не миллионы, вредоносных. Синдром Дауна, гемофилия, синдром «кошачьего крика», шизофрения и многие другие проклятия рода человеческого — это неизбежный побочный продукт эволюции, или, как выражаются биологи, плата за естественный отбор. Можно выразиться еще более высокопарно: мутации — это плата за возможность быть человеком, высокоорганизованным мыслящим существом, и размножаться половым путем[159]. Прогресс медицины и генной инженерии может смягчить течение вызванных мутациями заболеваний или уменьшить число страдающих ими (например, путем прерывания беременности при неблагоприятных показаниях), но бессилен совершенно предотвратить появление мутаций. Это было бы равносильно тому, чтобы остановить само течение биологической эволюции.

Эффект, который оказывают мутации на своего носителя, зависит не только от их масштабов, но и от того, в каких именно генах они происходят.

История изучения и описания генов берет начало в опытах гениального дилетанта Грегора Менделя, которые он мирно проводил в огороде своего монастыря. Для Менделя каждый ген (он называл их наследственными зачатками) был носителем определенного признака. Один отвечает за окраску горошин, другой — за характер их поверхности (гладкая или морщинистая), ну и так далее. Если бы эта простая картина была верна, то современные генетики давно сидели бы без дела. Наследование признаков всех организмов было бы давным-давно определено, и это позволило бы путем направленных скрещиваний получать организмы с любыми нужными свойствами. Но уже в первые десять лет развития научной генетики выяснилось, что простая зависимость «один ген — один признак» выполняется лишь в небольшом числе случаев. На практике же нередко один и тот же ген может влиять на возникновение двух и более признаков, и наоборот, определенное свойство животного или растения может быть обусловлено взаимодействием нескольких генов. Дальше — больше. Генотип (совокупность генов) и фенотип (совокупность признаков) оказались связаны очень непростым, нелинейным способом. Начать с того, что один и тот же набор генов способен дать начало нескольким, порой очень непохожим, фенотипам. Одной из причин может быть альтернативный сплайсинг — процесс, в ходе которого при копировании ДНК могут быть получены несколько различных вариантов РНК (которые, в свою очередь, служат источником информации при синтезе белка). «Несколько» в данном случае обозначает от двух до многих тысяч. Такой механизм порождает генетическую изменчивость во много раз эффективнее, чем «классические» мутации. Вот почему не надо удивляться, прочитав, что общность генов у человека и шимпанзе (или даже белой лабораторной мыши) составляет около 99 %. Гены могут быть одни и те же, но протекание сплайсинга у каждого вида свое собственное, так что на основе общих 99 % генов получаются совсем не схожие ни по внешнему виду, ни по умственным способностям животные.

Детальный анализ геномов различных живых существ показал, что далеко не все представленные в них гены заведуют кодированием белков, а значит, управляют непосредственно возникновением признаков. В геноме человека и других животных обнаружилась неинформативная, «молчащая» ДНК, к которой относятся, к примеру, остатки генов, находящиеся в неактивном, выключенном состоянии. Часть из них кодирует признаки, характерные для предковых форм, но уже ненужные нам (хвост у гоминид или зубы у птиц, о которых поэтически писал граф Хвостов и которые прозаически изучают современные эмбриологи). Геном высших организмов оказался богат участками, функции которых до сих пор остаются загадкой. Такую ДНК нередко крайне непочтительно называют мусорной (junk DNA), хотя это кажется большой несправедливостью. Едва ли в геноме эукариот удержалось бы большое число совершенно ненужных генов. Вероятно, многие такие «бездельники» играют определенную роль, но нам еще только предстоит ее выяснить.

Еще одна наиважнейшая группа генов представлена регуляторными генами. Они тоже не заведуют напрямую производством белков, формирующих фенотип, у них есть дела посерьезнее. Регуляторный ген подобен дирижеру, который сам не играет ни на каком инструменте, но организует согласованную игру всех оркестрантов так, чтобы они производили в заданном темпе нужную мелодию. Взмахами палочки дирижер определяет, в какой момент должна начать свою партию труба или ухнуть барабан. Не будь его, вместо гармоничной музыки возникла бы жуткая какофония. Подобно дирижеру, регуляторные гены следят за правильным протеканием процессов роста и развития, давая команды отдельным структурным генам включаться и выключаться в строго определенной последовательности и в строго определенном участке тела животного. Без этого выполнение программы зародышевого развития было бы совершенно невозможно. Вспомним, что каждая клетка нашего тела имеет одинаковый набор генов. И нейрон, и мышечная клетка, и лейкоцит — все они располагают одним и тем же генетическим текстом, записанным в 46 томах-хромосомах. Откуда клетки и гены «узнают», в какой момент им надо начать работу, чтобы у зародыша образовались ноги, руки и голова, причем в нужных местах, в нужных количествах и правильных размеров и формы? Им диктуют это регуляторные гены, и в результате на свет (в большинстве случаев) появляется здоровый, гармонично сложенный и исправно функционирующий живой организм, готовый побороться за свое место под солнцем.

Несложно догадаться, что если мутация затронет один или несколько таких «дирижеров», то работа всех генов, находящихся у них в подчинении, будет нарушена, что может привести к самым непредсказуемым последствиям. Именно возникновением таких мутаций объясняет все крупные эволюционные события концепция «скачкообразной эволюции». Одна-две «удачные» мутации в регуляторных генах — и вот, пожалуйста, из яйца рептилии вылетает первая птица (именно такую картину рисовал в свое время Отто Шиндевольф, который не мог знать, что птицы — это всего лишь недовымершие ящеры). Как сказал бы фокусник, вынимающий из цилиндра кролика: «Ловкость рук и никакого мошенства!»

В последние десятилетия ХХ в. эта идея получила весьма серьезную поддержку генетиков и эмбриологов.

Прошло уже около 130 лет с того момента, как английский зоолог и генетик Уильям Бэйтсон (Бэтсон) одарил науку новым словом — гомеозис. Он описал сущность этого явления довольно расплывчато; гомеозис — это когда нечто изменяется, становясь подобием чего-то другого («something has been changed into the likeness of something else»[160]). Имелось в виду, что одна часть тела животного превращается в другую. Если гомеозис действительно происходит, то мы можем ожидать, что он порождает совершенно невероятные существа, подобные средневековым химерам или персонажам кафкианского мира.

Бэйтсон в своей книге описал несколько случаев такого предполагаемого гомеозиса у животных и человека, но в то время было еще невозможно объяснить генетическую подоплеку подобных метаморфоз. Сейчас хорошо известно, что причина заключается в мутациях особых гомеозисных генов, которые относятся к группе регуляторных и определяют, где и когда в эмбриогенезе сформируется та или иная структура, а также продолжительность ее формирования. Многие из таких мутаций давно выявлены и даже получили собственные названия. Например, та, что заставляет ногу плодовой мушки вырасти у нее на голове, известна генетикам под именем antennapedia.

У дрозофил, как и у остальных насекомых, гомеозисные гены отвечают за формирование конечностей и правильную сегментацию тела. Они делают это, «запуская» и «выключая» в определенной временно́й последовательности работу соответствующих генов. Тело насекомого состоит из трех отделов — головы, груди и брюшка; каждый из них в свою очередь формируется путем соединения определенного числа более или менее внешне одинаковых сегментов. Сегментированность тела хорошо заметна у многих взрослых насекомых, а еще лучше у их неполовозрелых стадий — гусениц бабочек, червеобразных личинок жуков и мух. Вот почему Линней назвал насекомых Insecta (животными, тело которых покрыто насечками). Собственно, русское слово «насекомые» является калькой, дословным переводом этого латинского названия. Сегментация тела свойственна не только насекомым, достаточно вспомнить дождевых червей, пиявок и многоножек[161].

Одним из самых хорошо изученных гомеозисных генов является ген bithorax. Он был обнаружен у мухи дрозофилы еще в 1915 г. генетиком Бриджесом. В норме он обеспечивает закладку третьего грудного сегмента, но если этот ген мутирует, то у мухи появляется два вторых сегмента и ни одного третьего. Это важно, потому что именно на втором сегменте располагается пара крыльев. Мутантное насекомое становится четырехкрылым, правда, дополнительная пара крыльев обычно недоразвита. А если мутирует ген contrabithorax, отвечающий за формирование второго сегмента груди, то рождается дрозофила с двумя третьими сегментами, несущими две пары никчемных недоразвитых крылышек. Хотите получить по-настоящему четырехкрылую муху? Пожалуйста! Нужно лишь, чтобы у нее произошли мутации сразу в двух гомеозисных генах — bithorax и его соседе по хромосоме postbithorax. Это будет очередной пример гетеротопии — лишняя пара крыльев в месте, где им не положено быть. Такие мутанты в природных условиях едва ли жизнеспособны, но генетики давно научились получать их в своих лабораториях, равно как и других фантасмагорически «неправильных» дрозофил (Мэри Шелли, создательница литературного образа доктора Франкеншейна, как в воду глядела).

По сути, четырехкрылую муху уже нельзя даже назвать представителем отряда двукрылых насекомых, так как ее строение стало для него нетипичным[162]. Не подобным ли образом, путем мутаций регуляторных генов, возникли в эволюции все известные нам планы строения многоклеточных животных? И не только планы строения, но и некоторые очень важные их элементы. Не исключено, что именно путем гетеротопии позвоночные некогда обзавелись челюстями. Возможно, это случилось одномоментно, скачком, вследствие нарушения нормального хода метаморфоза[163]. Если гипотеза верна, то гомеозисные гены должны быть не только у дрозофил, и не только у насекомых, но вообще у всех метазоев, коль они происходят от общего предка.

Генетики принялись за поиски, и труды их были вознаграждены. Гомеозисные гены нашлись в самых разных группах животных, от губок до хордовых, причем, как выяснилось, все они имеют в своем составе одинаковый участок, получивший название гомеобокса. Это очень небольшая последовательность генов, состоящая всего из 180 нуклеотидных пар. Короткий кусочек генетического текста, сохранившийся практически неизменным на протяжении примерно миллиарда лет эволюции многоклеточных животных. Одно из самых известных и хорошо изученных семейств гомеобоксных генов носит название Hox-гены. Их детальное исследование привело ко множеству поразительных открытий, как будто генетики нашли старую шкатулку (в переводе с английского box — ящик или коробка), полную документов, раскрывающих семейные тайны, тщательно оберегаемые от посторонних глаз. Hox-гены разбросаны в геноме не как попало, а объединяются в кластеры, число которых и расположение на хромосомах может быть жестко фиксировано. Например, в геноме всех млекопитающих имеется 39 Hox-генов, распределенных по небольшому числу хромосом. У нас, людей, эти «шкатулочные» гены располагаются на второй, седьмой, двенадцатой и семнадцатой хромосомах[164]. Очень любопытно и такое их свойство, как коллинеарность. Если нанести Hox-гены на хромосомную карту, то мы увидим, что они идут в той же самой последовательности, в какой располагаются определяемые ими части тела животного. В третьей хромосоме плодовой мушки гены, отвечающие за формирование головы, идут раньше генов bithorax и contrabithorax, и уже за ними следуют Hox-гены абдоминального комплекса, заведующие закладкой брюшка насекомого. Взаимное расположение этих генов на хромосоме похоже на инженерный чертеж, в соответствии с которым строится дом или вытачивается на станке сложнофигурная деталь.

Таким образом, совокупность Hox-генов определяет самые общие параметры строения животного: где у него будет голова, а где задняя часть тела, где и сколько будет конечностей и так далее. Удивительно, но отсутствие головы у многих животных (медузы, морские звезды, асцидии) совсем не означает отсутствия у них соответствующих Hox-генов. «Головные» гены известны у кишечнополостных, и работают они не где-нибудь, а в районе ротового отверстия. Головы у медуз и актиний нет, и рту еще только предстоит в ходе эволюции билатеральных животных переместиться на головной конец тела. Зато нужные гены уже имеются, вот они, налицо. Как выразились по этому поводу авторы одной научной статьи, наша голова старше, чем мы думаем[165].

А вот еще одна из множества необыкновенных историй, о которых нам поведали исследователи Hox-генов. Так называемые рога, хорошо заметные на верхней части груди многих жуков-навозников и их родичей, оказались никакими не рогами, а своеобразно трансформированными крыльями. Экспериментаторы заставили «замолкнуть» несколько Hox-генов, отвечающих за формирование крыльев у этих жуков. К их удивлению, на свет появились не только бескрылые, но и безрогие насекомые. Еще несколько манипуляций с регуляторными генами — и перед нами жук, у которого на месте «рогов» красуется пара настоящих, хотя маленьких и вовсе ненужных крыльев[166].

Вот над чем тут нужно поразмыслить. Количество и разнообразие Hox-генов у животных сравнительно невелико, а их универсальная распространенность показывает, что они могли быть представлены в геноме самых первых, докембрийских, животных. Общий предок всех Metazoa уже должен был иметь базовый набор этих «дирижеров». Выходит, что гены, заставляющие крылья жуков превращаться в «рога», возникли в столь давние времена, когда ни жуков, ни рогов, ни крыльев вообще не существовало. Что же эти гены делали раньше? Мы не знаем в точности, как выглядел последний общий предок всех животных. Но можно сказать наверняка, что известные нам сейчас планы строения возникли как результат трансформации какого-то одного исходного прототипа. Вероятно, это происходило за счет мутаций гомеозисных генов. Все животные располагают одним и тем же генетическим «набором инструментов» (toolkit), состоящим из определенного числа «генов-хозяев» (master genes) — регуляторных гомеобоксных генов, в подчинении которых находятся структурные гены, играющие роль «рабов», послушных исполнителей отдаваемых команд. Если искать менее брутальную метафору, то занятия этих двух групп генов можно сравнить с работой архитектора, проектирующего здание в своем светлом и теплом кабинете, и трудом строительных рабочих, реализующих проект под дождем и палящим солнцем. Так на основе невидимого генетического «чертежа» создаются живые воплощения планов строения — черви, насекомые, птицы, звери.

Два столетия тому назад великий поэт и не менее великий естествоиспытатель Иоганн Вольфганг фон Гёте писал о «метаморфозе растений». Он доказывал, что строение всех известных нам растений, каждой березы, пальмы или кувшинки, может быть получено путем «умственного преобразования» некоего прарастения (Urpflanze), которое является идеальным прообразом всех конкретных представителей растительного царства. Здесь нет эволюционного подтекста; дело происходило за полвека до Дарвина. Гёте рассуждал о преобразованиях формы как идеально понятой сущности «растения вообще». Метаморфозы реализуются в умопостигаемом пространстве морфологических возможностей, а не в геологическом времени. Следуя Гёте, английский зоолог Роберт Оуэн (современник и коллега Дарвина) попытался реконструировать единый прототип «позвоночного вообще», а отсюда рукой подать до идеи о едином структурном прототипе (архетипе) всех животных. Правда, Оуэн до конца жизни не смирился с «Дарвиновой ересью», и ему в голову не пришло бы отождествлять свой архетип с реальным, некогда существовавшим прапредком.

Эту идею обсуждают и современные зоологи, но уже на эволюционной основе и с фактами на руках. Давно исчезнувший прототип всех известных нам сейчас животных, предковый план строения, получил название зоотип. Скорее всего, у него было еще очень мало Hox-генов; их число увеличивалось в процессе эволюции, достигнув максимума у позвоночных. Но главное, что они у него были, и их наличие обусловило множество позднейших эволюционных инноваций, включая появление голов, ног, крыльев, позвонков и других структурных элементов, которых никак не могло быть у носителя зоотипа.

Я отлично помню, как много лет назад, впервые узнав о существовании гомеобоксных генов, я был поражен тем, что они выполняют одну и ту же функцию у самых разных групп животных, даже таких, которых мы никогда не считали близкими родственниками. Я и сейчас не перестал удивляться этому. Было показано, что за формирование крыла мухи дрозофилы и крыла цыпленка отвечают, в сущности, одни и те же регуляторные гены. Позвольте, позвольте, но как это может быть? Со студенческих лет мы затвердили, что крыло насекомого и крыло птицы (или летучей мыши) сходны только по функции, но не по строению или происхождению. Крылья насекомых — это выросты стенки тела, а летательные органы позвоночных возникают на основе скелета, путем преобразования передних конечностей[167]. Строение крыльев и механика полета в этих группах животных довольно несходны[168]. Тем не менее по своему эмбриональному происхождению ноги позвоночных гораздо ближе крыльям членистоногих, чем могли предполагать анатомы. Например, генам Tbx4 и Tbx5 позвоночных, участвующим в формировании двух пар конечностей, в геноме дрозофилы соответствует ген optomotor-blind, задействованный в развитии эмбриональных зачатков крыльев и ног насекомого[169]. Ген Pax-6, контролирующий развитие глаза млекопитающих, имеет «близкого родственника» у дрозофилы — ген eyeless, занятый тем же делом. Но как же различны по строению и принципу действия наш глаз, с его сетчаткой и хрусталиком, и сложный фасеточный глаз мухи! Ген Pax-6 есть и у других животных, например у головоногих моллюсков. Если встроить этот ген, взятый у кальмара, в геном дрозофилы, у насекомого начинают расти глаза на крыле и в других несоответствующих местах[170]. Получается, что Pax-6 и его аналоги запускают каскад генов, контролирующих глазообразующие процессы у самых разных животных, и неважно, как именно этот глаз будет устроен[171]. Важно то, что один и тот же гомеобоксный ген заведует образованием сходных по функции органов и частей тела. Наконец, общая для всех билатеральных животных дифференциация тела на головной и хвостовой концы тоже определяется одним и тем же семейством Hox-генов.

Но и это еще не конец истории. У растений и грибов тоже имеется схожее семейство генов-регуляторов, так называемые MADS-box-гены, контролирующие протекание зародышевого развития. Гены этой группы представлены и у животных, поэтому можно предполагать, что они общие для всех эукариот — ярчайшее доказательство эволюционного родства всех многоклеточных организмов, механизмы роста и развития которых возникают на единой основе, при всем несходстве их «конечных продуктов» — конкретных организмов во плоти и крови. Как пишет И. Я. Павлинов, «речь должна идти о том, что у эукариотных организмов имеются очень древние консервативные генетические элементы, которые ответственны за морфогенез самых разных частей — от листа у растения до крыла у птицы или насекомого»[172].

Франц Кафка начал свой знаменитый рассказ «Превращение» с простой констатации факта. Мелкий служащий Грегор Замза, проснувшись однажды утром после беспокойно проведенной ночи, обнаружил, что превратился в «страшное насекомое»[173]. Писатель не дал себе труда объяснить, как и почему это случилось. Превратился, и все тут. Его интересовали не причины, а последствия случившегося для самого Замзы и его домочадцев. Современный же биолог может дать шутливое объяснение: герой стал жертвой серии гомеозисных мутаций, одновременно произошедших в его теле. Судя по всему, в эволюции животных подобные резкие метаморфозы происходили не один раз. Трудно сказать, как быстро формировался новый план строения и насколько реалистична модель Кафки — Шиндевольфа (за одну ночь из рептилий в птицы). Скорее всего, одинаковые гомеозисные мутации должны были затрагивать сразу многих индивидуумов в одной предковой популяции. Шансы на выживание единичной особи в природе очень низки, особенно у низших беспозвоночных, компенсирующих огромную смертность огромной же рождаемостью. У большинства видов животных, не проявляющих заботы о потомстве, до половозрелости доживает лишь ничтожная доля от всех, появившихся на свет. «Перспективные чудища» не должны быть исключением. Даже очень многообещающее эволюционное новшество должно пройти строгую проверку естественным отбором и будет запущено в «массовое производство», только если получит его одобрение. Можно нарисовать картину того, как десятки и сотни «уродов», возникавших вследствие повторяющихся гомеозисных мутаций, рождались и гибли до тех пор, пока им не удавалось попасть в такую экологическую нишу, где их необычное строение давало возможность выжить и размножиться. Жаль, что все эти захватывающие метаморфозы происходили в очень отдаленном прошлом, и мы не можем проследить их ход, изучая каменную летопись. Но то, что нечто подобное действительно имело место, практически не вызывает сомнений. Иначе как объяснить колоссальное разнообразие форм и комбинаций частей тела, которое можно наблюдать и среди исчезнувших, и среди современных животных?

Глава 9. В садах земных наслаждений

В желтой жаркой Африке,

В центральной ее части,

Как-то вдруг, вне графика,

Случилося несчастье.

Слон сказал, не разобрав:

«Видно, быть потопу!..»

В общем, так: один Жираф

Влюбился в Антилопу.

Владимир Высоцкий. Песня ни про что, или Что случилось в Африке

Хорошо известные всем нам генеалогические древа, о которых столько уже сказано в предыдущих главах, обладают одной интересной особенностью: их можно ориентировать как от предка к потомку, так и в противоположном направлении. Всякому было бы лестно вести свой род от древнего и знаменитого пращура — Геракла, Александра Македонского, Рюрика или, на худой конец, от всеобщего прародителя LUCА, но ведь можно поставить в «корень» эволюционного древа себя самого и прослеживать генеалогию из настоящего в прошлое. У каждого из нас были родители, отец и мать. Каждый из них имел пару собственных родителей. Если перевести этот бытовой факт на язык чисел, то с каждым поколением назад число наших непосредственных предков удваивается. Один отец и одна мать, но две бабушки и два дедушки, четыре прабабушки и четыре прадедушки, и так «вверх, до самых высот». Наглядный пример геометрической прогрессии. Совсем несложно подсчитать таким образом, что десять поколений назад каждый из нас имел 1024 непосредственных предка. Большинство из них были незнакомы между собой, да и из нас, нынешних, редко кто способен проследить свою генеалогию так далеко. Считается, что смена поколений происходит в среднем раз в 25 лет. В нынешние времена, когда люди не очень-то склонны рано обзаводиться потомством, она происходит, наверное, медленнее, но для большей части истории человечества такая оценка выглядит реалистично. В былые столетия люди и к размножению приступали раньше, и жили меньше… Выходит, что 1024 ваших прямых предка жили примерно в 1770 г., в самый расцвет славного царствования Екатерины Великой. Когда я задумываюсь об этом, мне страшно хочется узнать, как выглядели мои 1024 пращура, как их звали, где они жили, чем занимались. Но, увы, я ничего не знаю ни об одном из этих людей. Историческая память коротка, архивы, как государственные, так и семейные, теряются и гибнут в бурных событиях войн и революций. Нужны специальные изыскания, чтобы восстановить летопись собственного рода, да и то они часто обречены на провал, если предки ваши крестьянствовали (как мой прапрадед Андрей Мордвинов, житель деревни Чикаши Пермской губернии) и не оставляли заметного следа в событиях государственного масштаба. О большинстве таких людей мы знаем только по записям церковных метрических книг: родился, был окрещен, венчался с рабой божьей такой-то и в уготованный ему срок «волею божьей помре». Всю биографию можно поместить в две-три строки.

Но речь в этой главе пойдет все же не о семейных родословных. Давайте продолжим подсчет числа наших непосредственных прародителей. В «минус пятнадцатом» поколении у каждого из нас их должно было быть 32 768, а в «минус двадцатом» — 2 097 152. Для пущей наглядности произнесите эту цифру вслух: два миллиона девяносто семь тысяч сто пятьдесят два. Двадцать поколений назад — это, по нашему счету, 500 лет назад, 1520 г., эпоха великого князя Василия III. Два миллиона человек в те годы — число фантастическое. Население было куда меньше нынешнего, да еще из этого количества надо вычесть немалую долю тех, кто скончался в малолетстве или подростковом возрасте и не оставил потомства. Стало быть, из ныне живущих в нашей стране людей очень многие связаны непосредственным родством, хотя и совсем далеким, средневековым. Так что, когда вы прогуливаетесь по Арбату или по Невскому проспекту погожим летним днем, в окружающей вас толпе обязательно отыщется некоторое число ваших отдаленных, но несомненных родственников. Это означает также, что любая генеалогия, любое конкретное родословное древо — всегда абстракция, произвольно выделенная цепочка браков и рождений. В реальности все отдельные семейные генеалогии очень сильно переплетены между собой за счет брачных союзов между представителями разных родов. Общая людская генеалогия — это не «сад расходящихся тропок», а заросли густого кустарника, в котором ветви соседних растений так плотно сплелись между собой, что пробраться сквозь них невозможно без помощи топора или мачете.

Но если такое свойственно людским родословным, то не ожидать ли чего-то подобного от родословной животного мира в целом? Может быть, и здесь отдельные генеалогические ветви так переплелись, что никакого «древа», как его изображали Геккель и его последователи, вовсе не существует?

С точки зрения классического дарвинизма это маловероятно, ведь магистральный путь эволюционного развития — дивергенция, расхождение молекулярных и морфологических признаков потомков в разные стороны, прочь от начальной точки, в которой находится их общий предок. Так же считал и Вилли Хенниг, разрабатывая свою программу филогенетической систематики. Идея эволюционного древа всегда привлекала своей простотой и предсказуемостью, а также тем, что на ее основе легко рисовать красивые дендрограммы, наглядно показывающие, кто кому близкий родственник и кто — седьмая вода на киселе.

Реальность и в этом случае оказалась куда более замысловатой. Сейчас мы знаем, что эволюция не всегда идет дивергентным путем; дивергенция — важный, возможно основной, но не единственный способ развития. Это стало понятно сразу же после открытия биологической природы лишайников — тех самых организмов, что возникают как симбиоз гриба и водоросли. Торжество идей Линн Маргулис сделало симбиогенез вполне респектабельным, в глазах биологов-эволюционистов, процессом. Но это все микроорганизмы или растения, к тому же так называемые низшие. А что происходит у животных?

Этот вопрос в первую очередь адресован генетикам. У животных передача признаков от поколения к поколению основана на наследовании генетической информации. Родительские особи передают своим потомкам плотно упакованный в хромосомах генетический текст, в соответствии с которым будет строиться организм их отпрысков. В «классической» филогении это происходит «вертикально», вдоль ствола генеалогического древа, в направлении от предка к потомкам. Но вполне возможен и «горизонтальный» путь передачи генов. Так на научном языке называют случаи, когда генетический текст передается от одного организма другому, не являющемуся его потомком (рис. 9.1). Чаще всего это происходит в результате межвидовой гибридизации, но бывают примеры и куда более экзотичные, о чем мы тоже поговорим. Но начнем с гибридов.

Еще древние прекрасно знали о том, что разные виды животных могут порой скрещиваться между собой, и иногда в результате даже что-то рождается. Мифология всех народов полна рассказов о существах, возникших от союзов очень несходных родителей и совмещающих в себе черты их обоих. Химеры. Гиппогрифы. Кентавры и ихтиокентавры. Ехидна. Все это порождения одной только древнегреческой фантазии, лучше всего нам известной. Сколько же таких невероятных созданий можно найти, если изучить мифы и легенды всех стран и континентов! Скорее всего, мысль о возможности подобных скрещиваний возникла не на пустом месте, а из реальной человеческой практики. С давних времен в хозяйстве использовались мулы, рождавшиеся от скрещивания осла и кобылы. Полезнейшее животное, столь же сильное, как лошадь, и столь же выносливое и неприхотливое, как осел. Одна беда — мулы бесплодны, так что каждый раз приходится заново случать ослов и кобылиц. То же самое характерно и для большинства гибридов, встречающихся в природе. Как правило, межвидовое скрещивание либо совсем не дает потомства, либо это потомство уродливо и нежизнеспособно, либо не способно к продолжению рода. Почему это так? Ответ можно найти, используя принцип дивергенции. Чем дальше ушли разные виды от своего общего предка, тем менее сходны они в генетическом отношении. Даже виды, во всех отношениях весьма близкие, могут иметь разное число хромосом (у человека в диплоидном наборе 46 хромосом, а у его самого близкого родственника из числа ныне живущих, шимпанзе, 48), что создаст большие проблемы при мейозе (делении половых клеток) у гибридных особей.

Можно проследить такую общую эволюционную тенденцию — чем проще устроены организмы, тем успешнее они передают гены от одного вида к другому. В мире бактерий это происходит сплошь и рядом. Хотя бактерии не размножаются половым путем и не скрещиваются, они выработали немало способов обмена отдельными генами, что считается очень важным механизмом эволюции микроорганизмов. Не сильно отстают от них и растения, даже те, которые мы называем высшими: цветковые, голосеменные, папоротники и другие. В растительном мире виды гибридного происхождения встречаются очень часто, есть даже мнение, что у цветковых большинство современных видов возникло именно таким образом, а у папоротниковых — до 95 %[174]. Во главе 2 я упоминал, что еще «князь ботаников» Карл Линней вполне допускал, что не все растения были созданы Творцом в готовом виде; есть и те, которые возникли естественным путем в результате межвидовых скрещиваний.

Современные ботаники считают, что так называемая сетчатая эволюция (в ходе которой переплетаются отдельные ветви разных родословных) у растений — самое обычное дело. Высказывалось даже предположение, что в эволюции растений фазы дивергенции сменялись фазами гибридизации, и наоборот[175]. Гибридные виды имеют большое значение в сельском хозяйстве. Всем прекрасно известная культурная слива, к примеру, есть не что иное, как гибрид двух диких видов — терна и алычи. Генетики давно научились использовать межвидовые скрещивания для выведения новых сортов растений. А в 1927 г. Георгий Карпеченко ухитрился получить даже межродовой гибрид! Он скрестил капусту (из рода Brassica) и редьку (из рода Raphanus). Получившийся гибрид, названный рафанобрассикой, оказался вполне плодовитым.

Однако среди зоологов долгое время господствовало (пред)убеждение, что у животных межвидовое скрещивание серьезной эволюционной роли не играет. Слишком уж невелики шансы на то, что появится жизнеспособный, а главное, плодовитый гибрид, который сможет к тому же завоевать себе место под солнцем — свою собственную уникальную экологическую нишу. Я специально не упоминаю здесь многочисленные примеры гибридов животных, полученных в лабораторных условиях. Мы говорим только о том, что происходит в естественных условиях и непосредственно влияет на ход эволюции. А происходит там обычно вот что. Даже если два вида прекрасно скрещиваются между собой, то помеси от таких скрещиваний либо очень немногочисленны, либо концентрируются на ограниченной территории, как бы избегая проникать в места, где господствуют родительские виды. Одним из самых известных случаев такого рода является гибридизация между серой и черной воронами в Европе. Жителям Европейской России и Западной Сибири привычно видеть серых ворон (Corvus cornix), у которых черные перья есть только на голове, груди, крыльях и хвосте. А вот на западе Европы (в Испании, Франции и на юге Великобритании), а также у нас в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке живут полностью черные вороны (Corvus corone). Можно сказать, что два этих вида поделили между собой север Евразии, их ареалы практически не пересекаются. Исключение — небольшая полоса суши, шириной 50–100 км, тянущаяся от побережья Балтики к югу. Она огибает с севера Альпы и упирается в Средиземное море приблизительно около Генуи (рис. 9.2). Это так называемая зона интрогрессивной гибридизации, где два вида ворон встречаются и активно скрещиваются между собой, так что доля метисов в местных популяциях часто превышает 30, а то и все 50 %. Но стоит отойти на несколько десятков километров от этой гибридной зоны, как все вороны становятся «на одно лицо»: черными, если мы отправимся на запад, и серыми — если на восток.

Считается, что вороны-метисы хуже адаптированы к среде обитания, чем их чистокровные родители, но в пределах этой узкой полосы земли, пересекающей Европу в меридиональном направлении, они почему-то способны существовать.

* Карта в верхней части рисунка взята из монографии: Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В. Краткий очерк теории эволюции. — М.: Наука, 1977. Изображения черной и серой ворон найдены в старинных орнитологических атласах конца XIX в. (находятся в открытом доступе на сайте Biodiversity Heritage Library: https://www.biodiversitylibrary.org/).

Точно такая же неширокая зона смешения двух видов ворон существует и в Восточной Сибири, где она проходит по долине Енисея, потом сворачивает на Алтай и тянется на юго-запад к тем местам, где некогда плескалось Аральское море. Почему-то эта полоса гибридизации шире, чем в Европе, и достигает 150 км[176]. К востоку от нее начинается царство черной вороны, серых там не встретишь.

Важно, что, несмотря на способность скрещиваться друг с другом и на то, что гибриды могут быть плодовиты, оба вида ворон не сливаются в один. Серая остается серой, черная черной, и их помеси, к тому же запертые природой в своих «гетто», не мешают орнитологам четко разграничивать Corvus cornix и Corvus corone. То же самое характерно и для множества других случаев межвидовой гибридизации, описанных натуралистами у птиц, млекопитающих, амфибий, моллюсков, насекомых… Как правило, она не приводит к размыванию границ исходных видов — они могут обмениваться генами «горизонтально», но остаются сами собой. Вот почему лет пятьдесят назад у зоологов был популярен такой ответ на вопрос, что такое вид: вид есть защищенный генофонд. Имеется в виду защищенный от полного слияния с генофондами других видов. Никакие побочные связи и «увлечения на стороне», казалось, не способны привести к тому, чтобы два самостоятельных вида вдруг перемешались и стали единым целым.

Природа прикладывает много усилий для защиты видовых генофондов. Главное — не позволять особям разных видов скрещиваться слишком часто, потому что в этом случае межвидовая гибридизация ни к чему хорошему не приводит. Нет резона тратить массу времени, энергии и усилий на поиск «неправильного» полового партнера и «обладание» им. Вот почему самцы многих животных выработали особые сигналы для привлечения самок своего, и только своего, вида. Можно сказать, это своеобразный «эзотерический» язык, понятный только посвященным, то есть единоплеменникам, но бессмысленный для всех остальных. Сигналы эти удивительно разнообразны. Многие насекомые выделяют особые пахучие вещества (феромоны) для привлечения потенциальных супругов. Каждый вид имеет свой собственный запах, не вызывающий никакого интереса у чужаков. У птиц, кузнечиков, лягушек используется язык звуковых сигналов, специфичная для вида песня или брачный призыв. У тех же птиц или ракообразных описан язык жестов и танцевальных движений, с помощью которых самец пытается понравиться самке своего вида. Иногда птице мужского пола достаточно просто продемонстрировать самке свой красивый и яркий наряд, чтобы убедить ее, что перед ней «правильный» претендент, и можно уже не петь и не танцевать. Как утверждал Эрнст Майр, выдающийся эволюционист и не менее выдающийся орнитолог, натуралисты «уже давно заметили, что птицы с особо красивым и ярким оперением характеризуются маловыразительными песнями, и наоборот»[177]. Всем, наверное, известно, что красавец-павлин не поет, а орет дурным голосом, а знаменитый певец соловей — это серая пичужка, окрашенная не интереснее домового воробья.

В общем, все эти ухищрения нужны для достижения только одной цели — не допустить бесплодных скрещиваний с особью другого вида, и чаще всего они хорошо работают. Почему это столь важно, поможет понять одна печальная история, случившаяся в прошлом веке, прямо на глазах европейских зоологов. Буквально за несколько десятилетий в природе почти вымерла европейская норка — вид млекопитающего из семейства куньих. Как и почему это произошло, выяснил новосибирский зоолог Дмитрий Терновский, один из крупнейших знатоков семейства куньих.

Те норки, из меха которых выделывают шапки и дамские манто, — это норки клеточного разведения, причем исключительно американские (особый вид норок, во многом похожий на норку европейскую). Американская норка несколько крупнее, сильнее и агрессивнее европейской, но окрас шерсти у нее почти такой же, так что различить эти два вида могут только специалисты при детальном осмотре шкурок. Испокон веков оба эти вида жили на разных континентах и в природных условиях не пересекались. Так бы оно и продолжалось дальше, если бы не спрос на меха, в ответ на который в XIX в. была разработана технология клеточного разведения пушных зверей. И не только норок, но и черно-бурых лис, соболей и других пушистых хищников. Впервые успешная методика пушного звероводства была разработана в Северной Америке, потом ее переняли европейцы, завезя, разумеется, и самих зверей. Так американская норка попала в Европу, где стала излюбленным объектом клеточного разведения. Заводчики пытались разводить и европейскую норку, но это оказалось менее рентабельным, да и удобнее было использовать уже готовый американский опыт, чем тратить время на разработку новой методики. Некоторые из завезенных зверей сбегали из своих тюрем и оказывались на свободе. А в 1930-е гг. американских норок стали специально импортировать из-за океана и выпускать в новые места обитания — в Западной Европе, в Советском Союзе, даже в Японии.

Зоологи забили тревогу уже в 70-е гг. XX в. Оказалось, что в большинстве участков своего ареала европейская норка исчезла, а ее место занял незваный пришелец. Сейчас европейская норка сохранилась лишь в немногих местах. Она занесена в Международную Красную книгу в статусе «вид на грани исчезновения». Это буквально остатки былого величия — небольшие островки некогда обширного ареала, пятнами разбросанные по некоторым европейским странам, Европейской части России, Сибири. Все остальное захвачено американской норкой. Что же случилось? На первый взгляд, просто и понятно. Более сильный и нахрапистый чужак вытеснил своего родича. Однако Д. Терновский предположил, что дело тут в другом. Он детально изучил размножение обоих видов — сроки брачного периода, спаривание, беременность. Выяснилось, во-первых, что оба вида никаких шансов на счастливый многодетный брак не имеют. Даже если самке европейской норки удается забеременеть от заокеанского супруга, эмбрионы в ее теле погибают спустя примерно месяц после зачатия. Виной всему различное число хромосом (30 у американской и 38 у европейской норки). Во-вторых, сроки размножения у этих видов немного не совпадают. У американской норки разгар гона происходит в марте, а у европейской — в апреле. И, в-третьих, еще одна важная деталь состоит в том, что оба этих зверя, похоже, не различают, кто из них абориген, а кто пришелец. Встречаясь в природе, они не могут определить, к одному виду относятся или к разным. Легко понять, отчего это происходит. Американская и европейская норки эволюционировали в полной изоляции друг от друга, в естественной среде никогда не пересекались, и им не нужно было вырабатывать особые сигналы для различения своих и чужих. Когда волею человека два вида норки оказались на одной территории, это привело к несчастливому финалу. В период гона у американских норок самцы этого вида покрывают и американских, и европейских самок, совершенно не заботясь о том, с кем они имеют дело. Американские самки успешно зачинают и приносят выводок, а у европейских все заканчивается разрушением зародышей. Спустя месяц начинается брачный сезон у европейских норок. Самцы исполняют свой долг, но европейские самки уже не могут забеременеть или же, как показали опыты Терновского, у них отсутствует молоко для выкармливания детенышей. В результате за короткое время европейская норка может полностью исчезнуть в какой-либо местности просто потому, что ее популяция перестает возобновляться. Как констатировал Дмитрий Терновский, «на земном шаре среди млекопитающих трудно найти ценного пушного зверя с такой трагической судьбой, как у европейской норки»[178]. Сейчас и у нас, и во многих зарубежных странах предпринимаются большие усилия по спасению этого хищника, но, судя по всему, восстановить былой ареал вида и его прежнюю численность уже невозможно. Экологическое пространство полностью завоевано пришлым видом, и только там, куда он не смог проникнуть, у европейской норки остались шансы выжить в дикой природе.

Лет 50 тому назад дела в области гибридизации животных обстояли так. Теоретики спорили о том, какое эволюционное значение имеют межвидовые скрещивания, и чаще всего приходили к выводу, что это значение ничтожно. А практикующие натуралисты тем временем отыскивали в природе все новые и новые примеры видов гибридного происхождения среди насекомых, плоских червей, рептилий, рыб. Некоторые из очень хорошо известных и широко распространенных животных оказались такими вот метисами. Один из них — съедобная лягушка (Rana esculenta), известный компонент национальной французской кухни. Удалось установить, что это довольно молодой вид, возникший приблизительно 5000 лет назад как продукт гибридизации озерной и прудовой лягушек. Вид возрастом чуть старше египетских пирамид! И, в отличие от метисов черной и серой ворон, съедобная лягушка способна воспроизводиться и поддерживать свое существование как вид, она широко распространена в водоемах Европы, так что ее ареал не ограничен узкой зоной гибридизации[179].

В наши дни зоологи исследуют гибридизацию животных, используя самые современные генетические методы. Анализ геномов позволяет напрямую «вычислять» потомков от смешанных браков, определять, кто от кого произошел и с какой частотой происходит межвидовое скрещивание. Теперь уже мало кто сомневается, что гибридизация и сетчатое видообразование — это довольно распространенные явления в эволюции животных. В одной из недавних обзорных работ вопрос был поставлен даже так: насколько «сетчаты» виды (в природе)? Авторы обзора пришли к заключению, что очень даже «сетчаты», гораздо более, чем предполагалось еще недавно[180]. Похоже, что ставший привычным для зоологов взгляд на виды как на независимо эволюционирующие ветви генеалогического древа и одновременно «защищенные генофонды», на страже которых стоят разнообразные механизмы, придется пересмотреть. Горизонтальный перенос генов, который раньше считался почти исключительно прерогативой микроорганизмов, оказался довольно обычен и у растений, и у животных. И что еще более удивительно, он может происходить не только за счет межвидовой гибридизации.

Бактерий давно подозревали в том, что среди них очень широко распространен генетический «промискуитет». Неспособные к половому размножению и скрещиванию, эти микроскопические существа тем не менее ухитряются активно обмениваться друг с другом генами, причем как на внутривидовом, так и на межвидовом уровне. Для многих из них это вопрос жизни и смерти, потому что именно таким путем они обзаводятся генами, определяющими устойчивость к антибиотикам (и тогда это становится вопросом жизни и смерти для их жертв)[181]. Нередко обмен генами происходит путем трансдукции, особого процесса, в котором участвуют как сами бактерии, так и паразитирующие на них вирусы — бактериофаги. Вирусам принадлежит здесь центральная роль. Именно они выступают переносчиками генов от одной бактерии к другой. Вирусы — это исключительно внутриклеточные паразиты. Хотя сам вирус обладает всей необходимой генетической информацией, он лишен источников энергии и рибосом для синтеза белка. Поэтому задачу воспроизводства он возлагает на клетку-хозяина, заставляя ее производить новые вирусные частицы на основе вирусной ДНК или РНК. Затем эти частицы выходят во внешнюю среду в поисках новых хозяев. При этом они могут «прихватить с собой» генетический материал породившей их бактериальной клетки, который потом, попав вместе с вирусом в другого хозяина, может передаваться и ему. Далеко не все бактерии погибают в результате нападения на них фага; некоторые остаются в живых, делятся, и дальше передача чужеродных генов идет уже по «вертикальному» сценарию. Поскольку бактериофаги не всегда разборчивы в выборе своих хозяев и могут атаковать разные виды бактерий, то и передача генов с помощью таких посредников может затрагивать не самые близкородственные виды микробов. В этом принципиальное отличие трансдукции от гибридизации, которая происходит обычно только между близкородственными видами (возможны гибриды между лягушками, но не между лягушками и жабами; между воронами, но не между воронами и сороками). Трансдукция была открыта еще в 1952 г. и сразу привлекла к себе внимание некоторых эволюционистов. Они поставили вопрос так: а не может ли такая горизонтальная передача генов (ГПГ) быть важным фактором биологической эволюции? Теоретически это должно быть даже выгодно для живых организмов. Зачем им дожидаться, пока случайным образом возникнет полезная для них мутация, если можно быстро и в готовом виде получить нужный ген или гены? «Пересадка» нужных генов — это один из основных методов современной генной инженерии, но, как писал в свое время Н. Н. Воронцов, те же самые «методы преобразования генома эукариот… могли быть использованы природой на протяжении 3,5 млрд лет органической эволюции… Сколь редко ни происходил бы этот процесс, для нас важно то, что он принципиально мог происходить, что новый геном мог синтезироваться не только путем симбиогенеза, но и путем трансдукции»[182]. Отсюда один шаг и до новой эволюционной концепции, в которой ГПГ выступает основным двигателем эволюционного процесса. Об этом задумывались многие. Почти 40 лет назад украинский генетик и микробиолог Виталий Кордюм опубликовал в Киеве монографию «Эволюция и биосфера», в которой нарисовал масштабную картину эволюции органического мира, в основе которой лежат не благоприятные мутации (крайне редкие даже у бактерий, не говоря уже о высших многоклеточных), а интенсивная передача генов от одного организма к другому с помощью снующих туда-сюда вирусов, выступающих в роли своеобразных курьеров или почтальонов. Автор собрал множество примеров, объяснение которых с позиций классической эволюционной теории или затруднительно, или вообще невозможно (по крайней мере, на том уровне, на котором находилась биология в 1982 г.). Откуда, задавался вопросом Кордюм, у кишечной палочки взялись человеческие антигены, если «эта бактерия обитает в кишечнике человека и для нее антигенная маскировка не имеет смысла»? Или почему аспирин, который есть в каждой домашней аптечке, одновременно повышает устойчивость табака к вирусу табачной мозаики? У табака он вызывает выработку защитного белка, очень похожего на интерферон — белок, сражающийся с вирусами в организме высших позвоночных[183]. Виталий Кордюм доказывал, что объяснить появление таких «аномалий» действием мутаций и естественного отбора невозможно, зато ГПГ — отличный механизм, который устраняет все противоречия. Здесь автору пригодились и трансдукция, и концепция симбиогенеза, и обратная транскрипция[184] — практически все известные науке тех лет способы обмена генами между неблизкородственными организмами. Вирусы, в которых и ученые, и обыватели привыкли видеть чуть ли не абсолютное зло, в таком ракурсе оказываются добрыми ангелами, постоянно вмешивающимися в жизнь биосферы. Не будь их, не было бы и прогрессивной биологической эволюции.

Теория В. Кордюма, которую он назвал информационной концепцией эволюции биосферы, встретила жесткую критику. Один из оппонентов прямо сравнил ее с «нелепым вздором», упрекая автора в том, что он не приводит прямых фактов, «которые могли бы подтвердить идею о возникновении посредством горизонтального переноса ДНК от микроорганизмов хотя бы одной-единственной группы организмов»[185]. Другие специалисты высказывались осторожнее в том смысле, что время рассудит, кто прав.

Прошло четыре десятка лет. Что мы знаем об этом сейчас? Палеонтологи и сегодня прибегают к гипотезе ГПГ для объяснения быстрых и бурных эволюционных событий в прошлом. Например, при попытках отыскать причины «кембрийского взрыва», внезапного появления в палеонтологической летописи представителей самых разных типов животных словно бы из ниоткуда (см. главу 6). Поскольку, рассуждают создатели подобных гипотез, самые первые животные появились в мире, где господствовали бактерии, и кормились в основном ими же, то они вполне могли получить какие-то гены от своей собственной пищи (вероятно, не до конца переваренной). Подсчитано, что в геноме воротничковых жгутиконосцев почти 4,5 % всех генов были получены путем ГПГ[186]. Почему это не могло произойти и в истории их ближайших родственников — первых на Земле метазоев?

Но, конечно, первую скрипку в исследованиях ГПГ играют генетики, которые в наши дни весьма активно изучают это явление. Я не поленился и справился в Web of Science, одной из крупнейших электронных баз данных научной литературы, насколько популярна сейчас эта тематика. В ответ на мой запрос база данных выдала ссылки на 2730 статей, опубликованных за последние пять лет, в которых в той или иной степени затрагивается данный вопрос. Почти шесть сотен публикаций в год! Про ГПГ пишут исследователи вирусов и бактерий, грибов и растений и, конечно, животных. Среди этого богатства нашлась даже статья одного языковеда, сравнивающая способы обнаружения ГПГ в биологии с методами поиска лексических заимствований в лингвистике[187]. Еще один пример явного параллелизма между эволюцией живых существ и эволюцией человеческого языка. В языках ведь словарный запас не только передается вертикально, но и обогащается горизонтально, за счет «импорта» слов из неродственных языков. Изучение таких заимствований позволяет проследить контакты носителей разных языков в прошлом, а значит, пролить некоторый свет и на историю соответствующих этносов.

С каждым годом растет число известных достоверных случаев ГПГ у животных. Среди недавних открытий подобного рода — гены вирусного происхождения, определяющие морфологию крыла у тлей (и способные «перескакивать» от одного вида тлей к другому)[188]; прямой перенос генов «многоклеточности» от зеленых водорослей к каким-то очень древним метазоям[189]; большой вклад чужеродных генов в формирование растительноядности у насекомых и клещей[190] и т. п.

Но эволюционные возможности ГПГ этим не ограничиваются. Похоже, что горизонтальный перенос может выступать важным фактором макроэволюции, то есть участвовать в возникновении групп животных наиболее высокого ранга — типов, подтипов и классов. Известен по крайней мере один такой случай. Это уже знакомые нам оболочники, образующие особый подтип в составе типа хордовых. Их тело покрыто особой оболочкой — туникой, в состав которой входит целлюлоза. Оболочники — единственные представители животного мира, способные синтезировать это вещество. Когда в 2002 г. был расшифрован геном одного из представителей этого подтипа, исследователи с удивлением обнаружили, что ген, определяющий умение синтезировать целлюлозу, абсолютно идентичен гену, известному у актинобактерий, то есть прокариот! Ничего подобного нет ни у других животных, ни у растений. Был сделан единственный возможный вывод: предки оболочников получили этот ген напрямую от актинобактерий, а посредниками, скорее всего, выступили вирусы. Считается, что именно это и стало ключевым событием в эволюции оболочников, после которого они обособились от линии развития хордовых, ведущей к позвоночным[191].

Абсолютными чемпионами среди животных по обогащению собственного генома за счет других организмов являются коловратки. Этих во многих отношениях весьма примечательных беспозвоночных раньше считали группой очень мелких червей, а теперь выделяют в самостоятельный тип. Коловратки и в самом деле микроскопически малы, один из представителей типа является рекордсменом по миниатюрности среди метазоев. Тело этого пигмея имеет 40 мкм в длину (всего 0,04 мм, тоньше человеческого волоса). Почти все коловратки — жители морских и пресных вод, некоторые виды обитают во влажном мху. Еще одна важная экологическая особенность — способность пережидать высыхание водоемов, в которых коловратки живут. Попросту говоря, эти «козявки» высыхают вместе со своей лужей или прудом, но стоит ей снова наполниться водой, тут же воскресают из мертвых и начинают активно питаться.

Генетиков привлекла одна из групп этого типа — бделлоидные коловратки. В геноме одного из их видов нашлось не менее 22 явно чужеродных генов, принадлежавших другим видам животных, а также растениям, грибам и бактериям. Из этого числа не менее девяти генов вообще не были известны у других животных (по крайней мере, в 2007 г., когда проводилось исследование[192]). Поиски были продолжены. У других видов бделлоидных коловраток тоже в изобилии нашлись «пришлые» гены, а это значит, что открытие было не случайным. На долю чужаков приходится весьма приличная доля, примерно 15 % генома. При этом набор таких генов у разных видов не совсем совпадает, из чего был сделан вывод, что ГПГ у коловраток происходила сравнительно недавно и, возможно, продолжается поныне. Подсчитано, что за один миллион лет в геном коловраток попадает в среднем 12,8 чужеродных гена[193]. Откуда все это добро? Передать его друг другу бделлоидные коловратки не могут, поскольку размножаются исключительно бесполым путем. Предполагается, что эти гены попадают в геном коловраток из съеденной ими пищи — бактериальных клеток, грибных спор, растительных тканей и прочей мелочи. Возможно, все это как-то связано с их периодическим высыханием и последующим возвращением к активной жизни. При высыхании организм коловратки испытывает много изменений на клеточном уровне. Разрушается ДНК, а клеточные мембраны становятся более проницаемыми для экзогенных молекул. Возможно, что приобретение чужеродных генов происходит как раз в тот момент, когда животное, выходя из анабиоза, восстанавливает поврежденную ДНК. Интересно, что большинство из этих заимствованных генов отвечает за процессы обмена веществ, то есть должно играть довольно существенную роль в физиологии коловраток.

Человек разумный, хотя его геном и не состоит на 15 % из пришлых генов, не представляет в отношении ГПГ ровным счетом никакого исключения. Наш геном, как и геном других животных, открыт для внесения чужих наследственных факторов. Специалисты, опубликовавшие в 2001 г. первый вариант расшифровки человеческого генома, подсчитали, что как минимум 223 наших белка имеют более или менее полное соответствие белкам бактерий. Поскольку они не похожи на белки растений или других эукариот, было высказано предположение, что дело тут не обошлось без ГПГ напрямую от микробов. Впоследствии, по мере поступления новой и более детальной информации о человеческом геноме, этот список менялся. Одни белки из него исключались, другие добавлялись, но общий вывод остается неизменным. Сейчас точно известно, что и некоторые виды вирусов могут встраиваться в геном Homo sapiens, становясь при этом причиной раковых заболеваний[194]. Но ГПГ происходит в обоих направлениях. Некоторые бактерии в свой черед обогатились за счет человеческих генов. Например, у 11 % штаммов микроба Neisseria gonorrhoeae, известного даже неспециалистам как гонококк, обнаружились геномные участки длиной в 685 пар нуклеотидных оснований, на 98–100 % совпадающие с человеческим ретротранспозоном L1[195]. Ни у одного из ближайших родственников этой бактерии ничего подобного не найдено, так что его источник кажется вполне очевидным[196].

Кстати, раз уж зашел разговор о нашем собственном виде, то нельзя не упомянуть про роль гибридизации в антропогенезе. Современным людям идея о скрещивании с другим видом животных кажется отталкивающей, противоестественной. Если учесть, что в фауне наших дней первейшими кандидатами на это являются человекообразные обезьяны, входящие в одно с нами семейство гоминид, то сама мысль о возможности гибридизации с ними выглядит каким-то тяжелым извращением. Но так было не всегда. Еще в конце плейстоцена на планете жило не менее трех видов разумных гоминид, три «параллельных человечества», каждое из которых могло претендовать на господство над миром[197]. Это «люди современного типа», как их часто называют антропологи, неандертальцы, а также недавно открытые денисовцы — былые обитатели Центральной и Южной Азии, а также западной Океании (Алтай, Тибет, Индонезия, Новая Гвинея). Само открытие этого исчезнувшего вида примечательно, потому что произошло исключительно благодаря технологическим возможностям современной генетики, позволяющей расшифровывать нуклеотидные последовательности ДНК, сохранившейся в костных останках древних гоминид. Именно таким путем было доказано, что денисовцы — это третий самостоятельный вид позднеплейстоценового человека. Изучение древней ДНК позволило также найти свидетельства гибридизации между денисовцами, неандертальцами и представителями нашего вида. Следы денисовского генома обнаружены у коренных народов Азии и Океании (вьетнамцы, японцы, полинезийцы).

То, что «люди современного типа» в доисторические времена довольно успешно скрещивались с неандертальцами, предполагалось уже давно и в качестве «научного факта» проникло даже в массовую культуру. Именно такой счастливый союз показан, например, в нашумевшем когда-то французском фильме «Борьба за огонь» (1981 г.). Сейчас из разряда гипотез это перешло в обойму хорошо установленных фактов. В целом вклад неандертальцев в геном коренных жителей Евразии оценивается приблизительно в 2 %. Современные европейцы приобрели их гены 50 000–60 000 лет назад, контактируя с северной популяцией неандертальцев на приледниковых равнинах Европы. Но и здесь все было не очень просто. Когда провели крупномасштабный поиск фрагментов «архаической ДНК» у современных исландцев[198], оказалось, что в их геноме оставили следы не только неандертальцы из популяций, живших южнее, но и древние азиаты-денисовцы. На их долю пришлось чуть больше 3 % найденных «архаичных» фрагментов ДНК.

Судя по всему, наши стародавние предки вели достаточно привольную жизнь в своем ледниковом периоде и охотно скрещивались с соседями по планете (одновременно родственниками и конкурентами). Надо полагать, что от таких союзов могло получаться и вполне плодовитое потомство, так что гены неандертальцев и денисовцев имели возможность закрепиться в геноме «человека современного типа» и широко распространиться за пределами нашей общей африканской прародины.

Мы вернулись практически к тому же, с чего начали этот разговор. Широкий обмен генами между близкородственными видами, а также между такими очень далекими организмами, как бактерии и человек, означает, что метафора древа жизни, вероятно, крайне неточна, хотя и красива. Все ныне живущие организмы происходят от единого корня, но длинного и прямого ствола, от которого разбегались бы в разные стороны филогенетические ветви (как это изображал Эрнст Геккель), не существует. А есть лишь ползучий кустарник, сплошная и густая сеть ветвей и веточек. Гены, как и определяемые ими признаки, путешествуют по этим зарослям и вверх, и вбок. Где-то в этом хитросплетении затерялись и мы, гомо сапиенсы. В нашей наследственности можно отыскать следы чужих вмешательств, часто вредоносных, но иногда — хочется верить в это — благодетельных.

Это напоминает мне «Сад земных наслаждений» — шедевр великого Босха, причем не только центральную, «райскую», но и правую, «адскую», часть этого триптиха. И там и там — смешение самых разных существ, люди вперемешку с птицами, зверями, какими-то странного вида растениями. Есть тут и явные химеры — помеси двух разных существ, есть и откровенные уродцы вроде вислоухой собаки, скачущей на двух ногах. Все это движется, обнимается, плещется в воде, любится[199], радуется (или страдает). Грандиозная аллегория единства и невероятного разнообразия земной Жизни во всех ее проявлениях, как светлых, так и мрачных.

Глава 10. Ноктюрн на флейте позвоночника

Из тела в тело веселье лейте.

Пусть не забудется ночь никем.

Я сегодня буду играть на флейте.

На собственном позвоночнике.

Владимир Маяковский. Флейта-позвоночник

— Вы млекопитающее, не так ли?

— Да. — Тогда удачного вам млекопитания!

Станислав Лем. Четырнадцатое путешествие Ийона Тихого

Похож ли позвоночник на флейту? Прямой рыбий — возможно, а вот S-образно изогнутый человеческий — едва ли. Поэтам, конечно, виднее, но даже если позвоночник нельзя использовать в качестве музыкального инструмента, то с точки зрения зоолога он не становится от этого хуже. Это совершенно замечательное эволюционное изобретение, благодаря которому образуется внутренняя опора для тела, позволяющая совершать сложные и точные движения; также под его защитой находится спинной мозг. Счастливые обладатели этого устройства образуют большую, прогрессивную и экологически пластичную группу животных, называемую подтип Vertebrata (Позвоночные). Один из представителей класса млекопитающих, относящегося к этой группе, сумел достичь, пожалуй, самого большого эволюционного успеха в истории — расселиться по всей планете и даже претендовать на «господство» над ее биосферой. Хорошо это или плохо, вопрос другой. В свою очередь, позвоночные являются лишь частью, но самой крупной частью, типа Chordata (Хордовые), в который кроме них на правах подтипов входят еще оболочники (мы с ними уже встречались ранее), а также небольшая группа бесчерепных (мы вот-вот с ними познакомимся). Во всей этой теплой и разномастной компании на долю позвоночных приходится примерно 95 % видового разнообразия. Они заметно превосходят своих сородичей не только по числу видов, но и по адаптивным способностям. И оболочники, и бесчерепные — это исключительно морские создания, в то время как позвоночные успешно освоили и пресные воды, и нижние слои атмосферы, и почву, и, конечно же, наземную среду обитания. Полным-полно их и в море-океане.

Своя рубашка всегда ближе к телу. Мы, люди, не можем не питать особого интереса к происхождению и эволюции хордовых животных, к которым сами относимся. Вполне резонно уделить этому вопросу специальную главу.

Автор этих строк сам является хордовым, позвоночным, а вдобавок еще и млекопитающим(ся). Да не упрекнут меня в хордово-квасном патриотизме, если я скажу, что тип животных, к которому имею честь принадлежать, является самым эволюционно успешным и морфологически продвинутым во всем животном царстве. При этом я вполне осознаю, что понятие эволюционного успеха и критериев, которыми он определяется, весьма спорно и не имеет универсального толкования. Тем не менее давайте попробуем сравнить три типа животных, включающих наибольшее число видов, — членистоногих, моллюсков и хордовых — с помощью наиболее часто используемых индикаторов биологического прогресса и успеха.

Число видов, которые включает тот или иной тип и класс, нередко считают главнейшим из показателей биологического прогресса. Чем разнообразнее, тем успешнее. В этом отношении первенство однозначно принадлежит членистоногим, которых в современной фауне насчитывают больше миллиона видов, и каждый год описывают сотни новых, особенно среди насекомых. Моллюски и хордовые отстают с огромным отрывом, который нет никакой надежды сократить. Более того, по мнению многих специалистов, некоторые из типов животных потенциально содержат больше видов, чем хордовые, только эти организмы настолько малы и ведут столь скрытный образ жизни, что большая их часть до сих пор ускользает от зоологов. Таковы представители типа Круглые черви, или Нематоды, число неоткрытых видов которых оценивается примерно в миллион! На Земле просто нет такого количества специалистов по нематодам, чтобы описать и изучить это невидимое многообразие. Большинство экспертов занимаются круглыми червями, паразитирующими на человеке, домашних животных и культурных растениях, а огромная масса нематод, не относящихся к этим категориям, привлекает значительно меньше внимания (и денежных средств, без которых почти невозможно заниматься их описанием).

Если же в качестве критерия прогресса взять не число видов, а морфологическое и экологическое разнообразие группы, то расположение мест на пьедестале почета может измениться.

Возьмем размеры тела. Они интересны не только сами по себе, но и потому, что отражают разнообразие адаптивных стратегий животных. Очень маленькие и очень крупные существа резко различаются между собой по продолжительности жизни, типу питания, положению в пищевых цепочках и другим параметрам. Можно сказать, что чем шире диапазон размеров тела в изучаемом типе животных, тем, при прочих равных условиях, он экологически разнообразнее и способен занять большее количество ниш в экосистемах.

Самые крупные членистоногие, каких только знал мир, принадлежали к классам ракообразных и двупарноногих многоножек. Исполинские сороконожки, достигавшие двух метров в длину, давно вымерли, а вот среди ракообразных и сейчас можно встретить великанов, таких как японский паук-краб, способных вымахать размером до 3 м (правда, эта величина соответствует размаху конечностей краба; размер его тела без учета ног куда скромнее).

Но это предел роста — даже в минувшие геологические эпохи, полные гигантских чудовищ, членистоногие не становились крупнее. Одна из причин — их наружный хитиновый панцирь. Это прекрасное защитное приспособление, сделавшись слишком большим, способно принести немало хлопот своему обладателю. Хитин не эластичен, поэтому панцирь не дает расти телу, находящемуся под его защитой. Вот почему членистоногие вынуждены периодически линять, сбрасывая ставший тесным хитиновый покров и одеваясь новым. А это означает затраты времени и энергии, не говоря уже о возрастающем риске быть съеденным во время одного из периодов беззащитности. На суше носителей такой брони ждет другое испытание. Если увеличить насекомое, скажем муху или жука, до размеров коровы, они не смогут сделать и шагу по земле, не говоря уже о том, чтобы летать. Слишком тяжелым сделается их наружный покров, увеличившийся пропорционально огромному размеру тела. Дышать такое чудище тоже не сможет, но уже по другой причине. В отличие от крови позвоночных, «кровь» насекомых (правильнее ее называть гемолимфой) не выполняет функцию транспортировки кислорода. Живительный газ разносится по телу с помощью системы разветвленных трубочек-трахей путем диффузии без использования жидкости. Коэффициент диффузии кислорода в воздухе в 10 000 раз выше, чем в жидкой среде, что и определяет саму возможность такой транспортировки. Но из физики известно, что скорость диффузии обратно пропорциональна расстоянию, которое должен пройти газ, поэтому такой простой способ снабжения кислородом эффективен лишь при небольших размерах тела. Насекомые размером с человека существовали только в кафкианских фантазиях.

Моллюскам немного проще. Те из них, что отказались от наружного скелета (раковины), способны достигнуть в длину 8 м. Но и это достижение меркнет перед рекордами позвоночных, крупнейшее из которых, синий кит, может вырасти в длину до 33 м. Если учесть, что самые миниатюрные из известных хордовых (некоторые рыбы, лягушки) имеют тело длиной 7–8 мм, то размеры самых мелких и самых больших представителей типа будут различаться более чем в 4000 раз (сопоставимая величина у членистоногих составит чуть более 3000 раз).

Сложность и развитость нервной системы у хордовых настолько превосходит все аналоги, имеющиеся у других животных, что об этом нет нужды особо распространяться. Хотя во всех трех упомянутых выше типах есть группы, выработавшие весьма сложные формы поведения (общественные насекомые, осьминоги, птицы и млекопитающие), вряд ли можно сомневаться, кто из них чемпион в этом отношении. Кроме того, если анализировать и сравнивать не типы в целом, а отдельные их классы, то мы увидим, что богатство и разнообразие форм может сочетаться с явной экологической ограниченностью. Среди моллюсков классы головоногих и двустворчатых — это исключительно водные организмы (первые не сумели даже покинуть морскую среду обитания и поселиться в пресной воде). Относящиеся к членистоногим ракообразные живут почти исключительно в воде, а насекомые, несмотря на их колоссальные адаптивные способности, не сумели завоевать моря и океаны, оставшись преимущественно наземной группой. Рассмотрим разнообразие способов передвижения у представителей отдельных типов. Среди членистоногих есть бегающие, прыгающие, плавающие, летающие, роющие и пресмыкающиеся существа. Все то же самое мы находим и у хордовых, но у них диапазон способов движения даже шире. Так, например, брахиация («ходьба руками»), совершенно уникальный для животного мира способ передвижения, который используют гиббоны и некоторые другие обезьяны — они раскачивают тело и обхватывают ладонями одну ветку за другой.

Конечно, все перечисленные выше успехи типа хордовых — заслуга исключительно позвоночных; ни бесчерепные, ни оболочники ничего подобного не добились. «Фишка» позвоночных состоит в том, что они обзавелись прочным, хорошо развитым внутренним скелетом, который сохраняется в течение всей взрослой жизни особи. Хотя в ходе эволюции этот скелет претерпевал различные изменения, в том числе и регрессивные (утрата конечностей у китообразных и змей, хвостового отдела позвоночника у человекообразных приматов), неизменно сохранялись череп и позвоночник, два важнейших для нас отдела скелета[200]. «Уход» скелета внутрь тела позволил позвоночным достичь максимально возможных для животных размеров. Даже позвоночные, имеющие наружный защитный покров наподобие панциря членистоногих (черепахи, броненосцы), не отказались от внутреннего скелета.

Второй важной инновацией, определившей прогресс и успех позвоночных, палеонтологи считают их усаженные зубами челюсти[201]. В сочетании с черепом и позвоночником они сделали их активными крупными хищниками, добившимися господства сначала в водных, а потом и в наземных экосистемах. И все же зубы не являются залогом успеха. Любой зоолог назовет много примеров утраты зубного аппарата в ходе эволюции позвоночных. Но отсутствие зубов нисколько не помешало синему киту стать крупнейшим представителем современной фауны, а птицам — завоевать воздушное пространство.

Однако для того, чтобы позвоночные смогли в полной мере раскрыть свой эволюционный потенциал, им необходимо было сделать решающий шаг — адаптироваться к жизни на суше. Только на суше, где позвоночным пришлось приспосабливаться к великому множеству различных сред и ландшафтов, они смогли достичь максимального разнообразия и сложности строения. Некоторые из них потом столь же успешно вернулись в водную стихию (морские змеи и черепахи, ихтиозавры, пингвины, киты и тюлени), но именно в наземно-воздушной среде максимально проявились все прогрессивные эволюционные тенденции, присущие подтипу Vertebrata.

Впрочем, все это случится очень не скоро. Первые несколько сотен миллионов лет своей эволюции хордовым придется провести в морях, оставаясь типичными водными организмами. На естественный вопрос, от каких животных они происходят, палеонтологи с сожалением разводят руками — искомые предки и переходные формы были безнадежно мягкотелы и превратиться в окаменелости попросту не могли. Начальные этапы эволюции хордовых палеонтологическими методами проследить не удается. Опираясь на данные о строении и образе жизни современных хордовых и других вторичноротых животных, можно с определенной долей уверенности предполагать, что их общие предки были свободноживущими морскими существами, занятыми преимущественно процеживанием воды через жаберные щели (или щупальца, как это делают современные крыложаберные), чем они и добывали себе пропитание. Такие спокойные фильтраторы были очень невелики размерами и вели малоподвижную жизнь на морском дне, зарывшись неглубоко в ил или песок. Именно так живут некоторые современные низшие хордовые, а также полухордовые — особый тип вторичноротых, куда входит 130 видов червеобразных морских беспозвоночных[202]. Вместе с иглокожими эти создания являются ближайшими родственниками типа хордовых.

Палеонтологическая летопись хордовых, как и многих других типов животных, прослеживается начиная с кембрийского периода. Долгое время почетное звание самого древнего-предревнего представителя этого типа удерживала пикайя (рис. 10.1) — окаменелое существо длиною тела примерно 5 см, найденное Чарльзом Уолкоттом в бёрджесских сланцах. Уолкотт принял свою находку за древнего многощетинкового червя, и только спустя полвека Саймон Конвей Моррис доказал, что перед нами одно из ранних хордовых. Пикайя определенно имела основной диагностический признак этого типа — хорду, эластичный тяж, выполняющий у низших хордовых функцию позвоночника, то есть осевого скелета (напомню, что у большинства позвоночных хорда имеется только на стадии эмбриона, а впоследствии замещается позвоночником)[203]. Возраст пикайи составляет около 505 млн лет. С 1999 г. ее первенство оспаривает хайкоуихтис, описанный из раннекембрийских отложений провинции Юньнань, что в южном Китае. Этот рыбоподобный организм чуть постарше, он жил между 520 и 516 млн лет назад.

Если бы мы знали только этих древнейших из древних, то я мог бы уверенно написать, что тип хордовых возник в ходе «кембрийского взрыва», причем несколько позже, чем типы моллюсков и членистоногих, ископаемые остатки которых представлены уже в самых ранних кембрийских отложениях. Но для обсуждения проблемы возникновения хордовых у нас есть еще один важный источник сведений — современные представители типа, а также их геномы.

Как и следовало ожидать, когда в ход были пущены молекулярные часы, немедленно выяснилось, что ни пикайю, ни хайкоуихтиса нельзя считать первыми хордовыми. Генетики настаивают, что корни этого типа уходят далеко в сумрак докембрийских морей. Приведу только одну из сделанных ими оценок времени дивергенции, согласно которой общий предок всех вторичноротых жил от 700 до 650 млн лет назад, и в этом же временном интервале обособилась филогенетическая ветвь, ведущая к современным хордовым. Итак, первые этапы их эволюции должны были протекать в холодном и недружелюбном океане эпохи криогена. Возникновение подтипа позвоночных на той же хронологической схеме отнесено ко времени между 650 и 600 млн лет назад, то есть к началу эдиакария[204], задолго до того, как первые хордовые и первые позвоночные смогли попасть на страницы каменной летописи. Повторюсь, это вполне ожидаемо, потому что «молекулярные» датировки времени начала дивергенции практически всегда значительно опережают время появления первых ископаемых представителей изучаемой группы[205].

* Изображения взяты из открытых интернет-источников: реконструкция хайкоуихтиса — с сайта https://fossilhuntress.blogspot.com/, фотография отпечатка пикайи и реконструкция ее внешнего облика — с сайта, посвященного бёрджесским окаменелостям: https://burgess-shale.rom.on.ca/.

Но не имей мы в своем распоряжении не только окаменелостей, но и молекулярных часов, зоологи и в этих стесненных обстоятельствах смогли бы высказать некоторые догадки о том, что собой представляли вероятные предки позвоночных. До наших дней в морях и океанах сохранились существа, в которых специалисты видят живую «модель» этих предков, «предпозвоночное» (Р. Кэрролл). Я имею в виду знаменитого ланцетника — животное, описанием которого начинается каждый учебник зоологии позвоночных. Животное, относящееся к подтипу бесчерепных, самому примитивному подтипу хордовых. Для зоологов большая удача иметь в числе своих современников ланцетника, изучение которого чрезвычайно полезно для понимания происхождения и ранней эволюции хордовых. Потому он и сделался широко известным в узких кругах специалистов. Вообразите себе восторг историка, случись ему повстречать живого древнего русича времен князя Владимира Красное Солнышко! Русичей давно нет, а ланцетники, несмотря на свою примитивность, до сих пор здравствуют, и в некоторых регионах настолько обычны, что их даже употребляют в пищу.

Ланцетник имеет полупрозрачное удлиненное тело и очень напоминает пикайю и древнейших китайских рыбообразных существ, изображенных на рис. 10.1. Его научное имя вполне говорящее — ланцетник действительно похож на старинный хирургический инструмент. К нему вполне применима характеристика, которую дают палеонтологи древнейшим позвоночным: мелкие рыбообразные животные с веретеновидным телом и отсутствием границы между туловищем и головой[206]. Морфология ланцетника имеет черты, свойственные (по крайней мере, на некоторых этапах их онтогенеза) всем без исключения хордовым: билатеральная симметрия тела, серия жаберных щелей, расположенных на передней трети туловища, а также комплекс, состоящий из хорды и нервной трубки (прообраз нашего позвоночника с проходящим внутри его канала спинным мозгом). Это своего рода анатомический минимум, дающий животному право считаться хордовым. И все же ланцетник — это еще не позвоночное[207]. Все, что характерно для подтипа Vertebrata, — череп с упрятанным внутри него головным мозгом, позвоночник, парные конечности, челюсти, развитая голова — возникнет в эволюции гораздо позже и к тому же не одновременно. Надо сказать, что план строения, характеризующий современных высших позвоночных, от лопастеперых рыб до человека, формировался очень долго и постепенно, и начало его становления связывают с переходом к активному плаванию в толще воды, преследованию сравнительно крупной добычи. А бесчерепной ланцетник, скорее, домосед, существо малоподвижное и сохранившее унаследованный от предков фильтрационный тип питания. Адаптация к активному передвижению в воде дала начало организмам, которых мы называем рыбами. В одной из предыдущих глав уже говорилось о том, что рыбы — это очень гетерогенная группа позвоночных, которых объединяет водный образ жизни, особая «рыбообразная» форма тела и относительная анатомическая примитивность. Высшими позвоночными принято считать четвероногих (Tetrapoda), от земноводных до млекопитающих, и возникновение этой группы связывают с адаптацией к жизни на суше. Научное название «четвероногие» может кого-то ввести в заблуждение, потому что у птиц и человека всего две ноги, а у змей и дельфинов вообще ни одной. Но для филогенетики важно, что четвероногим был их последний общий предок, а что до сокращения числа конечностей в ходе эволюции… что же, бывает и такое.

Давайте же проследим долгий эволюционный путь позвоночных от безмозглых (буквально!) ланцетникообразных предков, живших, вероятно, в эпоху криогена, к сложным и башковитым организмам, среди которых и Леонардо да Винчи, и Альберт Эйнштейн, и ваш сантехник дядя Вася.

В июле 1830 г. в Париже было жарко и в прямом, и в переносном смысле. На улицах сооружались баррикады, шли настоящие бои. Это была Вторая французская революция, окончательно уничтожившая власть династии Бурбонов и положившая конец господству аристократии в общественном устройстве Франции. Но было «жарко» и на научном фронте. В 1830 г. европейские интеллектуалы следили не только за политическими новостями из Парижа, но и за продолжительной научной дискуссией, вошедшей в историю как «спор Кювье и Жоффруа Сент-Илера». Она длилась с апреля по октябрь этого года в стенах Французской Академии наук, хотя в дни уличных боев было, конечно, не до академических дискуссий. Когда стало совсем «жарко», Кювье, демонстративно заявивший о своей аполитичности, уехал в Лондон собирать материалы для «Естественной истории рыб» (Histoire naturelle des poissons). Спор начался при одном французском короле (Карле Х), завершился при другом (Луи-Филиппе Орлеанском), но отголоски его слышатся и в современных научных дебатах. Кювье и Сент-Илер были старыми друзьями и коллегами-зоологами. Оба много занимались вопросами сравнительной анатомии и внесли большой вклад в развитие зоологии. Спор между ними вышел по одному частному вопросу, но выявил принципиальное расхождение их взглядов на систему животного царства. Я уже упоминал, что Кювье, детально изучив анатомию множества различных видов, пришел к выводу, что в природе существует всего четыре плана строения и соответственно четыре таксономических типа животных. Сент-Илер не соглашался. С его точки зрения, все животные имеют принципиально сходное анатомическое устройство и строение всех типов и классов может быть сведено к единому прообразу, который природа варьирует на тысячи ладов. Как писал про него Гёте (автор близкой по духу концепции Прарастения), Жоффруа «в тиши трудится над аналогиями существ и таинственным родством их… в своем внутреннем сознании хранит целое и живет в убеждении, что одиночное может постепенно развиваться из него»[208].

Задача, за которую взялся Сент-Илер, была очень трудна. Шутка ли, доказать, с фактами на руках, что омар, кальмар и доктор Дуремар, будучи представителями разных типов животных, воплощают в своей анатомии общий принцип организации. Фактов было маловато, и Жоффруа был вынужден прибегать к разного рода натяжкам, философским доводам и очень спорным допущениям (например, он пытался доказать, что хитиновый наружный покров насекомого — это своеобразный «позвоночник», а жуки, мухи и тараканы живут внутри него, как моллюски внутри своих раковин). Кювье, опытнейший полемист, на нескольких заседаниях Академии наук, состоявшихся весной того памятного года, раскатал по бревнышкам анатомические построения своего оппонента и в глазах современников и потомков остался победителем в споре. Но не все аргументы Сент-Илера были натяжками и предположениями. Он опирался на результаты собственных анатомических исследований, хотя и смотрел на них сквозь призму своей излюбленной идеи. За восемь лет до спора с Кювье он опубликовал статью со странным для читателя наших дней названием «О позвонке у насекомого», в которой использовал необычный исследовательский прием. А именно, пытаясь соотнести анатомическое строение млекопитающих и ракообразных, он взял омара как представителя последних и перевернул его с брюха на спину. Вот как описывает это сам Сент-Илер: «Каково же было мое изумление, скажу больше, в какое восхищение привела меня открывавшаяся моим глазам картина: я увидел все системы органов омара, расположенные в таком же порядке, как у млекопитающих! Так, по бокам спинного мозга имелись налицо все спинные мышцы, ниже помещались пищеварительные органы и органы грудной полости, еще ниже — сердце и все части кровеносной системы; наконец, в самом низу, образуя последний слой, занимали свое обычное место брюшные мышцы»[209]. Что и требовалось доказать. Изменив привычную точку зрения, Жоффруа смог, как ему казалось, проиллюстрировать единство анатомического устройства членистоногих и позвоночных. Так родилась известная впоследствии гипотеза «перевернутости» хордовых, в соответствии с которой представители этого типа демонстрируют анатомическую инверсию по сравнению с беспозвоночными. Скажем, нашему спинному мозгу у насекомых соответствует брюшная нервная цепочка. Сами термины подсказывают, что оба органа выполняют сходные функции, но помещаются на противоположных сторонах тела: сердце позвоночных находится на брюшной стороне, а вот у беспозвоночных, у кого оно имеется, — обычно на спинной. Эти анатомические факты, как и некоторые другие им подобные, были прекрасно известны Кювье. Но историю пишут победители. Критика Кювье привела к тому, что концепция Жоффруа об анатомическом единстве всех животных, в которую он свято верил, была отвергнута, а вместе с ней в забвение ушла и гипотеза «перевернутости» хордовых[210]. На протяжении последующих двух веков к этой гипотезе периодически возвращались некоторые крупные морфологи, но она так и не получила широкого признания. Если ее и вспоминали, то скорее как исторический курьез. Допущение непонятного анатомического переворачивания казалось слишком фантастическим и даже бессмысленным, чтобы принимать его всерьез. Да и восторженное заявление Сент-Илера о полном соответствии в расположении органов омара и млекопитающих вовсе не истина в последней инстанции.

История науки интересна тем, что иногда даже крепко-накрепко забытые гипотезы вдруг извлекаются из небытия, отряхиваются от архивной пыли и становятся общепринятыми теориями из разряда «ну кто же этого не знает!». Так произошло с менделевской генетикой, с гипотезой движения континентов Вегенера и некоторыми другими ныне признанными концепциями. Открытие и изучение гомеобоксных генов в конце ХХ в. убедительно показало, что Жоффруа Сент-Илер был все-таки прав. По крайней мере, в том, что план строения хордовых и в самом деле основан на инверсии. Их (точнее, наше) анатомическое устройство действительно «ненормально» по сравнению с анатомией беспозвоночных. Логика Чеширского Кота: «…собака рычит, когда сердится, и виляет хвостом, когда радуется… А я? Я ворчу, когда мне приятно, и виляю хвостом, когда злюсь. Вывод: я — ненормальный».

Как удалось доказать верность гипотезы «перевернутости»? А вот как. Регуляторные гены, относящиеся к одним и тем же семействам, у беспозвоночных отвечают за формирование органов, лежащих на брюшной стороне, а у позвоночных — на спинной. Поскольку гены эти имеют общее происхождение у всех метазоев, то можно говорить о полном эволюционном соответствии брюшной стороны беспозвоночных и спинной — позвоночных. Специалисты именуют это красивым термином «дорзально-вентральная инверсия»[211]. Сент-Илер был бы доволен.

Зачем предки позвоночных прибегли к такому «извращению», сказать наверняка сложно. В поисках объяснений эволюционисты привычно обращаются к предположениям о резкой смене образа жизни. Возможно, что первые из «ненормальных» перестали отфильтровывать пищевые частицы из воды и перешли к собиранию корма с поверхности дна морского. Для этого они перевернулись на 180° и стали ползать по грунту на бывшей спине, ставшей теперь брюхом. А может быть, они делали то же самое, но не ползая по дну, а медленно над ним проплывая. Не исключено, что именно так возник прототип всех позднейших хордовых, начиная от пикайи, метасприггины и хайкоуихтисов. Маловероятно, что такой «перевертыш» мог сформироваться за одну ночь. Адаптация к принципиально новому образу жизни — дело нешуточное, но, увы и ах, палеонтологическая летопись ничего не расскажет нам об этих событиях далекой древности.

Следующий эволюционный шаг — появление настоящего внутреннего скелета с черепом, челюстями и позвоночником. Это тоже произошло не одномоментно, а растянулось на долгие миллионы палеозойских лет. От бесчерепных (ланцетник и ему подобные) дорожка ведет к бесчелюстным, которые были весьма обычны в морях раннего палеозоя, а потом почти все повымирали и в современной фауне представлены только миногами и миксинами. Хотя по традиции систематики причисляют этих существ к позвоночным, настоящего позвоночника у них нет, а его функции выполняет хорда, сохраняющаяся в течение всей жизни. Нет и костей. Нынешние миноги и миксины — это небольшая группа, находящаяся на задворках водного царства, но когда-то, в кембрии и ордовике, бесчелюстные были единственными представителями позвоночных, водившимися в морях и океанах. Судя по всему, они были широко распространены и долго не имели серьезных конкурентов, так что на первых порах (что в данном случае соответствует примерно 100–120 млн лет!) эти самые ранние прообразы конструктивного типа «рыба» могли спокойно экспериментировать с морфологией собственных тел. Мягкое и лишенное костяного скелета нутро бесчелюстных было прикрыто прочным покровом, состоящим из отдельных чешуй или щитков, больших или малых. Похоже на воителя былых времен, закованного в тяжелую броню или надевшего кольчугу. Такой способ защиты имеет очевидные недостатки, ограничивая маневренность и создавая проблемы при росте животного, поэтому данный путь эволюционного развития не стал магистральным для позвоночных. В конце концов они отказались от наружного панциря в пользу внутреннего костного скелета. Примечательно, что костная ткань появляется сначала с наружной стороны тела. Щит, прикрывавший мягкую плоть позднекембрийских бесчелюстных, состоял из обызвествленной ткани, сочетавшей характерные свойства кости и зуба. Это был сложный двухслойный материал. Верхний слой был похож по строению на зубную эмаль и дентин, а нижний, подстилающий — на кость[212]. В ходе дальнейшей эволюции костная и зубная ткани стали развиваться самостоятельно.

Почти полное исчезновение бесчелюстных к середине девонского периода (примерно 390 млн лет назад) принято объяснять появлением и массовым развитием их прямых конкурентов — челюстноротых позвоночных, обладавших куда более совершенным орудием нападения, а также более крупным ртом, позволявшим заглотить приличных размеров добычу. У челюстей было еще одно функциональное преимущество. Ими можно работать как насосом, закачивая большие объемы воды в жаберную полость, увеличивая тем самым интенсивность газообмена и повышая уровень метаболизма[213]. Это еще одно условие достижения крупных размеров тела. Параллельно с челюстным аппаратом развивались и более совершенные органы чувств, позволявшие позвоночным ориентироваться в среде, быстро меняющейся при активном передвижении.

Эволюционное происхождение челюстей остается не до конца понятным. Это приспособление не может действовать само по себе, для эффективной работы челюстей нужно кое-что еще, например соответствующая мускулатура. Одним словом, должен был сформироваться целый комплекс анатомических признаков, которых не было у бесчелюстных хордовых.

Классическая гипотеза, выдвинутая еще в 1859 г. немецким анатомом Карлом Гегенбауром, выводит челюсти из передних жаберных дуг, у которых появилась новая функция — накачивать воду в жаберную полость. Палеонтологи находят свидетельства в пользу преобразования дуг в челюсти уже у среднекембрийских хордовых, в частности у метасприггины (Metaspriggina), еще одного представителя замечательной бёрджесской фауны. Эмбриологи склоняются к гипотезе гетеротопии (она уже упоминалась в главе 8), вызванной мутацией или мутациями гомеозисных генов. Если она верна, то приобретение позвоночными челюстей должно было произойти стремительно (в геологическом масштабе времени, конечно).

Челюстные рыбы эволюционировали довольно быстро и с каждым новым миллионом лет становились еще крупнее, подвижнее, быстрее и страшнее для своих жертв. Уже в девонском периоде они породили подводных монстров (отряд артродиры) с длиной тела до 8 м и нижней челюстью, похожей на ковш экскаватора. Мощь их укуса должна была быть громадной. Впрочем, зубов эти чудовища еще не имели, их челюсти были усажены костными пластинами, позволявшими перемалывать панцири и кости своих жертв. Но уже бок о бок с ними в девонских морях жили рыбы, вооруженные вполне приличными зубами, а вот внутренний костный скелет появится позже; как известно, он отсутствует даже у многих современных позвоночных. Я имею в виду акул, скатов и им подобных, объединяемых в класс хрящевых рыб[214]. Эти успешные морские хищники довольствуются скелетом из минерализованного и довольно твердого хряща, что не мешает некоторым их видам наводить ужас на куда более «продвинутых» млекопитающих.

Тенденция к полному окостенению скелета дала начало особому классу костных рыб, и поныне господствующему в земных океанах, реках и озерах. Эти рыбы возникли в силурийском периоде и довольно быстро, уже к девону, разделились на две генеалогические ветви. Первая, ветвь лучеперых, охватывает большинство ныне живущих рыб, включая общеизвестных (карась, щука, сельдь). Несмотря на огромное разнообразие (превышает 20 000 видов в современной фауне, то есть больше, чем видов рептилий, птиц или зверей) и способность жить в водоемах самого разного типа, лучеперые за продолжительное время своей эволюции изменились сравнительно мало и до сих пор «остались рыбами». Судьба второй ветви костных рыб — лопастеперых — имеет для нас гораздо больший интерес. Именно среди них мы встречаем прямых предков всех наземных позвоночных, а значит, и человеческого племени.

В основу разделения костных рыб на две группы положено различное строение их плавников. У лучеперых рыб — о чем знает каждый рыболов-спортсмен и каждый любитель блюд из рыбы — плавники практически лишены мускулатуры и поддерживаются за счет проходящих внутри них длинных скелетных лучей. Их движениями управляют мышцы, находящиеся в стенке тела. Лопастеперые рыбы имеют мясистые плавники с утолщенной костной осью. Они движутся за счет работы мускулов, находящихся в самом плавнике. Такое строение позволяло не только совершать более сложные движения, но и, как мы вскоре убедимся, послужило прекрасной отправной точкой для эволюции наземных позвоночных. Водное существо с черепом, окостеневшим скелетом и мускулистыми плавниками было уже вполне оснащено для того, чтобы выбраться на поверхность земли и сделаться родоначальником самой процветающей ветви хордовых — четвероногих.

Хотя жизнь зародилась в водной среде, организмы с очень давних пор предпринимали попытки проникнуть в сухопутный мир. Древнейшие следы существования наземных бактериальных матов датируются, по некоторым, хотя и не общепризнанным, данным, временем около 2,6 млрд лет назад, то есть они существовали задолго до появления и эукариот, и многоклеточных животных[215]. Благодаря научно-популярным книгам и фильмам мы представляем себе тогдашнюю сушу как место крайне негостеприимное и неудобное для жизни: резкие перепады температур, активный вулканизм, отсутствие озонового слоя, защищающего от гибельного ультрафиолета, а то и глобальное похолодание, превратившее однажды нашу планету в покрытый льдом шарик. Действительно, совсем не курорт. Такие условия вряд ли приемлемы для высших организмов, но не для архей и бактерий, среди которых есть много истинных «экстремалов», способных жить кто в исландских гейзерах, а кто и в озерах жидкого асфальта.

Многоклеточные организмы, животные и растения, смогли выбраться из воды на сушу гораздо позднее, после того как в атмосфере сформировался защитный озоновый слой. Самые первые несомненные следы пребывания животных в наземной среде относятся к началу ордовикского периода[216]. Они принадлежат так называемым эутикарциноидам — небольшим пресноводным членистоногим, которых раньше считали родственниками ракообразных, а сейчас сближают с многоножками. Эти ископаемые следы были оставлены примерно 483 млн лет назад на территории нынешней южной Австралии. В то время плотного растительного покрова на земле еще не было; в ископаемых ордовикских почвах нет остатков подземных частей растений. Не было и четкой границы между морем и сушей. Побережья морей представляли собой обширные плоские равнины, на которых залитые водой участки перемежались с большими и малыми островками суши. Ни море, ни твердый берег, а нечто среднее — раскинувшаяся на сотни квадратных километров топь. Возможно, современные мангровые заросли по берегам тропических морей представляют отдаленный аналог подобных ландшафтов (с тем существенным отличием, что никаких «зарослей» в ордовике не было и быть не могло). Такой вот «переходный» ландшафт видится палеобиологам вполне подходящим местом, где могло произойти самое важное эволюционное событие в истории позвоночных.

История того, как «рыбы вышли на сушу», описана многократно и в научной, и в популярной литературе. Уже в ХХI в. была сделана очень важная находка вымершего существа, которого часто рассматривают как несомненную переходную форму между настоящими рыбами и четвероногими. Это тиктаалик, лопастеперая рыба, жившая примерно 375 млн лет в местах, где сейчас находится Канадский Арктический архипелаг. Тиктаалик очень знаменит, его можно назвать «археоптериксом XXI в.»; один из авторов находки, палеонтолог Нил Шубин (Neil H. Shubin), написал про него и историю его обнаружения книгу, переведенную на многие языки[217]. В строении этого животного причудливо перемешаны рыбьи, амфибийные и «переходные» признаки. Судите сами: у тиктаалика были вполне рыбья чешуя и плавники, но при этом он обладал плечевым и локтевым суставами, заметно обособленной от остального тела головой (на рисунках-реконструкциях ему обычно придают крокодилообразный облик), а также ребрами. Внутреннее строение его плавника (еще плавника, не ноги!) тоже не назовешь типично рыбьим. Вот что пишет Нил Шубин: «У тиктаалика была лопатка, плечо, предплечье и запястье, состоящие из тех же костей, что и соответствующие части человеческой руки. Изучая строение суставов, соединяющих эти кости, чтобы понять, как они двигались друг относительно друга, мы убедились, что конечности тиктаалика были приспособлены для выполнения довольно необычной функции: эта рыба могла отжиматься… Конечности могли сгибаться в локтях, как наши руки, а запястье позволяло отогнуть конец плавника в сторону, так что рыбья „ладонь“ прижималась к земле… Тиктаалик умел выполнять известный приказ „упал-отжался“!»[218]. Такие конечности уже пригодны для того, чтобы бегать, ходить, ну или хотя бы медленно переползать по твердой земле.

Как ни странно, эта усовершенствованная конечность возникла еще до того, как лопастеперые рыбы отправились на завоевание суши. Она имела вполне функциональное значение и для обитателей мелководья, поскольку позволяла ее владельцам с силой отталкиваться ото дна, совершая уверенные и быстрые движения. В условиях жизни на девонском взморье, размытом пограничье между водной и наземной средами, сложная конечность была полезна и для тех позвоночных, кто не помышлял бегать по суше.

Дальнейшая история позвоночных настолько богата событиями и разнообразна, что ее можно набросать в короткой главе лишь очень широкими мазками, отмечая ключевые моменты. Самый первый класс четвероногих — это земноводные, они же амфибии. Лягушки, жабы, тритоны, саламандры, из вымерших представителей различные ихтиостеги, бентозухи, тулерпетоны, ринезухи и прочая ископаемая публика. Названия, звучащие как песня в ушах палеонтолога, но мало знакомые широкому читателю, которого гораздо больше интригуют динозавры.

Название «земноводные» хорошо отражает явную «переходность» в образе жизни и способе размножения этого класса. Определенно уже не являясь рыбами, амфибии сохранили крепкую связь с водой, в которую они откладывают свои мелкие и лишенные прочных наружных оболочек икринки. Личинки амфибий тоже развиваются в водной среде, а влажная и гладкая кожа взрослых земноводных плохо защищает организм от высыхания, поэтому их можно встретить только во влажных местообитаниях. Все эти особенности показывают, что земноводные были только первым «эскизом» на пути полной адаптации позвоночных к наземно-воздушной среде. Впрочем, эволюционными неудачниками их не назовешь — амфибии благополучно пережили все пертурбации прошлых геологических эпох, включая массовые вымирания и глобальные похолодания, и весьма разнообразно представлены в фауне наших дней.

Все позвоночные, которых можно считать полностью и безоговорочно сухопутными, а также их потомки, вторично вернувшиеся к обитанию в воде, образуют группу амниот. Для них характерно наличие специальных наружных оболочек, одевающих развивающийся эмбрион и защищающих его от негативных внешних воздействий, но не препятствующих при этом газообмену с окружающей средой. Амниоты не только значительно снизили свою зависимость от воды, но и получили возможность снабжать зародышей большим количеством желтка. Эмбрион может пребывать внутри яйца сравнительно долгое время, используя запасенные в нем питательные вещества, а это значит, что нет необходимости в особой личиночной стадии развития. Вспомните крупные, полные желтка птичьи яйца, размеры которых даже у самых мелких видов (королек, колибри) не меньше сантиметра. А вот у современных земноводных сантиметровая икринка — рекордсмен по размерам[219], как правило, они значительно мельче. Как ни старайся, большого количества желтка в икринку не поместишь; волей-неволей молодому животному приходится быстро выбираться наружу и начинать самостоятельно добывать пищу.

Итак, амниоты — это рептилии, птицы и млекопитающие. Рептилии появились в конце палеозоя, млекопитающие в триасовом, а птицы — в юрском периоде мезозоя. С их возникновением закончилось формирование современной структуры типа хордовых, и с тех пор, в течение всего мелового периода и всей последовавшей за ним кайнозойской эры, новых классов позвоночных не появилось. Больше того, новые типы и классы перестали возникать (еще в палеозое) и среди беспозвоночных. На протяжении последних 65 млн лет развитие животного мира заключалось в возникновении и вымирании лишь относительно низших таксономических единиц — видов, родов, семейств и отрядов. Кто-то может решить, что в мезозое иссякла «творческая сила» эволюции, не способной уже создавать принципиально новые планы строения. Но это было бы неверным заключением, и вот почему. Причина непоявления новых типов и классов животных в кайнозое заключается в том, что к концу мезозойской эры свободное экологическое пространство на свете оказалось заполненным. Все «роли» в экономии природы, которые возможны в имеющихся планетарных условиях, были распределены между «актерами», а принципиально новых сред обитания больше не появлялось. Животные освоили морские и пресные воды, сушу, почву, приземные слои воздуха. Проникли везде и всюду, куда им позволяют их морфология и физиология, но не дальше. При этом эволюция видового разнообразия животных в последнюю геологическую эпоху не только не остановилась, но даже ускорилась[220]. Об этом ясно свидетельствуют данные палеонтологической летописи, причем не только сухопутных, но и морских животных. Разнообразие беспозвоночных и хордовых в океане, «колыбели жизни», неуклонно росло, начиная с кембрия. Хотя периодически биосферу потрясали массовые вымирания, в ходе которых виды и роды исчезали за короткое время тысячами и десятками тысяч, ни одно из них не могло нарушить этот общий тренд роста разнообразия. Даже катастрофическое пермско-триасовое вымирание (на границе палеозоя и мезозоя исчезло до 96 % видов морских и до 73 % видов сухопутных животных) не привело к необратимому регрессу.

Позволю себе привести результаты собственного исследования, проведенного совместно с палеонтологами Алексеем Бондаревым и Александром Марковым. Используя две очень полные базы данных о геологическом возрасте и встречаемости древних организмов в коллекциях ископаемых, мы определили, сколько родов морских животных существовало в ту или иную эпоху, от кембрия до наших дней. Почему мы подсчитывали число родов, а не видов? Да потому, что это позволяет получить более достоверные результаты. Дело в том, что палеонтологи, работая со скудными ископаемыми остатками, порой не могут правильно провести границы между видами, бывает, что в основе их решений лежат субъективные методы и не бесспорные интерпретации. Поэтому многие виды ископаемых животных установлены не очень надежно, и основывать на них какие-то фундаментальные расчеты было бы опрометчиво. Роды ископаемых животных — другое дело; они, как считает большинство авторов, установлены куда более достоверно и объективно. Еще один вопрос, который можно задать: почему мы ограничились только морской фауной? И здесь все определяется спецификой палеонтологической летописи. Вероятность того, что остатки погибшего животного сохранятся в осадочных породах и превратятся в ископаемые в водной среде, гораздо выше, чем на суше. Есть такие наземные биомы, например влажный тропический лес, в которых шансы для какого-то вида, даже с твердым скелетом, сохраниться в качестве ископаемого ничтожны. Многие вымершие наземные позвоночные и насекомые известны нам только потому, что их кости оказались на озерном мелководье или были вынесены в море с течением рек и быстро погребены под слоем ила. Вот почему морская палеонтологическая летопись гораздо полнее и репрезентативнее, чем наземная.

* Воспроизводится, с небольшими дополнениями, из статьи: Винарский М. В., Бондарев А. А., Марков А. В. Моллюски в фанерозойских морских сообществах: выводы из анализа глобальных палеонтологических баз данных // Палеонтологический журнал. 2010. № 4. С. 6–18.

Полученные нами результаты наглядно представлены на графике (рис. 10.2).

Хорошо видно, что общая тенденция состояла в прогрессирующем увеличении числа родов морских животных во времени. Это была не гладкая и поступательная динамика, а драматический процесс, в котором случались «взлеты» и «падения». Но за каждым большим вымиранием прошлого, которых палеобиологи сейчас насчитывают пять (пермско-триасовое лишь самое масштабное из них), непременно следовали восстановление былого изобилия родов и новые рекорды биологического разнообразия. В каком-то смысле эти вымирания имели прогрессивное значение, потому что в их ходе с лица земли сметались «отжившие свое» группы примитивных животных, а освободившееся место занимали эволюционно «продвинутые» формы. (Это не нужно абсолютизировать; даже в современной фауне позвоночных весьма высокоорганизованные млекопитающие сосуществуют со сравнительно примитивными амфибиями.)

Такая же тенденция прослеживается, если рассмотреть отдельно один из типов животных. Мы выбрали для этого моллюсков, которые не только всегда были обильно представлены в морях и океанах, но и прекрасно сохраняются в палеонтологической летописи (за исключением сравнительно немногочисленных групп, лишенных раковин). Результат был однозначным: разнообразие морских моллюсков неуклонно повышалось от кембрия к концу кайнозоя, и описывающая его динамику ломаная линия имеет практически ту же форму, что и линия, характеризующая развитие морской биоты в целом (см. рис. 10.2).

К сожалению, пятью массовыми вымираниями в истории Земли дело не ограничилось. Сейчас только ленивый не говорит и не пишет о шестом вымирании, постигшем биоту нашей планеты по вине человека. В абсолютных цифрах современное исчезновение родов и видов пока еще не столь масштабно, как это было на границе перми и триаса, но темпы этого процесса впечатляют. Хотя человек разумный стал оказывать воздействие на животный мир еще в ледниковую эпоху (древним охотникам нередко приписывают существенный или даже решающий вклад в исчезновение плейстоценовой мегафауны во главе с мамонтами), подлинно катастрофический натиск на биоразнообразие начался совсем недавно, после наступления эпохи индустриализации.

Можем ли мы надеяться, что, как и раньше, очередное великое вымирание закончится быстрым восстановлением утраченного биоразнообразия? Увы, шансы на такой исход не выглядят блестящими. В большинстве случаев виды животных в наши дни вымирают не потому, что их прицельно истребляет человек, как это случилось в прошлом с эпиорнисами, птицей додо и, вполне вероятно, мамонтами. Причина состоит в том, что антропогенная активность трансформирует — в нужную человеку сторону — целые экосистемы, а это обычно приводит к их деградации, упрощению исходной структуры и вымиранию видов, не способных адаптироваться к резко изменившимся условиям. Богатые видами сообщества копытных степей и саванн сменяются миллионными стадами коз и овец, начисто выедающими и вытаптывающими растительный покров. На место девственных лесов приходят «лесопарки», в которых не каждая птица и не каждое лесное насекомое сможет поселиться. Прогресс техники и цивилизации ведет к тому, что все большая площадь поверхности земли становится непригодной для поддержания естественных и разнообразных сообществ. Преобразованные человеком ландшафты «заточены» под его потребности, и даже если предположить, что по мановению волшебной палочки шестое вымирание возьмет да и закончится, то для восстановления утраченного числа видов просто не останется экологического пространства. Почти все оно будет занято человеком, его постройками, возделываемыми землями и транспортными коммуникациями. Уже сегодня естественные местообитания, в которых может идти биологическая эволюция, сосредоточены в основном в особо охраняемых природных зонах — заповедниках, заказниках, национальных парках. Исчезли непрерывные, тянущиеся через целые континенты пояса лиственных лесов, степей, джунглей. Так стремительно сокращается «эволюционное пространство», на котором могут возникнуть новые виды животных.

«Для диких животных места нет» — так озаглавил одну из своих книг немецкий зоолог и деятель в области охраны природы Бернгард Гржимек. Книга была опубликована более полувека назад. С тех пор площадь заповедников по всему миру значительно выросла, окрепло природоохранное движение, многие страны стали получать солидный доход от экологического туризма и уже поэтому стараются сохранить свою флору и фауну. Но проблема вытеснения диких животных людьми никуда не исчезла. Численность человечества продолжает расти, городские поселения «откусывают» все больше земель, да и потребление природных ресурсов идет по нарастающей. Поэтому, несмотря на громкие декларации и конвенции о защите биоразнообразия, провозглашаемые на уровне ООН и других международных организаций, шестое вымирание пока не удалось остановить. По-видимому, сложившаяся модель социального и экономического развития человечества в принципе плохо совместима с сохранением биосферы. Для полноты картины замечу, что некоторые футурологи считают, будто ничего трагического на самом деле не происходит и в перспективе нескольких тысячелетий глобальная экосистема «адаптируется» к фактору человеческого воздействия, так что никакого необратимого разрушения природной среды обитания не произойдет. Экологические активисты по всему миру напрасно шумят и скандалят. Так, по мнению футуролога Сергея Переслегина, человек разумный «представляет собой значительно меньшую угрозу современной биоте, нежели в свое время зоопланктон. То есть мы не можем погубить не только природу, но даже и себя». Дальше — больше. Природа возьмет на вооружение стратегию использования разума, оказавшуюся такой эффективной. Поэтому Переслегин ожидает «быстрого (в эволюционном смысле) возвышения к разуму целого ряда биологических видов — начиная с естественных спутников людей: крыс, собак и кошек»[221]. Выглядит утопично, хотя и захватывающе. Теоретических запретов на такую «сапиентизацию», по-видимому, не существует: если разум возник в одной из генеалогических ветвей высших млекопитающих, то почему не в другой? Однако холодный критический разум биолога может заметить на это, что биологическая эволюция — процесс непредсказуемый; рассуждать, что будет с природой даже в ближайшие несколько тысяч лет, сродни гаданию на кофейной гуще. (А футурологи давно стали притчей во языцех как мастера давать несбывающиеся прогнозы.) Пока же взаимоотношения человечества и высших позвоночных в основном оборачиваются сокращением численности, фрагментацией популяций и сокращением видового разнообразия последних.

Будет очень печально, если блестящая эволюция позвоночных, продолжавшаяся больше полумиллиарда лет, завершится таким унылым образом.

Глава 11. Человек происходит от Дарвина[222]

Ибо, если бы человек, властитель мира, умнейшее из дыхательных существ, происходил от глупой и невежественной обезьяны, то у него был бы хвост и дикий голос… Разве мы покрыты кругом шерстью? Разве мы не носим одеяний, коих лишены обезьяны? Разве мы любили бы и не презирали бы женщину, если бы от нее хоть немножко пахло бы обезьяной, которую мы каждый вторник видим у Предводителя Дворянства? Если бы наши прародители происходили от обезьян, то их не похоронили бы на христианском кладбище…

Антоша Чехонте. Письмо к ученому соседу

Один античный мудрец однажды сказал:

Если бы руки имели быки и львы или кони,

Чтоб рисовать руками, творить изваянья, как люди,

Кони б тогда на коней, а быки на быков бы похожих

Образы рисовали богов и тела их ваяли,

Точно такими, каков у каждого собственный облик.

Вот почему, продолжал он, эфиопы живописуют своих богов черными и с приплюснутыми носами, фракийцы — рыжими и голубоглазыми, мидяне и персы — также подобными самим себе[223]. Это очень верно подмечено. Люди разных стран и во все эпохи были чрезвычайно склонны помещать себя в центр Вселенной, мерить мир по своей мерке и находить воплощение собственных свойств во всем, что их окружает. Такой антропоцентрический образ мыслей процветает и сегодня, однако в естественных науках он считается одним из самых тяжких грехов. И физики, и химики, и биологи стремятся познавать природу «объективно», то есть такой, какой она есть сама по себе, без всех этих чисто человеческих предрассудков и претензий на центральное место в мироздании. Историю европейского естествознания Нового времени иной раз пишут так, словно ее прогресс заключается в постепенном низвержении «властителя мира» с самовольно занятого им престола и уравнивании его в правах с остальными объектами мира живого и неживого. Испокон веков люди считали себя хозяевами Земли, а саму нашу планету — центром Вселенной. Так бы оно шло и дальше, но «пришел Коперник» и научно доказал, что в центре мироздания находится вовсе не Земля, а Солнце. Это бы еще ничего, но в скором времени «пришел Ньютон» и также неопровержимо доказал, что Вселенная бесконечна, а Солнце и окружающие его планеты даже не пылинка в космической безбрежности, а что-то невообразимо малое, во всяком случае гораздо меньшее в сравнении с целым Космосом, чем песчинка — с Мировым океаном. А потом «пришел Дарвин» и тоже научно доказал, что человек — не царь природы и не особое существо, сотворенное «по образу и подобию Божию», а всего лишь один из миллионов биологических видов, возникший вполне себе естественным эволюционным путем. И вообще, мы — узконосые обезьяны. Многим такое положение дел казалось, да и сейчас кажется, ужасно обидным, но зоология неумолимо стоит на своем…

И тем не менее нам никуда не деться от человеческого в себе, и во всей мировой фауне нет для нас никого ближе и интереснее, чем биологический вид Homo sapiens. Вот почему почти в каждой из предыдущих глав этой книги можно найти упоминания об эволюции человека и его кровном родстве с остальным животным миром. Я раз за разом приводил в пример человека не просто так, а потому, что подобные примеры всегда самые наглядные и доходчивые. Но, конечно, вид человек разумный вполне достоин того, чтобы посвятить ему особую главу. Я не буду здесь в подробностях рассказывать об эволюции рода Homo и обо всех наших многочисленных прямых предках и дальних родичах. Об этом написано много хороших книг[224]. Поговорим о том, какое место мы занимаем в картине мира, рисуемой современной филогенетикой.

Разговор об этом всегда непрост, потому что затрагивает какие-то весьма чувствительные струны нашего сознания. Близкое кровное родство с животными еще и поныне не стало общепринятой истиной (я не имею в виду научное сообщество). Представления об «особости» и даже «избранности» человеческого рода укоренены очень крепко[225], и их порой разделяют люди куда более просвещенные, чем Войска Донского отставной урядник из дворян Василий Семи-Булатов, автор письма к ученому соседу. Мне случалось встречать людей, которых глубоко возмущала и обижала сама мысль, что человек — это животное. И тем не менее, вопреки всем обидам и wishful thinking, с биологической точки зрения Homo sapiens есть вид высших приматов из группы Catarrhini (узконосые обезьяны). Ни генетически, ни физиологически, ни биохимически, ни анатомически современный человек не отделен непроходимой пропастью от других представителей класса млекопитающих. Мы видели, что это прекрасно понимал Карл Линней, а Чарльз Дарвин дал этому эволюционное истолкование.

Ближайшие сподвижники и последователи Дарвина, такие как Геккель в Германии, уже занялись вычерчиванием совершенно конкретных филогенетических схем, отражающих родословие человека (см. рис. 2.4). У современного читателя рассуждения «дарвиновских бульдогов» о филогении человечества могут вызвать легкую оторопь. Эти ученые ничтоже сумняшеся расставили все расы и народы по ступенькам лестницы совершенства, от высших к низшим, поместив в самом низу папуасов, бушменов и других «дикарей» (рис. 11.1). Выше всех оказались представители двух самых «продвинутых» рас — средиземноморской (европеоидной) и монголоидной, которые тоже внутри себя делятся на высших и низших (скажем, эскимосы стоят гораздо ниже японцев). Такая классификация была предложена Геккелем, который не остановился на достигнутом и со временем стал разделять человечество на 12 (!) самостоятельных видов, в состав которых входит 36 рас. Само собой, и эти виды были им выстроены по ранжиру, от низшего (папуасов) до высшего (в его терминологии «индо-германцы», что, видимо, примерно соответствует современным индоевропейцам). Автор, не привыкший сдерживать свою фантазию, предполагал, что все эти 12 видов, словно 12 колен Израилевых, возникли в одном месте, откуда потом расселились по белу свету. По мнению Геккеля, прародиной человечества была Лемурия — фантастический континент, который якобы ныне покоится на дне Индийского океана…

Научный расизм был частью интеллектуального климата эпохи. Природное равенство людей разных рас, народов и даже полов, в том числе равенство умственного развития, всерьез утверждали лишь немногие. Достопочтенные викторианские джентльмены могли обладать прекраснейшими человеческими качествами, искренне возмущаться работорговлей, нежно любить своих жен и дочерей, но при этом не менее искренне считать черную расу низшей и полагать, что женщинам не следует предоставлять избирательные права. Томас Гексли учил, что «…ни один разумный и знающий факты человек не поверит, что среднестатистический негр равен белому, не говоря уже о превосходстве над ним». Если представить себе, что две эти расы поставлены в равные условия, рассуждал ученый, то «просто невероятно, чтобы… [негр] мог успешно конкурировать со своим соперником, у которого мозг крупнее, а челюсти меньше, в борьбе, в которой сражаются интеллектом, а не зубами»[226]. Но так думали не только викторианцы. Представление о естественном неравенстве рас было мейнстримом в европейской науке второй половины XIX в. Эрнст Геккель выражался прямо: «Низшие люди (австралийцы, африканские негры, тасманийцы) со всей очевидностью близки к высшим обезьянам (горилла, шимпанзе, оранг), намного ближе, чем высшие человеческие расы»[227]. Взгляните на картинку из его книги, где чернокожий премило устроился на ветвях дерева (настоящего, а не генеалогического) в компании с другими человекообразными приматами (рис. 11.2).

Одним словом, называться «венцом эволюции» было дозволено тогда не всем…

Все эти научные аргументы с удовольствием использовали теоретики и практики английского (и не только английского) колониализма, писавшие о «бремени белого человека», историческое призвание которого — нести свет культуры и цивилизации «низшим расам». А те из них, которые настолько примитивны, что неспособны усвоить начала того и другого, обречены, в соответствии с эволюционной теорией, на исчезновение. Таков неумолимый принцип борьбы за существование. Вот почему Герберт Уэллс, изображая в своей «Войне миров», как инопланетные завоеватели уничтожают викторианскую Англию вместе с ее обитателями, рассуждает о том, что им, марсианам, люди должны казаться подлежащей истреблению низшей расой, какой просвещенному европейцу кажутся тасманийцы и готтентоты. Уэллс, биолог по образованию, чьим наставником был сам Томас Гексли, хорошо знал, о чем говорил.

Сейчас, конечно, времена изменились. Уже никто из антропологов всерьез не делит расы на эволюционно продвинутые и отсталые. Да и само выражение «человек — венец эволюции» осталось разве что в лексиконе журналистов, но не солидных ученых. Почему это так, я объяснял в главе 2. Но есть еще одно столь же популярное утверждение, от употребления и вдалбливания которого больше вреда, чем пользы. Я имею в виду пресловутое «человек происходит от обезьяны». Это неверно вдвойне. Хотя бы потому, что никакой такой «обезьяны вообще» в природе не существует. Есть вполне конкретные бабуины, мартышки, колобусы, гиббоны и ревуны. Ни один из этих видов непосредственным предком человека не является. Даже ближайших к нам современных приматов, шимпанзе, отделяет от нас около 5 млн лет независимой эволюции. Именно столько лет назад, или чуть больше, жил наш последний общий предок. Эти 5 млн лет были богаты на эволюционные события, так что Homo sapiens от обезьяны отделяет длинная череда предковых видов, различающихся по степени своего «человекообразия» (чем ближе к нам по времени, тем они более человекоподобны). Если же зайти с другой стороны и взглянуть на человека разумного строго зоологически, то он тоже является обезьяной, так что в упомянутой расхожей фразе смысла не больше, чем в утверждении, что человек происходит от млекопитающего (или рыбы, или рептилии). Мы и от LUCА тоже происходим, в конце концов. А если припомнить хорошенько, о чем шла речь в предыдущих главах, то станет понятно, что сакральный момент, когда «последняя обезьяна родила первого человека», определить в принципе не получится.

Методы, которые применяются при реконструкции генеалогии рода человеческого, принципиально ничем не отличаются от тех, что с успехом работают в изучении филогении остальных животных. Классический подход основан на поиске, описании и изучении фоссилизированных остатков древних гоминид. Трудности и ограничения, с которыми сталкиваются в своей работе палеоантропологи, нам уже хорошо известны. Это фрагментарность и скудость ископаемого материала, большие перерывы в геологической летописи, а также почти полное отсутствие сохранившихся мягких тканей. Правда, и окаменевшие кости как таковые могут быть невероятно информативны, особенно если использовать для их изучения суперсовременные научные приборы. Даже один-единственный зуб нашего далекого предка может много рассказать о том, как и чем питался его владелец, обрабатывал ли он свою пищу или поедал ее сырой, каково было соотношение растительных и мясных кормов в его рационе и так далее. Изучая черепную коробку, можно сделать важные выводы о размерах и даже строении мозга, который в ней когда-то помещался. Но все равно очень многое приходится реконструировать и додумывать, опираясь как на несомненные факты, так и на более или менее реалистичные интерпретации.

Рождение палеоантропологии как научной дисциплины датируется сентябрем 1891 г., когда никому не известный военный врач голландской армии Эжен Дюбуа откопал на острове Ява фрагменты скелета питекантропа, давно предсказанного эволюционистами «обезьяночеловека». С тех пор поиски предков человека велись на разных континентах и в разных странах. Не закончены они и поныне. Примерно раз в несколько лет палеоантропологи публикуют сообщения о новых важных находках, поэтому неверно было бы думать, что «ископаемая родословная» нашего вида уже восстановлена во всех подробностях. Лучше всех изучены, конечно, ближайшие к нам по времени палеогоминиды, особенно неандертальцы. Сенсационные африканские открытия последних десятилетий — сахелантроп, оррорин, кениантроп — постепенно заполняют зияющие бреши, соответствующие первым миллионам лет антропогенеза, прошедшим после разделения двух эволюционных ветвей, на вершине которых находятся современные люди и шимпанзе. Эти гоминиды жили 3 млн лет назад и раньше, и в руках палеонтологов нет ни одного их полного скелета, только отдельные зубы, обломки бедренных костей, иногда черепов. Вот почему положение вновь найденных предков в человеческой родословной часто становится предметом жарких споров. Это касается и видов, не столь удаленных от нас во времени. Достаточно упомянуть не окончившиеся и по сей день дискуссии о знаменитом «хоббите» — карликовом гоминиде, останки которого были обнаружены в 2003 г. на индонезийском острове Флорес. Многие видят в нем особый вид рода Homo, для которого, как и для многих островных животных, карликовые размеры являются нормальным видовым признаком. Некоторые ученые, однако, настаивают, что это не более чем разновидность человека разумного (наподобие африканских пигмеев) или что найденные части скелета принадлежат «уродам»-микроцефалам. Впрочем, описание в 2019 г. еще одного карликового вида гоминид, жившего на филиппинском острове Лусон, резко снижает правдоподобность «уродской» гипотезы[228].

Особенно большие надежды сегодня возлагаются на сравнительно новый подход, основанный на выделении и расшифровке «древней ДНК». О некоторых результатах, полученных с его помощью, я уже рассказывал в главе 9. Эта область палеоантропологии, называемая палеогеномикой, развивается стремительно. Когда в 1997 г. Маттиас Крингс (Matthias Krings) и Сванте Пеэбо (Svante Pääbo) объявили о расшифровке небольших фрагментов митохондриальной ДНК неандертальца, это выглядело настоящей фантастикой. Сейчас исследователи могут оперировать целыми геномами, причем и неандертальцев, и денисовцев, и древних людей современного типа. Расшифровать полный геном неандертальского человека по ДНК из костей, обнаруженных в Хорватии, удалось уже к 2010 г.

Но заглянуть еще глубже в прошлое человечества таким способом, увы, пока почти не удается. Современные технологии не позволяют расшифровывать древнюю ДНК из образцов старше 0,5–1,5 млн лет[229]. Есть еще одно но, несколько ограничивающее возможности этого подхода. Древняя ДНК обычно извлекается из останков отдельных особей, живших порой на большом удалении друг от друга. С точки же зрения популяционной генетики наиболее достоверные результаты получаются, только если анализируются не индивидуумы, а целые популяции[230]. Это легко реализуется при изучении современного человека, но почти невозможно при анализе вымерших видов, когда приходится работать с тем, что есть.

Вот почему столько внимания уделяется еще одному «окну в прошлое», которое приоткрывают нам исследования генома ныне живущих Homo sapiens. Представим, что мы, люди, относились бы не к позвоночным животным с окостеневшим внутренним скелетом, а к группе каких-нибудь совершенно мягкотелых организмов (разумные слизни!), от которых в геологической летописи не остается практически ничего. Но и в этом фантастическом случае методы молекулярной филогенетики позволили бы нам не только выявить свое кровное родство с остальным животным миром, но и узнать немало интересного об эволюционной судьбе нашего вида.

Здесь никак не обойти молчанием самое знаменитое детище палеогенетиков — митохондриальную Еву. Некоторые не очень хорошо разбирающиеся в биологии авторы сочли ее «научным доказательством» реального существования в прошлом библейской праматери всех людей. Той самой своенравной первой женщины, поддавшейся на уговоры змея-искусителя (а что было дальше, вы сами знаете).

На самом же деле в научной статье, с которой началась эта история, никакая «Ева» даже не упоминалась. Статья увидела свет в журнале Science в первый день нового 1987 г., и называлась она сухо и по-научному деловито: «Митохондриальная ДНК и эволюция человека». Авторами ее были три сотрудника кафедры биохимии Калифорнийского университета. Путем анализа митохондриальных генов, взятых у 147 женщин, принадлежащих географически удаленным друг от друга популяциям человека (от Северной Америки до острова Новая Гвинея), они показали, что все современные люди имеют митохондриальную ДНК, «происходящую от одной женщины, жившей предположительно 200 000 лет назад, вероятно в Африке»[231]. Кто первым окрестил эту прародительницу митохондриальной Евой, в точности не известно, скорее всего, кто-то из журналистской братии. Прозвище понравилось и стало мелькать не только в прессе, но и на страницах научных журналов.

Чтобы разобраться, как был получен такой вывод, надо познакомиться с понятием гаплотип. Так называется уникальная совокупность аллельных генов, находящихся на одной хромосоме и обычно передающихся по наследству как единое целое. Каждый маркерный ген, используемый при реконструкциях ДНК-генеалогий, представлен в популяциях множеством уникальных вариантов, частоты которых разнятся от местности к местности. Эти варианты и представляют собой гаплотипы. Изучая их распределение во времени и пространстве, можно определить, как географически размещены их носители (то есть индивидуальные организмы), насколько они отличаются друг друга и даже кто от кого произошел. В последнем случае используются данные о мутациях, которые передаются от предка к потомкам и маркируют родственные отношения. При этом в одной и той же популяции несколько или даже много особей могут иметь один и тот же гаплотип данного гена. Например, в выборке, изученной авторами статьи «Митохондриальная ДНК и эволюция человека», на 147 женщин пришлось только 133 гаплотипа.

Используя специальную компьютерную программу, калифорнийские биологи составили вероятное генеалогическое древо этих гаплотипов (важно: не людей, а именно гаплотипов!). Оказалось, что все они четко распадаются на две группы. Одна, небольшая, была найдена только у представительниц племени Южной Африки, а вторая, куда попало большинство найденных гаплотипов, оказалась рассеянной по всему свету, включая Африку (рис. 11.3). Чтобы определить, хотя бы приблизительно, когда жил носитель предкового гаплотипа этих двух групп, в ход были пущены молекулярные часы. Результат оказался более чем неопределенным: от 140 000 до 290 000 лет назад. Впрочем, и так было известно, что от молекулярных часов особой точности датировок ждать не приходится. Более современные оценки возраста «Евы» сделали ее несколько моложе. Например, в 2013 г. были опубликованы сразу две работы, в одной из которых «праматерь» датировали временем от 99 000 до 148 000 лет назад, а во второй — от 134 000 до 188 000 лет. Вполне возможно, что и эти оценки не окончательные.

Важнее другое. Если одна из генетических групп человечества обретается только на юге Африки, а другая — и в Африке, и по всему миру, то отсюда следует однозначный вывод: прародина современного человечества располагалась где-то на Черном континенте, и лишь после того, как разделились две группы гаплотипов, случился «исход» Homo sapiens из Африки, завершившийся постепенным освоением всех материков, кроме Антарктиды. Кстати, этот «исход» был не первым. Гораздо раньше, около миллиона лет назад, Африку покинул человек выпрямленный (Homo erectus); именно его останки нашел на Яве честолюбивый доктор Дюбуа. Этот вид широко расселился по Евразии, но повсюду вымер, уступив место своему прогрессивному потомку, человеку разумному (см. рис. 11.3).

Митохондриальная Ева имела шумный успех у публики. Креационисты, защитники ветхозаветной версии происхождения мира и человека, использовали это открытие как подтверждение ее правдивости. Отчасти этому способствовали и сами авторы открытия, прямо написавшие в резюме своей статьи о происхождении человеческой митохондриальной ДНК от одной женщины. О Еве с удовольствием писали журналисты и популяризаторы науки. Среди самих ученых, как водится, мнения разделились. Были сторонники новой гипотезы, но были и скептики. Некоторые специалисты указывали, что работа их коллег из Калифорнии не лишена статистических ошибок, да и к отбору проб для анализа появились претензии. Почему, спрашивали критики, все негритянки, от которых был получен биологический материал для анализа (то есть плаценты), — это не уроженки Африки, а афроамериканки, жительницы США? Не могло ли это привести к искажению результатов?

Среди «классических» палеоантропологов далеко не все с восторгом принимали новые данные. Некоторые ревниво относились к палеогенетикам, подозревая их в верхоглядстве и стремлении залезть не в свое дело. Для полевых антропологов, поседевших на раскопках, это был слишком легкий хлеб. «Сколько мусора несет сейчас река физической антропологии… Не нужно ни тяжелого труда, ни крепких интеллектуальных аргументов. Ни забот, ни хлопот, ни трудовых мозолей. Достаточно бросить немножко белков в лабораторный аппарат, хорошенько встряхнуть, и — бинго! Мы имеем ответ на вопросы, над которыми билось не меньше трех поколений»[232]. Эта тирада была произнесена в октябре 1968 г., когда молекулярный подход к изучению антропогенеза только-только зарождался. Но и в 1980-е гг. были те, кто настороженно относился к новейшим веяниям.

* Модифицированные изображения из книги: Templeton A. R. 2018. Human Population Genetics and Genomics. London etc.: Academic Press.

В ответ на критику были проведены новые расчеты, основанные на более обширной выборке, куда предусмотрительно включили и коренных африканок. Подобные исследования стали проводить и другие научные коллективы в разных странах. В итоге результаты, опубликованные в 1987 г., оказались в целом верными; после серии проверок и перепроверок гипотеза «исхода из Африки» получила поддержку большинства специалистов. С ней неплохо согласуются и результаты изучения древней ДНК.

Но если есть «Ева», должен быть и «Адам». Со временем отыскался и он. И тоже буквально «на кончике пера» генетиков, то есть снова в результате генетического анализа современных Homo sapiens. Митохондрии передаются исключительно по материнской линии, вот почему исследователи сначала говорили о «праматери», а не «праотце» нынешнего человечества. Но есть в нашей наследственности гены, передающиеся исключительно по мужской линии. Они, как нетрудно догадаться, находятся на половой Y-хромосоме, имеющейся у мужчин, но отсутствующей у женщин. Изучение генеалогии этих хромосом показало, что они также восходят к единому предковому прототипу, неведомый носитель которого немедленно получил имя «Y-хромосомный Адам». К большому разочарованию приверженцев библейской картины мира, этот «праотец», хотя и проживал в Африке, никогда с «Евой» не встречался, да и не мог этого сделать, потому что существовал примерно на 100 000 лет раньше нее[233].

В некоторых отношениях эти Адам с Евой напоминают нашего старинного знакомца LUCА. Как и он, эти двое не оставили никаких материальных следов своего пребывания на земле, если не считать тех, что сохранились в нашем геноме. Ни костей, ни зубов, ни орудий труда, ни произведений искусства, ни окаменелых отпечатков ног в вулканическом пепле. Ничего. Но если бы не было их, не было бы и нас, разумеется. Каждый ныне живущий представитель мужского пола получил свою митохондриальную ДНК от матери, но в конечном итоге — от «Евы». Свои Y-хромосомы он унаследовал по отцовской линии, восходящей к дикому доисторическому «Адаму».

Нельзя не сказать и о том, до чего неправильно принимать эти истории, рассказанные палеогенетиками, за буквальное подтверждение библейского мифа. Начать с того, что ни один из специалистов не утверждает, что митохондриальная Ева была некогда единственной женщиной, а Y-хромосомный Адам — единственным мужчиной на всем белом свете. Если учесть, что они совсем не знали друг дружку, как бы им было тогда одиноко! Конечно, эти прародители жили не одни, были у них соплеменники, родители и дети. Как говорится, все как у людей. И были они в свое время, скорее всего, вполне типичными представителями ранних Homo sapiens, не выделявшимися ни богатырской силой, ни могучим интеллектом, ни прочими добродетелями. А если вспомнить, что на палеогенетических родословных схемах фигурируют не люди, а гаплотипы, то легко понять, что под обозначениями «Ева» и «Адам» могли скрываться целые группы древних Homo, в геномах которых содержался один и тот же гаплотип, предковый, давший начало всем современным[234]. В популяции таких индивидуумов могло быть и пять, и десять, и даже больше. Почти наверняка одним гаплотипом дело тогда не ограничивалось. Были и другие, но их носители со временем поумирали — от голода, холода, инфекций, или просто зверь заел. Остались только потомки «удачливой мамаши» (альтернативное прозвище для митохондриальной Евы) или «счастливого отца», от которых мы все и происходим. Поэтому правильнее всего говорить о том, что все наблюдаемое сегодня разнообразие человеческой митохондриальной ДНК восходит к группе первобытных женщин, обладавших общим гаплотипом (то же верно и по отношению к Y-хромосоме).

Одно время пользовались популярностью гипотезы, говорящие о том, что предковая популяция (или популяции) нашего вида серьезно пострадала от какой-то природной катастрофы и находилась буквально на грани вымирания. Возможно, рассуждали некоторые специалисты, был момент, когда на всем белом свете оставалось всего около тысячи или нескольких тысяч представителей нашего вида. Еще чуть-чуть, и наше место на планете досталось бы неандертальскому человеку или денисовцу. На профессиональном языке генетиков и эволюционистов это называется «пройти сквозь бутылочное горлышко». Ситуация, вполне сопоставимая с той, в которой оказались сейчас горные гориллы — в Африке их осталось чуть меньше тысячи. Разнообразие гаплотипов при этом должно было быть не очень велико, так что вполне можно предположить, что сохранился лишь один из них, самый удачливый. Но с виновником убыли горных горилл все понятно, чего не скажешь о причинах «бутылочного горлышка», через которое пришлось просочиться предкам Homo sapiens. В поисках ответа ученые обращались к различным катастрофическим событиям прошлого.

Еще не так давно активно обсуждалась вулканическая гипотеза, связывающая почти полное вымирание архаического человечества с извержением вулкана Тоба на индонезийском острове Суматра. Считается, что это самое катастрофическое по масштабу и последствиям вулканическое извержение, произошедшее на планете за последний миллион лет. Его абсолютная датировка составляет 75 000±900 лет назад.

Выбросы пепла и газов во время мощных извержений оказывают существенное, хотя и кратковременное, воздействие на глобальный климат. В учебниках можно прочитать про извержение вулкана Томборо (или Тамбора), случившееся все в той же Индонезии в 1815 г. В атмосферу Земли попало столько пыли, что поверхность планеты стала получать меньше солнечного тепла, чем обычно. Следующий, 1816 г., вошел в анналы западных историков как «год без лета». Глобальная температура упала всего на три четверти градуса Цельсия, но и этого оказалось достаточно для сильного похолодания, вызвавшего во многих странах Северного полушария гибель урожая и голод. Более масштабной катастрофы, связанной с вулканами, в историческое время не случалось. Так вот, при извержении вулкана Тоба объем выброшенных из недр земных веществ был в 12 раз больше, чем при извержении Томборо. Расчеты показали, что в результате планета примерно на шесть-десять лет погрузилась в состояние «вулканической зимы», а вызванное вулканом похолодание могло растянуться почти на тысячелетие. Тропическую Африку, где жили наши архаические предки, должны были постигнуть сильные засухи и резкое сокращение количества растительной пищи, доступной гоминидам и другим крупным млекопитающим. Можно нарисовать картину колоссальной экологической катастрофы, сопровождающейся массовой гибелью травоядных и всех, кто живет за их счет, то есть хищников и падальщиков. Большинство ранних Homo sapiens должно было тоже погибнуть, а тем немногим, кому посчастливилось выжить, и предстояло сделаться родоначальниками всего будущего человечества[235].

Красивая и увлекательная гипотеза, с катаклизмами, страданиями и хеппи-эндом, прямо находка для журналистов и популяризаторов науки. А какой увлекательный роман на основе этого сюжета сочинил бы Рони-старший, живи он в наши дни! Но, увы, как водится в науке, даже самые «киногеничные» истории становятся предметом холодной и безжалостной критики. Палеоклиматологические исследования не выявили выраженных следов сильного похолодания в Африке около 75 000 лет назад. Эти данные подтвердили мнение некоторых палеоантропологов, отрицающих сильное воздействие долгой вулканической «зимы» на древних Homo sapiens. Надо сказать, что до сих пор наши представления о том, что происходило с человеком разумным на его исторической родине, базируются в основном на данных археологии и палеоантропологии. Генетические исследования немногочисленны, а результаты некоторых из них ставят под сомнение реальность «африканского бутылочного горлышка». Еще в 2012 г. появилась работа, в которой показано, что наблюдаемые паттерны генетического разнообразия современного человека вполне можно объяснить и не прибегая к этой гипотезе. Уточненные данные, включая вновь проведенную калибровку молекулярных часов, привели ученых к выводу, что численность африканских популяций человека современного типа в позднем плейстоцене могла составлять от 120 000 до 350 000 особей единовременно. Очень немного по современным меркам, но совсем не похоже на вид, стоящий одной ногой в могиле. Была построена демографическая модель для доисторического человечества, в которой никаких «бутылочных горлышек» и «вулканических апокалипсисов» вовсе не предполагается[236].

Споры продолжаются, каждый год появляется новая информация, старые гипотезы отбрасываются, выдвигаются новые. Совершенно нормальная ситуация для бурно развивающейся научной дисциплины, которой и является палеоантропология. Несмотря на различия в датировках тех или иных событий и на противоречия между гипотезами и моделями, описывающими путь антропогенеза, есть такие результаты, которые уже вряд ли изменятся. Скажем, если 30 лет назад специалисты еще спорили насчет прародины человечества, то сейчас теория «африканского исхода» стала почти общепринятой. Альтернативная версия, так называемый мультирегионализм, в соответствии с которой наш вид сформировался в нескольких удаленных регионах земного шара, от разных популяций предкового вида Homo erectus, гораздо хуже согласуется с данными палеогеномики.

Все генетическое разнообразие, которое обнаружено в аборигенных человеческих популяциях Евразии, Океании и обеих Америк, специалисты характеризуют как субвыборку из африканского разнообразия, то есть не очень большую долю той изменчивости, которая представлена на Черном континенте. Единственное отличие состоит в том, что в геномах неафриканских народов имеется небольшая примесь архаичных генов, полученная от смешения с неандертальцами и денисовцами[237]. Но и эти скрещивания не сделали нас генетически более разнообразными по сравнению с коренными жителями Африки. Достаточно сказать, что генетические различия между европеоидами и монголоидами меньше, чем различия, выявленные внутри древнейшей из человеческих рас, койсанской. К ней относятся аборигенные народности Африки, сохранившиеся сейчас в основном на юге континента, племена охотников-собирателей, известные как бушмены и готтентоты. Именно представительницам койсанской расы принадлежала митохондриальная ДНК, образовавшая особую, удаленную от всех остальных рас и племен, группу на генеалогическом древе, где впервые появилась «Ева» (см. рис. 11.3). Сейчас уже хорошо известно, что в генетическом отношении койсаны — это самые-самые уникальные люди, значительно отличающиеся от всего остального человечества. Молекулярные часы показывают, что разделение койсанов и «всех остальных» произошло очень давно, между 350 000 и 260 000 лет назад[238].

Но размах генетической изменчивости нашего вида, включая межрасовые отличия, меркнет перед тем, какой обнаружен среди человекообразных обезьян. Например, различия между койсанами и европейцами (или, выражаясь по-линнеевски, между «высокообразованным премьер-министром из Европы и готтентотом с мыса Доброй Надежды») по митохондриальной ДНК оказались гораздо меньше, чем между популяциями шимпанзе из Восточной и Западной Африки. Больше того, различия по митохондриальной ДНК между географически удаленными популяциями шимпанзе гораздо значительнее, чем между современным человеком и неандертальцем. Гориллы и даже бонобо (карликовые шимпанзе) в данном отношении тоже превосходят человека разумного[239]. Итак, несмотря на все внешние несходства — различия в цвете кожи, структуре волос, форме черепа и многом другом, — значимость которых мы так охотно преувеличиваем, с генетической точки зрения все современные Homo sapiens удивительно однородны. Исходя из этого, нет никаких оснований делить человеческие расы и этносы на «высшие» и «низшие», ранжировать их на «лестнице совершенства». Генетика, во всяком случае, не дает к этому ни малейшего повода. Даже само понятие «раса» может с этой точки зрения быть поставлено под сомнение.

Многое в прошлом человека как вида до сих пор остается неизвестным. Споры о таких проблемах, как происхождение человеческого мозга, сознания, языка, ведутся уже веками и до сих пор не окончены. Увы, здесь плохо помогают данные, добываемые палеоантропологами и палеогенетиками. Неменьший интерес вызывает еще один сложнейший вопрос: какое эволюционное будущее ожидает вид Homo sapiens? Сошлюсь на авторитет Ричарда Левонтина, крупнейшего знатока генетики человека, написавшего 40 лет назад, что «единственное определенное утверждение о будущем нашего вида состоит в том, что его существование конечно»[240]. Любой биологический вид рано или поздно заканчивает свою историю, либо не оставляя потомков (что происходит чаще всего), либо оставляя после себя эволюционное наследство в виде дочернего вида. Неандертальцы и денисовцы канули в Лету «бездетными», а человек выпрямленный, Homo erectus, дал начало нашему виду. Гадать о том, какая судьба ждет человека разумного, не имеет смысла. Эволюция, как принято считать сегодня, — процесс едва ли предсказуемый, ее течение не имеет предустановленного русла и тем более какой-нибудь высшей цели в будущем, которой она будто бы стремится достичь. Конечно, можно проводить мысленные эксперименты, как это сделал Герберт Уэллс, написав «Машину времени». Он нарисовал мрачноватую картинку очень далекого будущего (802 701 г. н. э.), в котором человечество разделилось на два основных вида, или расы — слабосильных, слабоумных и беззащитных элоев и брутальных морлоков, обитающих под землей и питающихся мясом элоев.

Биологи — современники Уэллса тоже пробовали представить далекое будущее нашего вида, делая прогнозы о том, как будет выглядеть Homo futurus. В отличие от Уэллса, они основывались на изучении эволюционных тенденций, проявляющихся, к примеру, в строении человеческого тела. Замысел состоял в том, чтобы мысленно продолжить эти тенденции в будущее и представить, к чему бы они могли привести. Сразу оговорюсь, что речь идет об очень далеком будущем, отстоящем от нас настолько же далеко во времени, насколько мы отстоим от гейдельбергского человека или Homo erectus.

Анатомы основывали свои прогнозы на так называемых прогрессивных аномалиях в строении человеческого скелета. Это признаки, которые отсутствуют у наших животных родичей и, будучи свойственными только нашему виду, возможно, указывают на дальнейший ход его эволюции. Как писал один автор в 1913 г., на основании этих материалов можно «точно знать то направление, по которому совершаются филогенетические изменения в нашем организме»[241]. Вот, например, конечный отдел человеческого позвоночника имеет в норме четыре-пять редуцированных в размерах копчиковых позвонков. У некоторых индивидуумов это число может снижаться до трех. Эволюционная тенденция к утрате хвоста еще не завершена, поэтому анатом может сделать вывод, что в будущем для человека станет нормой трехпозвонковый копчик. Определенные тенденции изменения можно указать для числа зубов, размеров головы и отдельных костей (например, носовых) и так далее. Одним словом, достаточно собрать воедино все наблюдаемые прогрессивные аномалии, и мы получим вероятный облик Homo futurus. Он будет настолько далек от нынешнего человека в анатомическом отношении, что антропологи, раскапывая современные кладбища, будут дивиться грубости и неуклюжести скелета людей начала третьего тысячелетия.

Процитирую пару пророчеств, сделанных в середине прошлого столетия. Так, Джон Холдейн, один из самых авторитетных биологов ХХ в., много занимавшийся генетикой, в том числе генетикой человека, в своем докладе, прочитанном в 1946 г., заявил, что человек далекого будущего «будет иметь большую голову и меньше зубов, чем мы; его движения будут ловкими, но не сильными. Он будет развиваться медленно, продолжая учиться до зрелого возраста, который будет наступать только в 40 лет; жить он будет несколько столетий. Он будет более разумен и менее подчинен инстинктам и сексуальным эмоциям, чем мы… Он будет иметь более высокий, по сравнению с нашим, общий уровень интеллекта, и многие будущие люди будут обладать в некоторых областях знания такими способностями, которые мы называем гениальностью».

Физический облик такого юберменша примерно в те же годы пытался представить американский анатом Шапиро. По его мнению, через полмиллиона лет люди будут иметь более высокий рост, округлую голову большего размера, но при этом с уменьшенным размером лица. Иными словами, голова с огромным лбом станет вмещать в себя мозг куда объемнее современного. Далее, продолжает Шапиро, «зубов на его челюстях будет меньше, и они будут слабее… Кариес или порча зубов останется серьезной проблемой, и зубы будут требовать постоянного наблюдения и контроля. Некоторые представители будущей расы будут ходить на четырехпалых ногах, и многие будут рано становиться лысыми…». На руках, вероятно, останется всего три пальца (наверное, чтобы было удобнее использовать комбинацию клавиш alt+ctrl+del). Другие анатомы той эпохи, соглашаясь с большинством предсказаний Шапиро, доказывали, что люди будут иметь, скорее, карликовый рост, потому что число позвонков уменьшится, таз будет «стремиться» подняться вверх, а череп — слиться с атлантом (первым шейным позвонком) и опуститься навстречу тазу. Число ребер, по их мнению, тоже должно значительно уменьшиться. Многие «пророки» возвещали полное исчезновение зубов в будущем.

Перед нами головастое, низкорослое, слабосильное, лысое и беззубое человекообразное существо, весьма смахивающее на расхожие изображения инопланетных «гуманоидов» в желтой прессе (рис. 11.4). Интересно, а как авторы подобных предсказаний представляли себе появление на свет младенцев с такой огромной головой, ведь размер таза ей, выражаясь мягко, явно не соответствует?..

Можно сказать (если вообще можно сказать что-то определенное о человеке будущего), что вышеописанные прогнозы, скорее всего, не сбудутся. Естественный отбор в популяциях современного человека если и происходит, то с очень низкой интенсивностью. Вообще механически переносить на человеческое общество принципы эволюционной теории очень опасно. Социум гораздо сложнее любой популяции животных (даже шимпанзе, даже гориллы), и в нем действуют совсем другие закономерности. Индивид, родившийся слабым и болезненным, в условиях естественной среды обитания обречен на скорую гибель; в человеческом обществе он может не только выжить, но и сделать успешную карьеру, внести вклад в искусство или науку (вспомните всемирно известного физика Стивена Хокинга), оставить потомство. Анатомия человеческого тела в основных своих чертах мало изменилась за последние 200–300 тысячелетий. За это время практически не увеличился объем мозга, да и его структура, похоже, не сильно усовершенствовалась. Мозг, которым мы сейчас обладаем, такой же, каким он был и у африканских «Адама с Евой». Один и тот же мозг в первобытные времена помогал своему владельцу охотиться на диких зверей с копьеметалкой и бумерангом, а в наши дни помогает управлять космическим кораблем или атомной электростанцией. Сложность интеллектуальных задач за последние несколько тысяч лет возросла неимоверно, но это не привело к появлению особой породы «большеголовых» интеллектуалов. Можно упомянуть и о том, что мозг неандертальца превышал по объему мозг Homo sapiens, — ну и где теперь эти неандертальцы?

Адаптация животных и растений к среде обитания происходит в основном путем морфологических и физиологических изменений. Человеку разумному это тоже свойственно, но с некоторых пор на первый план выдвинулись культурные механизмы адаптации. Чтобы спастись от арктического мороза, эскимосы и чукчи не обрастают густой шерстью, а строят дома и шьют теплую одежду. Чтобы питаться мясом, мы не обзавелись мощными клыками, а научились термически обрабатывать пищу. Вот почему радикальное изменение анатомического строения человека даже в очень отдаленном будущем представляется маловероятным. Оно просто не нужно. На встающие перед людьми природные и социальные вызовы они отвечают другими способами. Один из таких способов — развитие искусственного интеллекта, совершенствование виртуального мира. Именно поэтому некоторые футурологи предсказывают, что будущая эволюция Homo sapiens состоит в интеграции человеческого мозга с компьютерами. Своеобразный симбиоз человека и вычислительных машин[242].

Я не знаю, унизительно ли для человека разумного состоять в кровном родстве с другими животными и всеми остальными обитателями нашей планеты. У меня лично эта мысль не вызывает никаких отрицательных эмоций, хотя есть люди, которые со мной не согласятся. Антропоцентризм до сих пор жив, и именно он заставляет многих из нас видеть в человеке не часть природы, а нечто более высокое и совершенное, выделенную часть мироздания. В этой книге одиннадцать глав, и почти в каждой из них я упоминал о том, что человек — это лишь часть, небольшой фрагмент огромного эволюционного древа, растущего на Земле вот уже 4 млрд лет. Между нами и всем остальным животным миром нет непреодолимой пропасти. Даже такие качества, как мораль и рассудочное мышление, издревле считавшиеся привилегией человека, встречаются, хотя и в примитивных формах, у высших приматов[243]. Мне могут сказать: что дурного в том, если кому-то нравится думать, что он или она не имеют ничего общего со «зверем гнусным обезьяной» и что все на самом деле было не так, как в учебнике, а происходило в соответствии с рассказом какой-нибудь из священных книг? Каждый имеет право на свободу совести и убеждений. Каждый волен верить хоть в пришествие ануннаков с планеты Нибиру, хоть в Летающего Макаронного Монстра. Все так, но есть по меньшей мере один аспект, в котором освященный веками антропоцентризм может оказаться не просто вредным, но прямо губительным.

Я не буду рассказывать подробно про антропоцен, глобальный экологический кризис, шестое вымирание и прочие прискорбные явления, о которых все и так знают. Причина нынешнего положения дел не только в прогрессе наук и технологий и в стяжательском «духе капитализма», но и в антиэкологической установке, к которой почти неизбежно приводит антропоцентризм. Западная цивилизация завоевала и подчинила себе всю планету. Европейские первопроходцы продвигались, держа в одной руке ружье, а в другой Библию[244]. Библию, на первых же страницах которой читаем следующий божественный завет человеку: «Плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и овладейте ею, и властвуйте над морскими рыбами и над небесными птицами, и над всеми животными, пресмыкающимися по земле» (Бытие, 1:28; пер. И. Ш. Шифмана). Вот почему 38 % жителей Соединенных Штатов полагают, что «Бог дал человеческим существам право использовать животных, растения и все ресурсы планеты на пользу человечества»[245]. Сколько сторонников такого взгляда в России, мне не известно, но едва ли значительно меньше. С этой точки зрения нет смысла заботиться ни об охране природы, ни о рациональном использовании природных ресурсов, ни о рекультивации почв. Почему? Да потому, что «Земля и ее экосистемы, созданные разумным замыслом и бесконечным могуществом Бога и поддерживаемые его верным провидением, — сильны, устойчивы, саморегулируются и исправляются, отлично приспособлены для процветания человека и демонстрируют Его славу»[246]. Блажен, кто верует, но у меня как человека, занимающегося в числе прочего работой по составлению международного Красного списка вымирающих и исчезающих видов, есть большие сомнения в правоте этой убежденности. Современный натиск человека на биосферу настолько силен, что вслед за «Евангелием от LUCА» впору писать в качестве сиквела «Апокалипсис от Homo». Полностью избавиться от антропоцентризма, не перестав быть людьми, не получится, но вполне по силам отказаться хотя бы от части самых опасных иллюзий, которые с ним связаны. И в этом может помочь глубокое понимание родословной животного мира и нашего скромного места в ней.

На такой высокой ноте вполне уместно завершить эту книгу.

Примечания

1

Хочу предупредить одно часто встречающееся недоразумение. Называя LUCА предком (в единственном числе), биологи не имеют в виду, что жила-была когда-то одна-единственная первобытная клетка, от которой мы все и происходим. Под кодовым названием LUCA скрывается как минимум популяция одноклеточных организмов, связанных между собой теснейшим родством и обладавших практически идентичными признаками. Это и был предковый вид всех ныне живущих видов, в состав которого могли входить миллионы и миллиарды особей.

2

По крайней мере, так пишет Даниил Гранин в повести «Зубр», в основу которой положена биография Тимофеева-Ресовского.

3

Мне могут возразить, что каждый биологический вид уникален, его потеря невосполнима и оттого трагична (Джеральд Даррелл сравнивал истребление любого вида животных человеком с уничтожением «Джоконды»). Это верно, однако вид состоит из множества особей со сходными характерными свойствами, что и позволяет описывать его как целое.

4

Все известные экзопланеты перечислены в каталоге онлайн-энциклопедии http://exoplanet.eu с интерфейсом на нескольких языках, включая русский. В октябре 2019 г. двум ученым — открывателям экзопланет была присуждена Нобелевская премия по физике.

5

Можно порекомендовать давно написанную, ставшую классической книгу Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell). Впервые она вышла в 1944 г., в самый разгар великого побоища, называемого Второй мировой войной, и основана на курсе лекций, которые Э. Шрёдингер прочитал годом ранее в Тринити-колледже в Дублине (Ирландия в войне не участвовала, придерживаясь политики нейтралитета). Эта книга неоднократно выходила на русском языке и продолжает периодически переиздаваться.

6

Многие выдающиеся исследователи считали эту проблему в принципе неразрешимой. Другие, настроенные более оптимистически, пытались предложить вероятный механизм возникновения живого из неживого. См. напр.: Фокс Р. Энергия и эволюция жизни на Земле. — М.: Мир, 1992. Современное состояние вопроса в доступной форме можно найти в книгах: Никитин М. Происхождение жизни: От туманности до клетки. — М.: Альпина нон-фикшн, 2020; Лейн Н. Лестница жизни: Десять величайших изобретений эволюции. — М.: Corpus, АСТ, 2013.

7

В 2015 г. объявили об обнаружении «химических следов» жизни в кристаллах минерала циркона возрастом около 4,1 млрд лет. Под «химическими следами» понимается присутствие в породах органических соединений, изотопный состав которых напоминает изотопный состав веществ, производимых живыми организмами. Однако до сих пор нет полной уверенности, что эти очень древние следы действительно биологического происхождения. Поиски продолжаются…

8

Но даже на эти древнейшие из древних горные породы надежды не очень много — за истекшее время они подвергались воздействию различных геологических процессов, изменявших их первоначальную структуру. Поэтому если какие-то остатки ранних организмов в них и были, то их шансы стать добычей сегодняшних палеонтологов очень невелики.

9

О возрасте Вселенной и о том, как он был установлен, можно прочитать в научно-популярной книге: Гриббин Д. В поисках истинного возраста Вселенной и теории всего. — М.: Манн, Иванов и Фербер, 2016.

10

Полностью это стихотворение, озаглавленное «Послание к М. Н. Лонгинову о дарвинисме», состоит из 22 строф. Его можно найти почти в каждом книжном издании сочинений А. К. Толстого и на множестве интернет-сайтов.

11

Javaux E. J. 2019. Challenges in evidencing the earliest traces of life. Nature, 572: 451–460.

12

Weiss M. C., Sousa F. L., Mrnjavac N., Neukirchen S., Roettger M., Nelson-Sathi S., Martin W. F. 2016. The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Reviews Microbiology, 1 (9): 16116. https://www.nature.com/articles/nmicrobiol2016116.

13

Akanuma S., Yokobori S., Nakajima Y., Bessho M., Yamagishi A. 2015. Robustness of predictions of extremely thermally stable proteins in ancient organisms. Evolution, 69 (11): 2954–2962.

14

Это было письмо, написанное Дарвином 1 февраля 1871 г. своему другу и ученому коллеге ботанику Джозефу Хукеру. Оригинальный его текст можно найти здесь: https://www.darwinproject.ac.uk/letter/DCP-LETT-7471.xml. Конечно, предположение Дарвина в этом письме было не стройной и продуманной научной гипотезой, а всего лишь догадкой, высказанной бегло и походя. Тем замечательнее, что, судя по всему, эта догадка оказалась верной.

15

См. Kompanichenko V. N., Poturay V. A., Shlufman K. V. 2015. Hydrothermal systems of Kamchatka are models of the prebiotic environment. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 45: 93–103.

16

Plaxco K. W., Gross M. 2013. Astrobiology: a brief introduction, p. 183.

17

Александр Востоков — почти забытый русский поэт, современник Пушкина. Его стихи известны сегодня, наверное, лишь редким знатокам.

18

Натан Сёдерблюм, шведский церковный деятель и пацифист, удостоенный в 1930 г. Нобелевской премии мира.

19

До сих пор лучшей книгой о Линнее, опубликованной на русском языке, остается монография Е. Г. Боброва «Карл Линней, 1707–1778». — Л.: Наука, 1970. Много сведений о биографии Линнея и о его трудах в области зоологии можно найти в большой статье: Боркин Л. Я. Карл Линней (1707–1778) как зоолог // Труды Зоологического института РАН. 2009. Приложение 1. С. 9–78. https://www.zin.ru/journals/trudyzin/doc/vol_313_s1/TZ_313_Supplement_Borkin.pdf.

20

В своей автобиографии Линней разработал даже воинскую иерархию современных ему ботаников, распределив всех по чинам и званиям. Абсолютно лишенный ложной скромности, себя он наделил генеральским званием, а самым низшим чином — фельдфебеля — издевательски удостоил профессора Сигезбека из Санкт-Петербурга, с которым был на ножах.

21

Шведская королева Луиза Ульрика отзывалась о Линнее так: «Это очень приятный человек, вполне придворный, хотя и без придворных манер, чем он мне особенно нравится… не проходит дня, чтобы он кого-нибудь не привел в хорошее настрое-ние».

22

В настоящее время ученые выделяют больше видов кошачьих, чем во времена Линнея, когда не все животные, особенно из экзотических стран, были открыты. Кстати, категории «семейство» у Линнея не было, в его системе роды объединялись сразу в отряды. Такие понятия, как «семейство Кошачьи», «семейство Куньи», появились позднее, в первой трети XIX в.

23

См. Боркин Л. Я. Карл Линней (1707–1778) как зоолог // Труды Зоологического института РАН. 2009. Приложение 1. С. 9–78.

24

Латинское слово «primus» в родительном падеже звучит как «primatis».

25

См. Боркин Л. Я. Карл Линней (1707–1778) как зоолог // Труды Зоологического института РАН. 2009. Приложение 1. С. 50.

26

Цит. по: Hörstadius S. 1974. Linnaeus, animals and man. Biological Journal of the Linnean Society, 6: 269–275.

27

В Уппсалу со всех концов Европы стекались студенты, чтобы учиться у Линнея и получить под его руководством докторскую степень. В те времена диссертацию для своего ученика писал научный руководитель, а соискатель степени должен был «защитить» ее содержание на публичном диспуте. В сентябре 1760 г. некий Христиан Хоппиус, приехавший из Санкт-Петербурга, защитил написанную Линнеем диссертацию «Человекообразные», которая была тогда же опубликована на латинском языке, а впоследствии, в 1777 г., издана и на русском. В этом труде мысль о теснейшем сходстве человека и остальных приматов была проведена со всей определенностью.

28

У самого Линнея тоже были субъективные предпочтения, симпатии и антипатии, отражавшиеся на качестве его научной работы. Известно, что растения его интересовали больше, чем животные, а среди последних у него были любимые и нелюбимые группы. Например, он очень интересовался насекомыми, но ему крайне не нравились земноводные, по поводу которых он вздыхал: «Ужасны дела Твои, о Господи». Только спустя несколько десятилетий после Линнея зоологи выяснили, что земноводные и пресмыкающиеся представляют два разных класса (Линней их объединил). См. Hörstadius S. 1974. Linnaeus, animals and man. Biological Journal of the Linnean Society, 6: 269–275.

29

Вышедшие в разные годы биографии великого эволюциониста, а также книги «за» и «против» Дарвина составили бы большой книжный шкаф. На русском языке опубликовано несколько книг о нем, включая две в серии «Жизнь замечательных людей»: Ирвинг У. Обезьяны, ангелы и викторианцы: Дарвин, Гексли и эволюция. — М.: Молодая гвардия, 1973 и Чертанов М. Дарвин. — М.: Молодая гвардия, 2013. Кроме того, можно обратиться к книге Стоун И. Происхождение. Роман-биография Чарлза Дарвина. — М.: Политиздат, 1985. Читателям, владеющим английским языком, доступны буквально десятки биографий Дарвина, написанных американскими и британскими авторами.

30

Список предшественников Дарвина, высказывавших в той или иной форме эволюционные идеи, довольно велик. Самым известным из них был Ламарк, писавший об эволюции довольно подробно. Но чаще всего высказывания в эволюционном духе делались вскользь и походя, без детального обсуждения по существу. Вот что писал, к примеру, английский натуралист Роберт Грант в статье, посвященной пресноводной губке спонгилле (вышла в 1826 г., за 33 года до «Происхождения видов»). Придя к выводу об очень примитивном устройстве этой губки, он продолжает: «…это вынуждает нас рассматривать ее как более древнюю, по сравнению с морскими губками [форму] и наиболее вероятную прародительницу последних; …в ходе множества изменений, которые претерпела океаническая структура, ее потомки достигли более высокой организации, а спонгилла, обитая в той же самой неизменной среде, сохранила свою первобытную простоту» (Gran R. 1826. On the structure and nature of the Spongilla friabilis. The Edinburgh Philosophical Journal, 14: 270–284). Звучит вполне эволюционно, но автор не приводит никаких аргументов в пользу своей точки зрения и не рассматривает конкретных механизмов, которые определили бы подобную эволюцию. Неудивительно, что подобные высказывания не могли серьезно поколебать восходящую к Аристотелю убежденность в неизменности видов.

31

Так назывался этот труд в первом издании (1859 г.). Начиная с шестого (последнего прижизненного издания), вышедшего в 1872 г., книга получила привычное нам название «Происхождение видов».

32

Метафора «древо жизни» — не изобретение самого Дарвина. В той или иной форме ее можно найти в трудах натуралистов, начиная как минимум с середины XVIII в. Однако эволюционный смысл этой метафоре, принятый и в наши дни, придал именно Дарвин. См. Pietsch T. W. 2012. Trees of Life: A visual history of evolution. Baltimore.

33

Дарвин Ч. Происхождение видов. — СПб.: Наука, 2001. С. 303–304.

34

Там же, с. 416.

35

Там же, с. 419.

36

В каком-то смысле так оно и случилось. Тело Дарвина погребено в Вестминстерском аббатстве, национальном пантеоне Великобритании, вопреки воле его семьи и ожиданиям самого ученого, за год до смерти подыскавшего себе место на сельском кладбище, где спустя 14 лет была похоронена его жена. См. Moore J. R. 1982. Charles Darwin lies in Westminster Abbey. Biological Journal of the Linnean Society, 17: 97–113. Споры относительно религиозных взглядов самого Дарвина ведутся уже больше века. Некоторые видят в нем вполне ортодоксального христианина, умевшего отделять и примирять истины науки и веры, другие утверждают, что Дарвин был атеистом. Недавно этот вопрос был рассмотрен отечественным историком науки М. Б. Конашевым. В своей книге «Эволюционисты и религия» (СПб., 2012) он заканчивает раздел, посвященный Дарвину, утверждением, что «лишь почти сто лет спустя после опубликования „Происхождения видов“ респектабельная Англия смогла смириться с тем, что Дарвин был неверующим» (с. 23).

37

В 1868 г. выходит его «Изменение животных и растений в домашнем состоянии», в 1871 г. — «Происхождение человека и половой отбор», в 1872 г. — «О выражении эмоций у животных и человека». Все эти сочинения стали классикой эволюционной биологии.

38

Книгу можно прочитать, загрузив ее из одной из общедоступных онлайновых библиотек, например, по этой ссылке: https://archive.org/details/evidenceastomans00huxl/page/n8/mode/2up.

39

Колумнист одной из консервативных лондонских газет сравнивал Гексли и его единомышленников с «атеистами, социалистами, поборниками „свободной любви“, всеобщей распущенности или прав женщин, в общем, любой мерзости или нелепости, которые могут процветать в безбожной Франции, философической Германии или демократической Америке, но вызывают отвращение и презрение у религиозных и лояльных англичан». А вот Дарвин, когда сочинение Гексли вышло в свет, воскликнул в одном из своих писем: «Ура, вот и обезьянья книга появилась!» См. Desmond A. 1994. Huxley: From Devil’s disciple to evolution’s high priest. Reading (Ma).

40

Бохеньский Ю. М. Сто суеверий: Краткий философский словарь предрассудков. — М.: Прогресс, 1993. С. 120.

41

Геккель Э. Царство протистов. Очерк низших организмов. — СПб.: Типография А. С. Суворина, 1880. С. 59.

42

Геккель построил «цельную, стройно разработанную теорию развития животного мира, не во всех своих частях, впрочем, опирающуюся на несомненные факты. Этой примесью фантастического элемента Геккелизм отличается от Дарвинизма». Так наставлял когда-то студентов-медиков Томского университета профессор Николай Кащенко (см. Кащенко Н. Ф. Краткое руководство по зоологии, преимущественно для студентов медицины. — Томск, 1891. С. 56).

43

Беклемишев В. Н. Методология систематики. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 1994. С. 81.

44

Аврелий Августин. Исповедь / Пер. М. Е. Сергеенко. — М.: Канон, 1997. С. 217, 226.

45

Хотя, разумеется, можно изменить наше представление о прошлом, например, так, как это описано в антиутопии Оруэлла «1984», где из библиотек изымались старые газеты и заменялись специально изготовленными новыми версиями, в которые задним числом вносилось «правильное» содержание. И это не фантазия: попытки властей предержащих переписать историю, хотя, возможно, не столь радикальным способом, общеизвестны, в том числе и из истории государства Российского.

46

Линнею были известны несколько десятков видов ископаемых животных и растений, которых он поместил в состав класса Fossilia (ископаемые) «царства камней». Хотя он догадывался, что многие окаменелости могут быть остатками вымерших организмов, но тем не менее определил их место именно среди «камней». Добавлю, что линнеевский класс Fossilia был очень разнородным. Туда входили, к примеру, так называемые желудочные камни, образующиеся у копытных животных, мочевые камни человека и даже жемчуг. Яркое свидетельство младенческого состояния науки палеонтологии в те времена. См. Боркин Л. Я. Карл Линней (1707–1778) как зоолог // Труды Зоологического института РАН. 2009. Приложение 1. С. 9–78.

47

Вспомним известное высказывание всемирно известного генетика и эволюциониста Феодосия Добржанского (1900–1975): «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».

48

Конечно, из этого правила есть исключения. Палеонтологам известны случаи, когда ископаемые остатки организмов представлены сотнями и тысячами экземпляров очень хорошей сохранности. Описаны настоящие «кладбища» различных животных, как позвоночных, так и беспозвоночных, предоставляющие колоссальный материал для исследований. Но все же такие случаи относительно редки.

49

Исключением из этого правила являются астрономические наблюдения. Как ни велика скорость света (почти 300 000 км/с), даже световому лучу приходится затратить очень много времени для преодоления космических расстояний. Дистанцию от Солнца до Земли луч света проходит за 8 минут. Значит, глядя на наше светило, мы видим его таким, каким оно было 8 минут тому назад. Отыщите на ночном небе Полярную звезду. Она испустила свой свет, позволивший вам увидеть ее, почти 450 лет назад, в эпоху Ивана Грозного. И чем дальше в космос, тем отдаленнее прошлое, которое мы можем наблюдать. Сейчас астрономы могут наблюдать отдаленные галактики, какими они были миллиарды лет назад. Что они представляют собой в настоящее время, сказать невозможно.

50

Цит. по: Повесть временных лет. — СПб.: Наука, 1996. С. 13. Для ясности привожу тот же текст в переводе на современный язык: «И сказали себе: „Поищем себе князя, который бы владел нами и судил по праву“. И пошли за море к варягам, к руси… Сказали руси чудь, славяне, кривичи и весь: „Земля наша велика и обильна, а порядка в ней нет. Приходите княжить и владеть нами“. И избрались трое братьев со своими родами, и взяли с собой всю русь, и пришли и сел старший, Рюрик, в Новгороде, а другой, Синеус, на Белоозере, а третий, Трувор, — в Изборске. И от тех варягов прозвалась Русская земля». (Пер. Д. С. Лихачева).

51

Научные споры в XVIII в. были жестокими не только в переносном смысле. Ломоносов так вспоминал о своих дискуссиях со сторонником «варяжской» концепции академиком Герхардом Миллером: «Каких же не было шумов, браней и почти драк! Миллер заелся со всеми профессорами, многих ругал и бесчестил словесно и письменно, на иных замахивался палкою и бил ею по столу конферентскому…» Впрочем, Ломоносов тоже был человеком крутого нрава, сам ходил с палкой и мог при случае пригрозить ею своему ученому оппоненту. См. Алпатов М. А. Русская историческая мысль и Западная Европа (XVIII — первая половина XIX в.). — М.: Наука, 1985.

52

В 1934 г. была найдена плечевая кость семантора. Надо заметить, что экспонат, выставленный в Палеонтологическом музее, — это не оригинальный фрагмент скелета, а только очень точный слепок с него. Сами же кости, некогда послужившие академику Ю. А. Орлову для описания семантора, исчезли во время Второй мировой войны. См. Lavrov A. V., Tarasenko K. K., Vlasenko A. N. 2018. Semantor macrurus Orlov, 1931 (Carnivora, Mustelidae): Morphology of the hind limb and a new view on its paleobiology. Paleontological Journal, 52 (13): 1637–1646.

53

Orlov J. A. 1931. Semantor macrurus (ordo Pinnipedia, fam. Semantoridae fam. nova) aus den Neogen-Ablagerungen Westsibiriens // Труды Палеозоологического института Академии наук СССР, 1932. № 2. С. 165–268.

54

Цит. по: Канаев И. И. Жорж Кювье. — М.: Наука, 1970. С. 120–121.

55

Lavrov et al. 2018 Semantor macrurus Orlov, 1931 (Carnivora, Mustelidae): Morphology of the hind limb and a new view on its paleobiology…

56

На русском языке о геликоприоне и его зубной спирали можно прочитать, например, в книге: Татаринов Л. П. Очерки по теории эволюции. — М.: Наука, 1987. С. 52–55, а также в обзоре: Мироненко А. Зубная спираль геликоприона (https://elementy.ru/kartinka_dnya/733/Zubnaya_spiral_gelikopriona/t5272023/Aleksandr_Mironenko). Из специальной научной литературы по этому вопросу можно порекомендовать: Tapanila L. et al. 2013. Jaws for a spiral-tooth whorl: CT images reveal novel adaptation and phylogeny in fossil Helicoprion. Biology Letters, 9 (2): 20130057. Tapanila L., Pruitt J. 2013. Unravelling species concepts for the Helicoprion tooth whorl. Journal of Paleontology, 87 (6): 965–983. Статья А. П. Карпинского, в которой впервые описан геликоприон и предложена его первая реконструкция, доступна по адресу: https://biodiversitylibrary.org/page/36649214.

57

Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — СПб.: Наука, 2001. С. 418.

58

Малахов В. В., Ежова О. В. Как возникли жаберные щели? // Природа. 2016. № 10. С. 9–15.

59

Бэру, уроженцу Российской империи (он родился на территории современной Эстонии), предстояло стать одним из величайших биологов XIX в. и почти всю свою научную жизнь посвятить Императорской Санкт-Петербургской академии наук. В России он был известен как Карл Максимович фон Бэр. Этот ученый, имевший необыкновенно широкий круг интересов и фантастическую эрудицию в самых разных областях знания, считается одним из основателей современной эмбриологии.

60

Ёжиков И. И. Учение о рекапитуляции и его критики // Мюллер Ф., Геккель Э. Основной биогенетический закон. — М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940. С. 20. Многие критики эмбриологического закона Геккеля допускали куда более жесткие формулировки, обвиняя его автора даже в намеренной подтасовке результатов. Геккель, с его страстной натурой полемиста и агитатора, вообще легко наживал себе врагов, и не только среди своих коллег-ученых. В каких только грехах его не обвиняли — от фальсификации экспериментальных данных до пропаганды атеизма, антисемитизма, шовинизма и т. п. Не все из этих обвинений были лишены оснований.

61

Строго говоря, таких букв не четыре, а пять, потому что в молекуле РНК тимин (Т) заменяется урацилом (У). Урацил также замещает тимин в геноме многих бактериофагов (вирусов, паразитирующих на бактериях).

62

Эта последовательность взята в глобальной базе данных GenBank, в которой в открытом доступе находятся миллионы расшифрованных последовательностей различных генов различных организмов, от вирусов до человека. Каждой последовательности посвящена веб-страница, где приведена полная информация о том, от какого организма она получена, где он обитал и так далее. Последовательность, приведенная в тексте, размещена по адресу: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MK124568.1. Ее длина составляет 408 нуклеотидных оснований.

63

Венгерский взят мной совсем не случайно. Я пишу эти строки в Будапеште. Бывая в Венгрии, не устаю удивляться странному ощущению, когда, ходя по улицам, пытаешься понять смысл надписей и вывесок, состоящих из таких знакомых букв латинского алфавита — но тщетно! Интуитивные озарения не помогают. Венгерский так далек от большинства европейских языков, что без помощи словаря решительно ничего не сделать. Подобное чувство лингвистической дезориентации охватывает меня и при посещении Хельсинки или Тарту (правда, в последнем многие надписи дублированы на русском).

64

См. Nei M. et al. 2001. Estimation of divergence times from multiprotein sequences for a few mammalian species and several distantly related organisms. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 98 (5): 2497–2502.

65

Elango N. et al. 2006. Variable molecular clocks in hominoids. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 103 (5): 1370–1375. Moorjani P. et al. 2016. Variation in the molecular clock of primates. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 113 (38): 10607–10612.

66

Этот расчет основан на двух предположениях. 1. Вероятность появления и закрепления мутаций в мышиной и человеческой популяции одинакова. 2. Среднее время воспроизводства (≈ частота смены поколений) у человека составляет 20 лет, а у мыши — шесть месяцев, то есть различается в 40 раз.

67

См. Лукашов В. В. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ. — М.: БИНОМ, 2009. С. 177.

68

Bromham L., Phillips M. J., Penny D. 1999. Growing up with dinosaurs: molecular dates and the mammalian radiation. Trends in Ecology & Evolution, 14 (3): 113–118.

69

Здесь достаточно привести только один пример — пересказ сюжета фантастического фильма, снятого в Великобритании в начале 1970-х гг. «Миллион лет до нашей эры, когда на земле царили динозавры, племя жителей скал приносило в жертву Богу солнца светловолосых девушек. Однажды в день жертвоприношения произошла страшная вспышка на Солнце, от которой поднималась ужасная буря, во время которой очередная жертва сбегает от соплеменников. Девушка находит приют в соседнем племени, живущем в песках, где она сразу завоевывает сердце ловкого вождя племени. За это темноволосые женщины песков изгоняют прекрасную соперницу в джунгли. Волей случая она становится приемной дочерью громадного динозавра и сестрой ее детенышу» (дословно цитирую описание с сайта «Кинопоиск»: https://www.kinopoisk.ru/film/95287/). Нужны ли комментарии к этому?

70

Наблюдать эволюционные процессы все-таки можно, но почти исключительно на примере микроорганизмов, у которых смена поколений происходит невероятно быстро по сравнению со сменой человеческих поколений. Яркий пример — возникновение новых штаммов бактерий, устойчивых к имеющимся антибиотикам, наблюдающееся в масштабе нескольких лет и десятилетий.

71

Так, существование знаменитого питекантропа (в буквальном переводе с греческого «обезьяночеловека») было предсказано Геккелем в 1866 г., за четверть века до открытия на острове Ява его ископаемых остатков. Само название «питекантроп», как вы, наверное, уже догадались, тоже придумал Геккель.

72

Реальность таких системных мутаций отрицать невозможно. Но утверждение, что все эволюционные процессы крупного масштаба следует объяснять их возникновением, по-видимому, является сильным преувеличением. Однако ряд генетиков настаивает именно на этом.

73

Впрочем, не все палеонтологи в те годы соглашались считать археоптерикса настоящей переходной формой. Например, по мнению авторитетного австрийского геолога Мельхиора Неймайра, «Archaeopteryx был настоящею птицей, а не переходною формою между пресмыкающимися и птицами». (Неймайр М. История Земли. — СПб.: Просвещение, 1903. Т. 2. С. 272.) Прошло ровно 90 лет, и современный палеонтолог пишет, что «фактически уникально „птичьих“ остеологических (то есть скелетных. — М. В.) признаков у археоптерикса нет. Все они описаны у родов, относимых к динозаврам». (Кэрролл Р. Палеонтология позвоночных. — М.: Мир, 1993. Т. 2. С. 148.) И вообще, не будь у археоптерикса перьев, никто бы и не подумал признать его птицей. Еще один прекрасный пример того, как палеонтологи, работая, в сущности, с одним и тем же ископаемым материалом, приходят к очень несходным выводам. Вспомните историю изучения семантора!

74

Что не помешало 35 лет назад известному астрофизику (!) Фреду Хойлу объявить ископаемые остатки археоптерикса ловкой подделкой. Профессиональные палеонтологи с этим предположением не согласились, и оно так и осталось экстравагантной «сенсацией».

75

Курзанов С. М. Авимимиды и проблема происхождения птиц. — М.: Наука, 1987. С. 87.

76

Головная боль не только для специалистов-систематиков. Напомню классические задачки-апории, над которыми бились еще античные мыслители. Сколько волосков должно остаться на голове человека, чтобы считать его лысым? Если к одному зерну добавлять по зернышку, то в какой момент образуется куча? И так далее и тому подобное.

77

См. Зорина З. А., Смирнова А. А. О чем рассказали «говорящие обезьяны». Способны ли высшие животные оперировать символами? — М.: Языки славянской культуры, 2006.

78

См., напр.: Ruggiero M. A., Gordon D. P., Orrell T. M., Bailly N., Bourgoin T. et al. 2015. A higher level classification of all living organisms. PLoS ONE 10 (6): e0119248. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0119248.

79

См. Betancur-R. R. et al. 2017. Phylogenetic classification of bony fishes. BMC Evolutionary Biology, 17: 162. https://bmcevolbiol.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12862-017-0958-3.

80

Эрнст Майр, орнитолог и один из крупнейших специалистов по систематике животных прошлого века, в интервью, опубликованном за три года до смерти (Майр скончался в 2005 г. в возрасте 100 с небольшим лет), сказал: «Мне приятно, когда кладисты говорят о птицах как о… динозаврах, поскольку это показывает идиотство всей их схемы!» См. Interview with Ernst Mayr. 2002. BioEsssays, 24 (10): 960–973. До последних дней своей долгой жизни Майр оставался непримиримым врагом и критиком кладистики.

81

Курочкин Е. Н. Базальная диверсификация пернатых. Эволюция биосферы и биоразнообразия: к 70-летию А. Ю. Розанова. — М.: КМК, 2006. С. 220. Подробнее об орнитизации и ей подобных «-зациях» можно прочитать в замечательной научно-популярной книге: Еськов К. Ю. Удивительная палеонтология: история Земли и жизни на ней. — М.: ЭНАС, 2010.

82

Комментарий из книги: Альтшуллер М. Г., Лотман Ю. М. Поэты 1790–1810-х годов. — Л.: Советский писатель, 1971. О личности и сочинениях графа Хвостова можно прочитать в литературоведческих монографиях: Альтшуллер М. Г. Беседа любителей русского слова: У истоков русского славянофильства. — М.: Новое литературное обозрение, 2007; Винницкий И. Граф Сардинский: Дмитрий Хвостов и русская культура. — М.: Новое литературное обозрение, 2017.

83

Не публично, а в частной переписке, но зато от души:

Но твой затейливый навоз

Приятно мне щекотит нос:

Хвостова он напоминает,

Отца зубастых голубей,

И дух мой снова позывает

Ко испражненью прежних дней.

(Из письма к П. А. Вяземскому, 1825 г.)

84

Harris M. P. et al. 2006. The development of archosaurian first-generation teeth in a chicken mutant. Current Biology, 16 (4): 371–377.

85

Хищными бактериями иногда называют очень мелкие микроорганизмы (из рода Bdellovibrio и некоторых других), проникающие сквозь клеточную стенку своих жертв (гораздо более крупных по сравнению с «хищником») и размножающихся в промежутке между клеточной стенкой и мембраной. Но мне это больше напоминает не хищничество, а своеобразный паразитизм. См. Малахов В. В. Основные этапы эволюции эукариотных организмов // Палеонтологический журнал. 2003. № 6. С. 25–32.

86

Javaux E. J. 2019. Challenges in evidencing the earliest traces of life. Nature, 572: 451–460.

87

Чаще всего это наблюдается у паразитических простейших, обитающих в полости тела своих хозяев. Недавно было установлено, что и многоклеточные животные могут утрачивать активно функционирующие митохондрии и способность к аэробному дыханию. Так произошло с одним паразитом лососевых рыб, относящимся к классу миксоспоридий. См. Yahalomi D. et al. 2020. A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 117 (10): 5358–5363. https://www.pnas.org/content/117/10/5358.

88

См. Марков А. В. Проблема происхождения эукариот // Палеонтологический журнал. 2005. № 2. С. 3–12.

89

См. Малахов В. В. Основные этапы эволюции эукариотных организмов // Палеонтологический журнал. 2003. № 6. С. 25–32.

90

Так назвала К. Мережковского петербургская газета «День» (номер от 28 марта 1914 г.).

91

Манойленко К. В. Андрей Сергеевич Фаминцын. — СПб.: Нестор-История, 2016. С. 209.

92

Мережковский К. С. Теория двух плазм как основа симбиогенезиса, нового учения о происхождении организмов. — Казань: Изд-во Императорского Казанского ун-та, 1909. С. 92.

93

В то время она еще носила фамилию своего первого мужа — Саган (ее супругом был Карл Саган, известный многим как астроном и автор замечательных научно-популярных книг).

94

Фантастическое упорство этой исследовательницы вызывает искреннее восхищение. Она предлагала свою работу более чем десяти научным журналам и раз за разом получала отказ. Рецензенты считали ее гипотезу недоказуемой. Наконец, после долгих мытарств редактор Journal of Theoretical Biology решился принять к печати эту еретическую рукопись.

95

Последовательным противником теории симбиогенеза был известный отечественный протистолог Лев Серавин, в 1980–1990 гг. опубликовавший серию статей с критикой концепции Линн Маргулис. А вот что пишет специалист по синезеленым водорослям В. Я. Костяев: «С гносеологической точки зрения симбиотическая теория малопродуктивна и неинтересна, а в научном отношении она практически не дала ничего нового». См. Костяев В. Я. Синезеленые водоросли и эволюция эукариотных организмов. — М.: Наука, 2001. С. 96. Есть и другие скептики.

96

Интересно, почему именно российские ученые внесли такой большой вклад в «еретическую» концепцию симбиогенеза? Можно ли видеть в этом проявление каких-то особенностей русского менталитета, склонного к опровержению твердо установленных и «неопровержимых» воззрений? Не о том ли писал Федор Достоевский, утверждая: «Покажите вы русскому школьнику карту звездного неба, о которой он до тех пор не имел никакого понятия, и он завтра же возвратит вам эту карту исправленную»?

97

Недавнее открытие живых асгардархей в Тихом океане несколько отрезвило исследователей. У этого первого живого представителя группы, которого удалось исследовать, организация клетки, скорее, типично архейная, чем «переходная». Оформленного ядра у него нет, как нет и других органелл, характерных для эукариот. Фагоцитоза тоже нет. Этот парадокс может быть объяснен тем, что гены, отвечающие за «эукариотные» черты, у асгардархей есть, но еще не используются по их нынешнему назначению. Это как бы предпосылка будущей эукариотной организации, своего рода ее генетический «зародыш», который у асгардархей присутствует «потенциально». Однако замечу, что огромное множество современных асгардархей еще только предстоит найти и как следует изучить. Пока данных слишком мало, чтобы делать окончательные выводы. Некоторые авторы считают, что фагоцитоз — это весьма сложный механизм питания, который, вероятнее, возник на поздних, а не ранних этапах эукариотизации. Что же, мы живем в интересное время. Проблема эволюции эукариот сейчас интенсивно изучается, и почти каждый год делаются новые открытия, пересматривающие, а то и перечеркивающие то, о чем писали 5–10 лет назад. Следите за новостями. Рекомендую также прочитать научно-популярный обзор Сергея Ястребова на сайте «Элементы большой науки»: https://elementy.ru/novosti_nauki/433521/Obnaruzhen_zhivoy_predstavitel_asgardarkhey.

98

См. Lopez-Garcia P., Moreira D. 2006. Selective forces for the origin of the eukaryotic nucleus. BioEssays, 28 (5): 525–533. Замечу, что концепция указанных авторов, хотя и основана на принципе симбиогенеза, достаточно широко привлекает различные автогенные механизмы, включая компартментализацию. Можно предполагать, что автогенная и симбиогенная гипотезы происхождения эукариотной клетки не исключают, а взаимно дополняют друг друга, так что спор, какая из них верна, вероятно, лишен смысла.

99

Eme L. et al. 2017. Archaea and the origin of Eukaryotes. Nature Reviews Microbiology, 15: 711–723.

100

В живой природе очень распространено явление, когда хозяин усваивает трудноразложимые виды пищи, пользуясь «услугами» симбионтов, живущих внутри его тела. Термиты способны питаться клетчаткой потому, что в их кишечном тракте живут особые бактерии, вырабатывающие эффективные ферменты для разложения целлюлозы. Многочисленные виды жвачных млекопитающих питаются грубым растительным кормом, усваивать который помогают обитающие в их желудке симбиотические прокариоты и простейшие.

101

Подробнее об эволюционных преимуществах и достижениях эукариот см. Марков А. В. Проблема происхождения эукариот // Палеонтологический журнал. 2005. № 2. С. 3–12.

102

Строго говоря, далеко не все протисты — одноклеточные. Среди них довольно обычны колониальные формы, то есть агрегаты из десятков и даже сотен отдельных клеток. Ряд таких видов уже настолько сложны, что их можно рассматривать как настоящие многоклеточные организмы.

103

Еще один новый термин, которым обогатил зоологию Эрнст Геккель.

104

Таково научное название этой группы протистов. «Воротничковые жгутиконосцы» — буквальный перевод термина на русский.

105

Например, в статье: Ruiz-Trillo I. et al. 2008. A phylogenomic investigation into the origin of Metazoa. Molecular Biology and Evolution, 25 (4): 664–672. Из книжных новинок в этой области можно отметить: Martín-Durán D. M., Vellutini B. C. (eds.) 2019. Old Questions and Young Approaches to Animal Evolution. Cham: Springer Nature Switzerland.

106

Есть одно существенное различие между возникновением эукариот и метазоев. Эукариотная клетка появилась как конгломерат нескольких независимо возникших организмов, «решивших» жить вместе. А вот колонии простейших формируются в результате деления одной клетки-основательницы.

107

Дифференциация клеток на два типа, с разделением труда между ними, недавно была обнаружена и у хоанофлагеллят. См. Laundon D. et al. 2019. The architecture of cell differentiation in choanoflagellates and sponge choanocytes. PLoS Biology, 17: e3000226. https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000226.

108

В октябре 2019 г. появилось сообщение об открытии в Карибском море нового вида колониальных хоанофлагеллят, демонстрирующего сравнительно сложные формы поведения, а именно — согласованную реакцию клеток на действие света. В зависимости от степени освещенности колония меняет свою форму от чашевидной до выгнутой (почти шаровидной). Раньше такие согласованные клеточные сокращения считались присущими исключительно метазоям. См. Brunet T. et al. 2019. Light-regulated collective contractility in a multicellular choanoflagellate. Science, 366: 326–334. Добавлю к этому, что у хоанофлагеллят были обнаружены гены, отвечающие за мейоз — деление половых клеток, свойственное исключительно метазоям. Но пока половой процесс у воротничковых жгутиконосцев неизвестен. См. Carr M., Leadbeater B. S. C., Baldauf S. L. 2010. Conserved meiotic genes point to sex in the Choanoflagellates. Journal of Eukaryotic Microbiology, 57: 56–62.

109

Малахов В. В. Загадочные группы морских беспозвоночных. — М.: Изд-во МГУ, 1990. С. 10.

110

Клеток этого типа полно и в нашем собственном теле. Ими являются, к примеру, белые клетки крови — лейкоциты. Их миссия, однако, состоит не в питании, а в защите организма от болезнетворных бактерий, которых они поглощают и переваривают.

111

Дарвин Ч. Происхождение видов. — СПб.: Наука, 2001. С. 287.

112

Dos Reis M. et al. 2015. Uncertainty in the timing of origin of animals and the limits of precision in molecular timescales. Current Biology, 25: 2939–2950.

113

Pu J. P. et al. 2016. Dodging snowball: Geochronology of the Gaskiers glaciation and the first appearance of the Ediacaran biota. Geology, 44: 955–958.

114

На отпечатках эдиакарских медуз можно рассмотреть тончайшие детали строения внутренних канальцев и гонад. См. Федонкин М. А. Бесскелетная фауна венда и ее место в эволюции метазоа. — М.: Наука, 1987. Эдиакарская фауна вообще уникальна тем, что ее представители, лишенные скелета, сохранились в каменной летописи в количестве многих тысяч экземпляров. Как образно выразился М. А. Федонкин (там же, с. 50), это был единственный в истории Земли период, «когда все макроскопические животные были „равны перед лицом истории“. Начиная с кембрия летопись органического мира представляют главным образом скелетные организмы». Одна из многих причин, определивших прекрасную сохранность эдиакарской биоты, — отсутствие в то время хищников и падальщиков, которые в позднейшие времена уничтожали лишенных скелета животных.

115

Можно упомянуть попытку одного австралийского геолога доказать, что эдиакарские фоссилии могли принадлежать… морским лишайникам. См. Retallack G. J. 1994. Were the Ediacaran fossils lichens? Paleobiology, 20 (4): 523–544.

116

На русском языке опубликовано несколько статей про кимбереллу. См., напр.: Федонкин М. А. Второе рождение кимбереллы // Природа. 1998. № 1. С. 3–10; Иванцов А. Ю. Новая реконструкция кимбереллы — проблематического вендского многоклеточного животного // Палеонтологический журнал. 2009. № 6. С. 3–12.

117

Zhuravlev A. Yu., Wood R. A. 2018. The two phases of the Cambrian explosion…

118

Это определение разошлось по Рунету благодаря другому палеонтологу, Кириллу Еськову, и его несколько раз переиздававшейся (под разными названиями) книге «Удивительная палеонтология».

119

Zhang F. et al. 2019. Global marine redox changes drove the rise and fall of the Ediacara biota. Geobiology, 17 (6): 594–610.

120

Cunningham J. A. et al. 2017. The origin of animals: Can molecular clocks and the fossil record be reconciled? BioEssays, 39 (1), р. 6. Чуть ниже авторы обзора пишут: «Мы не считаем достоверным ни одно указание на обнаружение ископаемых животных в криогене» (с. 7).

121

He et al. 2019. Possible links between extreme oxygen perturbations and the Cambrian radiation of animals. Nature Geoscience, 12: 468–474.

122

См., напр.: Демиденко Ю. Е., Пархаев П. Ю. Таксономическое разнообразие раннекембрийской мелкораковинной фауны Китая. Эволюция биосферы и биоразнообразия: К 70-летию А. Ю. Розанова. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006. С. 492.

123

Brennan S. T. et al. 2004. Seawater chemistry and the advent of biocalcification. Geology, 32 (6): 473–476.

124

Правда, и здесь «быстрота» — понятие относительное. Процесс освоения животными ниш, доступных в морских экосистемах, не завершился в кембрии и продолжился в ордовикском периоде, в котором разнообразие животных выросло в несколько раз.

125

Gould S. J. 1989. Wonderful Life: The Burgess shale and the nature of history. New York: W. Norton & Co, p. 99.

126

Там же, с. 236.

127

Очень живо перипетии споров вокруг ископаемых из бёрджесских сланцев, а также «история о том, как поссорились Стивен Леонардович (Гулд) и Саймон Ричардович (Конвей Моррис)» описаны в научно-популярной книге: Форти Р. Трилобиты: свидетели эволюции. — М.: Альпина нон-фикшн, 2014 (см. главу 5, Трилобитовый взрыв).

128

Впору сокрушенно повторять вслед за Денисом Давыдовым:

Жомини да Жомини!

А об водке — ни полслова!

129

Из рассказа «Аналитический язык Джона Уилкинса» (перевод Е. Лысенко). Судя по всему, однако, никакой такой китайской энциклопедии под названием «Небесная империя благодетельных знаний» никогда не существовало, и вся эта цитата не более чем остроумная выдумка шутника Борхеса.

130

Оценки числа современных видов взяты из сводки: Zhang Z.-Q. 2013. Animal biodiversity: An update of classification and diversity in 2013. Zootaxa, 3703 (1): 5–11. Хотя с момента ее составления прошло около десяти лет и за это время было открыто и описано множество новых видов (особенно среди насекомых), порядок величин и количественные соотношения между типами по их видовому богатству не претерпели существенных изменений. Обратите внимание еще и на то, что приведенные мною цифры соответствуют числу известных науке видов. Резонно считается, что огромная масса видов мелких беспозвоночных, особенно паразитических, остается неизвестной и неописанной. Со времен Карла Линнея прошло более двух с половиной веков, но мы до сих пор не закончили полную «инвентаризацию» земной фауны. К сожалению, в современных условиях есть реальная угроза того, что немалое число видов будет уничтожено человеком раньше, чем зоологи их откроют, опишут и дадут им научные названия.

131

В строгом таксономическом смысле это название уже устарело. Сейчас эту группу животных предпочитают называть стрекающими, или книдариями, но я для удобства пользуюсь старым термином, который до сих пор известен гораздо больше, особенно среди незоологов.

132

Строго говоря, эмбриональное развитие этого животного до сих пор неизвестно. Трихоплакс чаще всего размножается почкованием, а не половым путем, и пока еще никто не смог проследить судьбу его зародышей. В лабораторных условиях эмбрионы трихоплакса почему-то гибнут на стадии 64 бластомеров.

133

Нижеследующий рассказ о симметрии в животном мире основан на материалах классической монографии русского зоолога В. Н. Беклемишева «Основы сравнительной анатомии беспозвоночных» (М.: Наука, 1964. Т. 1).

134

Сделать это можно, посмотрев короткий ролик на YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=FN7maWs0go0.

135

Во многих человеческих культурах, включая и западную, ротовое и анальное отверстия противопоставлены как два полюса: чистого и нечистого, возвышенного и непристойного (или смешного). Такие определения, как «сахарные» и «медовые» уста, в применении к анусу выглядят глумливо или гротескно. Анатомическим строением человеческого тела определяется и то, что органы размножения тоже попадают в сферу неприличного «материально-телесного низа», который «одновременно и материализующий, и улегчающий, веселый» (М. М. Бахтин). Отсюда все непристойности и скабрезности, которые с ними связаны. Так считают культурологи, хотя с эмбриологической точки зрения человеческий «зад» есть не что иное, как несостоявшийся рот.

136

Пишу «почти», потому что у некоторых представителей первичноротых (таких как черви-волосатики и кое-кто еще) тоже обнаружена самая настоящая вторичноротость. Подробности можно прочитать в обзоре Сергея Ястребова «Вторичноротость может оказаться первичной для двусторонне-симметричных животных» (https://elementy.ru/novosti_nauki/432567/Vtorichnorotost_mozhet_okazatsya_pervichnoy_dlya_dvustoronne_simmetrichnykh_zhivotnykh).

137

См. Серавин Л. Н., Гудков А. В. Trichoplax adhaerens (тип Placozoa) — одно из самых примитивных многоклеточных животных. — СПб.: Тесса, 2005.

138

Вот почему многие зоологи отказывались считать губок «настоящими многоклеточными». По определению В. В. Малахова: «Настоящие многоклеточные… это формы, имеющие орган захвата пищи — рот, орган переваривания пищи — кишечную полость, нервную систему и мускулатуру» (см. Малахов В. В. Основные этапы эволюции эукариотных организмов // Палеонтологический журнал. 2003. № 6). Всего этого губки лишены. Однако тот же автор удачно заметил, что губки «примитивные, но не простые». Недавнее исследование показало, что у губок насчитывается до 18 различных клеточных типов. См. Musser J. M. et al. 2019. Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution. bioRxiv, 758276. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/758276v1.

139

King N., Rokas A. 2017. Embracing uncertainty in reconstructing early animal evolution. Current Biology, 27: R1081–R1088. Авторы начинают свою статью с признания в том, что реконструировать ранние этапы эволюции животных — это «чертовски трудное» (вот прямо так и пишут!) занятие. До сих пор в этой сфере больше вопросов, чем ответов.

140

Budd G. E., Jensen S. 2017. The origin of the animals and a ‘Savannah’ hypothesis for early bilaterian evolution. Biological Reviews, 92: 446–473.

141

Это характерно и для других подобных научных задач, где с помощью молекулярного подхода пытаются реконструировать события очень отдаленного прошлого. Например, несмотря на все усилия, еще никому не удалось разобраться с происхождением и родственными связями классов моллюсков. См. Schrödl M., Stöger I. 2014. A review on deep molluscan phylogeny: old markers, integrative approaches, persistent problems. Journal of Natural History, 48 (45–48): 2773–2804.

142

Это название не имеет никакого отношения к Икару из древнегреческой мифологии. «Икара» в переводе с языка аборигенов племени адньяматанха означает «место встречи».

143

Икария описана в статье: Evans S. D. et al. 2020. Discovery of the oldest bilaterian from the Ediacaran of South Australia. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 117 (4): 7845–7850.

144

Чуть раньше икарии, в 2019 г., китайскими палеонтологами было объявлено об открытии еще одного двусторонне-симметричного и активно ползающего существа, названного илингией (Yilingia). Оно жило примерно в то же время, что икария, и было устроено даже несколько сложнее этой последней. См. Chen Z. et al. 2019. Death march of a segmented and trilobate bilaterian elucidates early animal evolution. Nature, 573: 412–415.

145

Беклемишев В. Н. Основы сравнительной анатомии беспозвоночных. — М.: Наука, 1964. Т. 1. С. 106.

146

В истории английской науки был еще один известный Адам Седжвик, старший современник Дарвина. Он наиболее известен исследованиями по геологии, а также тем, что до конца дней своих остался твердым противником дарвиновского учения, что ничуть не мешало ему сохранять добрые отношения со своим бывшим учеником (Дарвин, будучи студентом Кембриджского университета, посещал лекции Седжвика по геологии). Адам Седжвик-второй был внучатым племянником этого Седжвика.

147

Кстати, именно так передвигаются по дну современные ползающие гребневики.

148

Малахов В. В. Основные этапы эволюции эукариотных организмов // Палеонтологический журнал. 2003. № 6.

149

Есть предположение, что животные эдиакарской фауны, все эти листовидные уплощенные формы, внешне так напоминающие современных двусторонне-симметричных животных, уже были настоящими билатериями. Подобную точку зрения обычно отстаивают зоологи, специализирующиеся на изучении современных животных; палеонтологи чаще видят в эдиакарских существах «неудачников», проигравших в конкурентной борьбе с билатериями, возникшими много позднее. См. Budd G. E., Jensen S. 2017. The origin of the animals and a ‘Savannah’ hypothesis for early bilaterian evolution. Biological Reviews, 92: 446–473.

150

В философии Аристотеля была еще и четвертая разновидность причин — причина формальная (идейная). Наверное, в моем примере формальной причиной является идея лифта как средства передвижения, некогда пришедшая в голову какому-то изобретателю и с тех пор воплощающаяся в миллионах конкретных лифтов, работающих по всему миру.

151

Как известно, ухо на спине грызуна не было настоящим человеческим ухом. Это «украшение» было сделано на основе пересаженного хряща, которому с помощью не очень сложных манипуляций придали сходство с ушной раковиной.

152

Gai Zh.-K., Zhu M. 2012. The origin of the vertebrate jaw: Intersection between developmental biology-based model and fossil evidence. Chinese Science Bulletin, 57: 3819–3828.

153

Еще в 1920-е гг. был составлен перечень таких признаков, состоящий из 25 позиций. За прошедшие 100 лет к ним добавились многие генетические и физиологические признаки. См. Skulachev V. P. et al. 2017. Neoteny, prolongation of youth: From naked mole rats to «naked apes» (Humans). Physiological Reviews, 97 (2): 699–720. Довольно широкий набор эмбриональных и ювенильных признаков демонстрируют разные породы собак в сравнении с их прямым предком — волком. Череп взрослой собаки больше напоминает череп волчонка, чем матерого волка. См. McNamara K. J. 2012. Heterochrony: the evolution of development. Evolution: Education and Outreach, 5: 203–218. Однако не нужно преувеличивать значение этих фактов. В строении человеческого тела есть немало черт, которым нет аналогов у эмбрионов гоминид. Это и увеличенные размеры головного мозга, и относительно длинные ноги, и даже сравнительно крупные размеры стопы.

154

См. Vidal D. et al. 2020. Ontogenetic similarities between giraffe and sauropod neck osteological mobility. PloS One, 15 (1): e0227537. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227537.

155

McNamara K. J. 2012. Heterochrony: the evolution of development; McNamara K. J., Long J. A. 2012. The role of heterochrony in dinosaur evolution. The complete dinosaur. Life of the Past. Indiana: Indiana University press, Indiana, pp. 761–784.

156

Bejder L., Hall B. K. 2002. Limbs in whales and limblessness in other vertebrates: mechanisms of evolutionary and developmental transformation and loss. Evolution & Development, 4 (6): 445–458.

157

Докинз Р. Эгоистичный ген. — М.: Мир, 1993.

158

Гемофилию вызывает рецессивный аллель (hh) всего одного гена (Hh). Страдают этим заболеванием исключительно лица мужского пола, которые, как правило, не доживают до половозрелости, унося мутантный аллель с собой в могилу. Однако гемофилия не исчезает нацело из генофонда, потому что безвредный ген Hh иногда мутирует, превращаясь в своего убийственного родственника hh. Частота подобных случаев составляет приблизительно 1,3∙10–5. Для сравнения: частота мутаций, вызывающих альбинизм у человека, составляет 3∙10–5, то есть примерно в два раза выше. См. Грант В. Эволюционный процесс. — М.: Мир, 1991.

159

Известно, что частота возникновения мутаций у бактерий в десять и более раз ниже, чем у высших позвоночных. Фантастические темпы эволюции микроорганизмов, которые и не снились млекопитающим, объясняются очень быстрой сменой их поколений.

160

Bateson W. 1894. Materials for the Study of Variation Treated with Especial Regard to Discontinuity in the Origin of Species. London: Macmillan and Co, p. 85. Электронная версия этой книги доступна по адресу https://www.biodiversitylibrary.org/bibliography/1348#/summary.

161

Можно наблюдать элементы сегментации и у человека, например, в строении позвоночника, состоящего из нескольких десятков имеющих сходное строение позвонков.

162

Вполне резонно допустить, что отряд двукрылых насекомых произошел от четырехкрылых предков как продукт подобного рода гомеозисной мутации.

163

Есть основания думать, что так оно и было. Переходные формы между бесчелюстными рыбами и их вооруженными челюстями потомками неизвестны. См. Mazan S. et al. 2000. Otx1 gene-controlled morphogenesis of the horizontal semicircular canal and the origin of the gnathostome characteristics. Evolution & Development, 2: 186–193.

164

Корочкин Л. И. Биология индивидуального развития. — М.: Изд-во МГУ, 2002.

165

Galliot B., Miller D. 2000. Origin of anterior patterning: how old is our head? Trends in Genetics, 16 (1): 1–5.

166

Hu Y., Linz D. M., Moczek A. 2019. Beetle horns evolved from wing serial homologs. Science, 366: 1004–1007.

167

В христианской иконографии традиционны антропоморфные изображения ангелов, у которых три пары конечностей — руки, ноги и крылья за спиной. Я полагаю, что и здесь не обошлось без мутации в Hox-генах…

168

С точки зрения биомеханики возможны некоторые аналогии между вибрационным полетом шмелей и колибри, зависающих в воздухе благодаря очень быстрым взмахам крыльев (до 30 в секунду).

169

Takeuchi J. K. et al. 1999. Tbx5 and Tbx4 genes determine the wing/leg identity of limb buds. Nature, 398: 810–814.

170

Tomarev S. I. et al. 1997. Squid Pax-6 and eye development. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 94: 2421–2426.

171

Корочкин Л. И. Биология индивидуального развития.

172

Павлинов И. Я., Любарский Г. Ю. Биологическая систематика: Эволюция идей. — М.: КМК, 2011. С. 449.

173

Из текста Кафки очевидно, что описывает он не насекомое, а гигантскую многоножку. «Ему нужны были руки, чтобы подняться; а вместо этого у него было множество ножек, которые не переставали двигаться и с которыми он к тому же никак не мог совладать…» (перевод С. Апта). В немецком оригинале существо, которым стал несчастный коммивояжер, названо Ungeziefer. Мой словарь переводит это слово как «паразит» или «насекомое-вредитель». Возможно, писатель не имел в виду конкретный вид членистоного, а хотел дать неопределенный образ чего-то неприятного, мерзкого и насекомоподобного.

174

Грант В. Эволюция организмов. — М.: Мир, 1991.

175

Грант В. Видообразование у растений. — М.: Мир, 1984.

176

Панов Е. Н. Гибридизация и этологическая изоляция у птиц. — М.: Наука, 1989.

177

Майр Э. Зоологический вид и эволюция. — М.: Мир, 1968. С. 90–91.

178

Терновский Д. В., Терновская Ю. Г. Экология куницеобразных. — Новосибирск: Наука,1994. С. 174. Нельзя, конечно, сбрасывать со счетов и агрессивное поведение американской норки по отношению к европейской. Известны случаи, когда «американцы» загрызали своих европейских сородичей. Но в целом отношения между двумя видами нельзя считать однозначно враждебными. Тот же Терновский, много лет содержавший разные виды куньих на экспериментальной ферме, отмечал, что европейские и американские норки «в продолжение всей зимы дружно живут и спят вместе в одном домике». См. Терновский Д. В. Исчезнет ли европейская норка? // Природа. 1975. № 11. С. 58.

179

Со съедобными лягушками вообще все довольно сложно. При их размножении потомкам передается только один из двух геномов, полученных от родительских видов, а второй уничтожается. Рекомбинации предковых геномов не происходит, поэтому все половые клетки съедобных лягушек совершенно одинаковы. Это следует считать клональным размножением. Потомство от спаривания гибридных особей часто нежизнеспособно, поэтому, чтобы вид продолжал существовать, съедобной лягушке необходимо периодически скрещиваться с прудовой или с озерной лягушками, с которыми они часто живут в одном и том же водоеме. Как итог три вида формируют очень сложные системы генетических взаимоотношений, называемые популяционными системами. Это совершенно особый способ видовой эволюции, вот почему некоторые специалисты сомневаются, можно ли называть съедобную лягушку видом в том значении слова «вид», который ему придается со времен Линнея. См. Шабанов Д. А., Литвинчук С. Н. Зеленые лягушки: жизнь без правил или особый способ эволюции? // Природа. 2010. № 3. С. 29–36.

180

Mallet J., Besansky N., Hahn M. W. 2015. How reticulate are species? Bio Essays, 38: 140–149.

181

Именно так передаются гены устойчивости к инсектицидам у скрещивающихся между собой видов малярийных комаров в Африке, а также, возможно, и у других видов кровососущих насекомых, переносящих болезни человека. См. Mallet J., Besansky N., Hahn M. W. 2015. How reticulate are species?..

182

Воронцов Н. Н. Эволюция. Видообразование. Система органического мира. — М.: Наука, 2005. С. 60.

183

Кордюм В. А. Эволюция и биосфера. — Киев: Наукова думка, 1982.

184

В 1958 г. Фрэнсис Крик, внесший огромный вклад в расшифровку структуры ДНК, сформулировал так называемую центральную догму молекулярной биологии, согласно которой передача информации в живых системах идет исключительно в одном направлении: от ДНК к РНК, и затем на основе РНК строится белок. Процесс синтеза РНК на основе ДНК называется транскрипцией. Прошло всего 12 лет, и универсальность «центральной догмы» была опровергнута. У некоторых вирусов обнаружилась способность образовывать двуцепочечную ДНК на основе одноцепочечной РНК, что было названо обратной транскрипцией. Виталий Кордюм считал, что с помощью этого механизма чужеродная, полученная «горизонтальным» путем ДНК, способна встроиться в геном вида-реципиента. См. Кордюм В. А. Эволюция и биосфера. — Киев: Наукова думка, 1982. С. 74.

185

Татаринов Л. П. Очерки по теории эволюции. — М.: Наука, 1987. С. 138. Но так ли уж вздорна эта теория? В свежей статье Mikhailovsky G., Gordon R. 2020. Shuffling type of biological evolution based on horizontal gene transfer and the biosphere gene pool hypothesis. BioSystems, 193–194: 104131 (https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0303264720300368) излагается гипотеза «биосферного генного пула». Благодаря горизонтальному переносу, утверждают авторы статьи, все прокариоты Земли могут образовать единое «генетическое пространство», по которому в разных направлениях перемещаются гены. Вся биологическая эволюция рассматривается в этой концепции как «перетасовывание генетической колоды». Авторы ссылаются на В. А. Кордюма как на одного из своих предшественников.

186

Alegado R. A., King N. 2014. Bacterial influences on animal origin. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 6: a016162.

187

List J.-M. 2019. Automated methods for the investigation of language contact, with a focus on lexical borrowing. Language and Linguistics Compass, 13 (10): e12355.

188

Parker B. J., Brisson J. A. 2019. A laterally transferred viral gene modifies aphid wing plasticity. Current Biology, 29 (12): 2098–2103.

189

Nedelcu A. M. 2019. Independent evolution of complex development in animals and plants: deep homology and lateral gene transfer. Development, Genes and Evolution, 229: 25–34. Речь идет о так называемом белковом домене SAND: комплексе протеинов, связывающих ДНК и играющих важную роль в регуляции клеточного деления и дифференцировки. Он неизвестен у прокариот, а у эукариот встречается у зеленых водорослей, растений и животных. Гипотеза автора состоит в том, что метазои получили домен SAND в готовом виде от зеленых водорослей, а не выработали его сами в ходе конвергентной эволюции. Если это верно, то водоросли «помогли» нашим очень далеким предкам стать многоклеточными.

190

Именно благодаря ГПГ эти членистоногие «позаимствовали» у микроорганизмов целый набор ферментов, позволяющих им усваивать растительную пищу. См. Wybouw N. et al. 2016. Horizontal gene transfer contributes to the evolution of arthropod herbivory. Genome Biology & Evolution, 8 (6): 1785–1801.

191

Исаева В. В., Голубев А. Г. 2017. Оболочники — наши ближайшие беспозвоночные родственники // Биосфера. 2017. № 9 (3). С. 242–260.

192

Gladyshev E. A. et al. 2008. Massive horizontal gene transfer in bdelloid rotifers. Science, 320: 1210–1213.

193

Eyres I. et al. 2015. Horizontal gene transfer in bdelloid rotifers is ancient, ongoing and more frequent in species from desiccating habitats. BMC Biology, 13: 90. См. https://bmcbiol.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/s12915-015-0202-9.

194

Sieber K. et al. 2017. Lateral gene transfer between prokaryotes and eukaryotes. Experimental Cell Research, 358: 421–426.

195

Ретротранспозоны — это разновидность мобильных генетических элементов, «прыгающие» участки генома, способные перемещаться по нему и размножаться в разных его местах.

196

Sieber K. et al. 2017. Lateral gene transfer between prokaryotes and eukaryotes…

197

Медникова М. Б. Краткая история «параллельных человечеств» // Природа. 2019. № 1. С. 15–23.

198

Всего было проанализировано 27 566 геномов, полученных от добровольцев из числа островитян. См. Skov L. et al. 2020. The nature of Neanderthal introgression revealed by 27,566 Icelandic genomes. Nature, 582: 78–83. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2225-9.

199

Традиционно «Сад земных наслаждений» истолковывают как художественную аллегорию одного из семи смертных грехов — сладострастия. Какой смысл вкладывал в триптих сам художник, в точности неизвестно.

200

У атлантической миксины (представитель круглоротых) позвоночник отсутствует полностью (указано Сергеем Ястребовым). Но был ли он утрачен в ходе эволюции или же миксина происходит от предков, у которых позвоночника не было, неизвестно. Можно сказать, что миксина — это исключение, подтверждающее правило.

201

См., напр.: Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. — М.: Мир, 1992. Т. 1.

202

Подробнее о полухордовых можно прочесть в статье: Ежова О. В., Малахов В. В. О саккоглоссусе, зоологах и перевернутых хордовых // Природа. 2013. № 2. С. 49–56.

203

Надо признать, что не все специалисты соглашаются считать пикайю «настоящим хордовым». Если они правы, то право называться древнейшим бёрджесским хордовым переходит к метасприггине, с которой мы еще встретимся в этой главе.

204

Все эти датировки взяты из статьи: Erwin D. H. et al. 2011. The Cambrian Conundrum: Early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science, 334: 1091–1097.

205

Часто можно встретить мнение, что молекулярные часы основаны на более надежных данных, чем геологическая летопись, и поэтому «точнее» и предпочтительнее. Однако некоторые специалисты считают, что часы эти слишком уж «спешат» и поэтому очень древние датировки происхождения тех или иных таксонов, значительно опережающие палеонтологические данные, могут быть недостоверны. Если это верно, то огромный разрыв, который дают два независимых метода, получает свое объяснение. См. Budd G., Mann R. P. 2019. Survival and selection biases in early animal evolution and a source of systematic overestimation in molecular clocks. Paleorxiv, https://paleorxiv.org/j45yf/.

206

Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. — М.: Мир, 1992. Т. 1. С. 25.

207

О крайней примитивности этого существа говорит перечень анатомических структур, которые у него отсутствуют. У ланцетника нет черепа и головного мозга, позвоночника, челюстей и зубов, сердца, глаз, жабр или легких. В крови отсутствуют красные кровяные тельца (эритроциты) и гемоглобин. Обмен веществ ланцетника происходит на таком низком уровне, что он превосходно обходится без специальных органов дыхания, используя кислород, проникающий через поверхность тела. Питается ланцетник тоже бесхитростным фильтрационным способом. Он настолько не похож на родственника позвоночных, что Петр Симон Паллас, натуралист, открывший ланцетника, решил, что это один из видов моллюсков, относящийся к группе морских слизней. Александр Ковалевский, изучив в 1886 г. зародышевое развитие ланцетника, показал, что оно во многих чертах схоже с эмбриогенезом беспозвоночных. Именно после этого ланцетника стали считать переходной формой, связывающей беспозвоночных и позвоночных.

208

Цит. по: Канаев И. И. Избранные труды по истории науки. — СПб.: Нестор-История, 2000. С. 286.

209

Жоффруа Сент-Илер Э. Избранные труды. — М.: Наука, 1970. С. 383–384.

210

В пользу гипотезы перевернутости говорят и некоторые эмбриологические факты. Так, желток у эмбриона членистоногих всегда расположен на спинной стороне его тела, а у эмбриона позвоночных — на брюшной. Но противники гипотезы выдвигали много контраргументов, в основе которых также несомненные анатомические факты. Морфология и эмбриология не могли дать окончательного ответа на вопрос, «перевернуты» хордовые или нет. См. Воронов Д. А. Старая гипотеза «перевернутости» хордовых подтверждается // Природа. 2000. № 11. С. 18–22.

211

Nielsen C. 2017. Evolution of deuterostomy — and origin of the Chordates. Biological Reviews, 92 (1): 316–325.

212

Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. — М.: Мир, 1992. Т. 1.

213

Johanson Z., Boisvert C. A., Trinajstic K. 2019. Early vertebrates and the emergence of jaws. In: Ziermann J. M. et al. (eds.). Heads, Jaws, and Muscles: Anatomical, functional, and developmental diversity in chordate evolution. Cham: Springer, pp. 23–44.

214

И осетрообразных. Это древний, реликтовый для современной биоты отряд рыб, у которых скелет тоже состоит в основном из хрящевой ткани.

215

Minter N. J. et al. 2016. The prelude to continental invasion. In: Mángano M. G., Buatois L. A. (eds.). The Trace-Fossil Record of Major Evolutionary Events Volume 1: Precambrian and Paleozoic. Dordrecht: Springer Verlag, pp. 157–204.

216

Retallack G. J. 2019. Soils of the Past: An introduction to paleopedology. Oxford: John Wiley & Sons.

217

В том числе на русский. См. Шубин Н. Внутренняя рыба: История человеческого тела с древнейших времен до наших дней. — М.: Астрель, 2010.

218

Там же, с. 56–57.

219

Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных.

220

Эволюционное «творчество» в кайнозойской эре не ограничивалось появлением многочисленных новых отрядов птиц и зверей. Надо принять в расчет и некоторые «конструкторские новации» природы, обогатившие морфологический, физиологический и поведенческий репертуар животных. Это возникновение разумных приматов и общественных насекомых (термиты появились, вероятно, еще в конце мезозоя) и эхолокация, «изобретенная» летучими мышами около 55 млн лет назад. См. Vermeij G. J. 2017. How the land became the locus of major evolutionary innovations. Current Biology, 27 (20): 3178–3182.

221

Переслегин С. Того, что достаточно для Геродота, мало для Герострата… // Лем С. Сумма технологии. — М.; СПб.: АСТ, Terra Fantastica, 2002. С. 663–664.

222

Должен признаться, что я позаимствовал название этой главы из книги Натана Эйдельмана «Ищу предка», вышедшей первым изданием в далеком уже 1967 г. Она посвящена эволюции человека. В свои школьные годы я перечитал эту книгу раз десять, наверное, и она до сих пор остается для меня лучшим образцом научно-популярной книги по биологии, написанной на русском языке. Мнение субъективное, и я на нем совсем не настаиваю. В содержательном отношении книга безнадежно устарела, но написана так увлекательно и таким хорошим стилем, что я и сегодняшнему читателю рекомендовал бы ее отыскать и прочесть. Интересно, что научной специальностью Эйдельмана была не палеоантропология, а история России XIX в.

223

Фрагменты ранних греческих философов. Ч. 1. — М.: Наука, 1989. С. 171. (Текст принадлежит Ксенофану Колофонскому, пер. А. В. Лебедева.)

224

Очень радует, что на фоне переводной научно-популярной литературы, изданной у нас за последние 8–10 лет, совсем не потерялись книги об эволюции человека, написанные отечественными учеными и популяризаторами. Для всех интересующихся антропогенезом могу порекомендовать следующие издания: Вишняцкий Л. Б. Неандертальцы: история несостоявшегося человечества. — СПб.: Нестор-История, 2010; Марков А. В. Эволюция человека. В 2-х кн. — М.: Corpus, 2013; Соколов А. Б. Мифы об эволюции человека. — М: Альпина нон-фикшн, 2015; Дробышевский С. В. Достающее звено. — М.: Corpus, 2017. Все важнейшие новости палеоантропологии оперативно публикуются и обсуждаются на просветительском сайте «Антропогенез»: https://antropogenez.ru/.

225

Достаточно сказать, что такой выдающийся эволюционист и последовательный сторонник Дарвина, как Альфред Рассел Уоллес, не мог примириться с идеей о происхождении человеческой психики («души») и, конкретно, сознания путем естественного отбора. По его мнению, она не могла появиться без вмешательства «высших нематериальных сил». Тут надо заметить, что Уоллес пришел к этому убеждению благодаря своей вере в спиритизм, то есть возможность общения с «миром духов», весьма распространенной и даже модной среди образованной публики второй половины XIX в. Он лично участвовал в спиритических сеансах, убедивших его в «реальности» нематериального мира. См. Kottler M. J. 1974. Alfred Russel Wallace, the Origin of Man, and spiritualism. Isis, 65 (2): 144–192.

226

Цит. по: Conlin P. H. 2018. Victorian racism: An explication of scientific knowledge, its social character, and its relation to Victorian popular culture. Inquiries Journal, 10 (1). http://www.inquiriesjournal.com/articles/1719/victorian-racism-an-explication-of-scientific-knowledge-its-social-character-and-its-relation-to-victorian-popular-culture.

227

А вот творец фагоцителлы Илья Мечников, признававший, что «естественное неравенство между отдельными особями, племенами и расами есть общий принцип в организованном мире» (см. Мечников И. И. Борьба за существование в обширном смысле // Вестник Европы. 1878. Т. 13. С. 27), писал с явным осуждением о том, что более сильные расы уничтожают «с удовольствием, без всякой надобности» расы послабее. Среди главнейших причин расовой «слабости» Мечников называл «незнание и непрактичность», из-за которых «дикие» расы легко поддаются обману со стороны «культурных».

228

Подобные гипотезы в истории палеоантропологии, как правило, оказывались несостоятельными. В XIX в. морфологические особенности костей питекантропа и неандертальца тоже пытались объяснить прижизненными патологиями. Создается впечатление, что про «уродов» вспоминают тогда, когда любой ценой хочется спасти любимые и привычные концепции, которым угрожают новые палеоантропологические факты.

229

В 2019 г. удалось получить палеогенетическую информацию, исследуя зуб гигантопитека — огромной человекообразной обезьяны, обитавшей на юго-востоке Азии почти 2 млн лет тому назад. Изучение сохранившихся в зубной эмали белков позволило не только подтвердить родство этого вида с современными орангутанами, но даже определить, что животное было самкой. См. Welker F. et al. 2019. Enamel proteome shows that Gigantopithecus was an early diverging pongine. Nature, 576: 262–265.

230

Templeton A. R. 2018. Human Population Genetics and Genomics. London etc.: Academic Press.

231

Cann R. L., Stoneking M., Wilson A. C. 1987. Mitochondrial DNA and human evolution. Nature, 325: 31–36.

232

Цит. по: Lewin R. 1997. Bones of Contention: Controversies in the search for human origins. Chicago-London: The University of Chicago Press, p. 111, 112.

233

Конкретные оценки возраста «Евы», «Адама» и других ключевых фигур человеческой эволюции неоднократно менялись и продолжают меняться. Правда, не настолько сильно, чтобы датировать их существование мезозойской эрой или, в согласии с традиционной ветхозаветной хронологией, 6000 лет назад. Сейчас исследования Y-хромосомной генеалогии включают также неандертальцев и денисовцев. Новейшая оценка возраста Y-хромосомного Адама, опубликованная в интернете 9 марта 2020 г., составляет примерно 249 000 лет (она находится в доверительном интервале между 213 000 и 293 000 лет). При этом обладатель Y-хромосомы, предковой для человека разумного и неандертальца, жил сравнительно недавно, около 350 000 лет назад. См. Petr M. et al. 2020. The evolutionary history of Neandertal and Denisovan Y chromosomes. См. BioRxiv https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.03.09.983445v1.full.

234

Кстати, совсем необязательно, чтобы «Адам» и «Ева» принадлежали нашему биологическому виду Homo sapiens. Кто знает, может быть, исходные гаплотипы существовали в популяциях предкового вида, от которого мы их и унаследовали. Еще одно напоминание, что не следует смешивать родословную генов и родословную видов и особей. Они могут быть очень похожи, но вовсе не обязательно идентичны друг другу.

235

Нельзя не заметить, как этот сценарий похож на другие истории про «бутылочное горлышко», правда, мифологические, в которых все ныне живущие люди являются потомками одной семьи, выжившей после ниспосланного свыше катаклизма. В Древней Греции об этом рассказывал миф про Девкалиона и Пирру, на Ближнем Востоке был распространен миф о Всемирном потопе, вошедший в ветхозаветное сказание под именем «Ноев потоп». Похожие легенды есть у народов на всех континентах. См. Фрэзер Дж. Дж. Фольклор в Ветхом Завете. — М.: Политиздат, 1989.

236

Sjödin P. et al. 2012. No evidence for a human bottleneck during the penultimate glacial period. Molecular Biology & Evolution, 29: 1850–1861.

237

Schlebusch C. M., Jakobsson M. 2018. Tales of human migration, admixture, and selection in Africa. Annual Review of Genomics and Human Genetics, 19: 405–428.

238

Schlebusch C. M., et al. 2017. Southern African ancient genomes estimate modern human divergence to 350,000 to 260,000 years ago. Science, 358: 652–655. Нельзя не заметить, однако, что эта датировка, делающая возраст вида Homo sapiens гораздо более древним, не согласуется с новейшими оценками возраста «Адама» и «Евы», которые оказываются значительно моложе этой даты (особенно «Ева»). Дивергенция между предками нашего вида и линией, ведущей к неандертальцам и денисовцам, датирована в этой статье временем примерно 600 000 лет назад, что также гораздо древнее, чем самая свежая оценка времени расхождения по Y-хромосоме (см. примечание 13). Возможно, дело в том, что в цитируемой работе использовались данные по всему человеческому геному, а не по отдельной его части, какой являются и Y-хромосомы, и митохондриальная ДНК.

239

Основано на данных классической работы: Gagneux P. et al. 1999. Mitochondrial sequences show diverse evolutionary histories of African hominoids. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 96 (9): 5077–5082.

240

Левонтин Р. Человеческая индивидуальность: Наследственность и среда. — М.: Мир, 1993. С. 200.

241

Эта цитата, как и все последующие цитаты и рисунки в разделе об «анатомическом будущем» человечества, взята из интереснейшей книги: Быстров А. П. Прошлое, настоящее, будущее человека. — М.: Медгиз, 1957 (переиздана в 2017 г.). С ее автором мы уже встречались на страницах этой книги. Именно А. П. Быстров выполнил первую реконструкцию внешнего облика семантора (см. главу 3).

242

См. Ward P. 2001. Future evolution. New York: W. H. Freeman Book etc.

243

Де Вааль Ф. Истоки морали: В поисках человеческого у приматов. — М.: Альпина нон-фикшн, 2014; де Вааль Ф. Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных? — М.: Альпина нон-фикшн, 2017.

244

И болезнетворных микробов в собственном теле. О роли возбудителей инфекционных заболеваний в завоевании европейцами других континентов можно прочитать в книге: Даймонд Дж. Ружья, микробы и сталь: история человеческих сообществ. — М.: АСТ, 2017.

245

Койн Дж. Вера против фактов: Почему наука и религия несовместимы. — М.: Альпина Паблишер, 2017. С. 344.

246

Там же.

Content

Максим Винарский
Евангелие от LUCA
В поисках родословной животного мира

«Ах, как много на свете кошек…» (вместо предисловия)

Глава 1. У начала начал

Глава 2. Холодным январским вечером в уппсале

Глава 3. Через горы времени

Глава 4. Странная история недовымерших динозавров

Глава 5. Браки по расчету

Глава 6. «И гад морских подводный ход»

Загадка № 1. Как и когда возникли первые представители современных типов животных?

Загадка № 2. Каковы причины и предпосылки великой скелетной революции, произошедшей в начале кембрия?

Глава 7. Один рот хорошо, а два лучше

Глава 8. Шкатулка с секретами

Глава 9. В садах земных наслаждений

Глава 10. Ноктюрн на флейте позвоночника

Глава 11. Человек происходит от Дарвина

Примечания