Жан-Батист де Панафье

Дарвин на отдыхе: размышляем над теорией эволюции

Originally published in France as: Darwin à la plage L'évolution dans un transat, by Jean-Baptiste de Panafieu

© Dunod, Malakoff, 2017

Illustrations by Rachid MARAI

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2020

* * *

Пролог

«Природа хорошо устроена!». Сколько раз мы слышали или произносили эту реплику в качестве благодарности Природе, сущности материнской, провиденциальной, почти божественной, которая будто бы предназначена для облегчения нашего земного существования? Этими радостными словами мы выражаем смутное ощущение необычности устройства окружающего мира, мира, дающего нам воздух для дыхания, воду для питья, растения и животных для еды и все остальные чудеса, которыми мы можем любоваться (если мы их в этот момент не уничтожаем). Природа хорошо организована, и мы можем только радоваться тому, что мы ее часть.

К несчастью для нас, эта наивная радость вот уже более чем полтора века не соответствует реалиям биологии! А если точнее – то с 1859 года, того самого, когда вышла книга «Происхождение видов», написанная английским натуралистом Чарльзом Дарвином. Вопреки иногда встречающимся суждениям, главный вклад этой книги в историю биологии состоит не столько в идее эволюции, которая в то время уже начала овладевать умами, сколько в разрушении глубоко укоренившейся веры в щедрую, предусмотрительную природу, призванную удовлетворять все наши потребности. На страницах книги Дарвина читатели увидели мрачную картину природы безразличной, бесцельной, у которой отсутствует замысел. Более того, Дарвин ниспровергает идею, будто человек занимает в природе определенное, уникальное место. Человек больше не является венцом творения, теперь он – лишь один из видов. Он даже не отличается происхождением, ведь у человека общие предки с другими видами животных.

Эта реальность остается невыносимой для тех, кто хочет сбежать в мифические рассказы о божественном творении, или для тех, кому нравится представлять мир, подверженный постоянному вмешательству бога-мастера-на-все-руки. Но тем, кто предпочитает понимать природу, чтобы лучше оценить ее чудеса, теория эволюции дарит одновременно и радость разгадывания тайн, по-крайней мере некоторых, и инструменты для продолжения изучения истории развития жизни.

Сегодня дарвинизм – это не выдохшийся, вышедший в тираж концепт. Он обогатился генетикой, молекулярной биологией и поведенческой экологией, он задает рамки для исследований во всех сферах жизни, от палеонтологии до зоологии и от ботаники до медицины.

Глава 1. Инициация молодого Дарвина

Во время кругосветного путешествия на борту «Бигля» молодой Дарвин был вынужден поставить под сомнение все имевшиеся у него знания о происхождении живых существ. Это потрясение в итоге привело к выходу знаменитой книги – «Происхождение видов».

Мы часто представляем себе Дарвина седобородым, с чертами достопочтенного старика, то есть каким он предстает на фотографиях, сделанных ближе к концу его жизни. Но разработка теории эволюции восходит к временам его молодости, когда он совершал кругосветное путешествие на борту корабля «Бигль». При отплытии Чарльзу было 26 лет, а вернулся он в 31 год[1]. Самая известная его книга – «Происхождение видов» – вышла, когда Чарльзу исполнилось уже 50. Как признался Дарвин в автобиографии, он не слишком жаловал возрастные изменения: «Как было бы здорово, если бы ученые умирали в 60 лет, так как, проходя этот рубеж, они всегда противятся любой новой теории»![2].

Чарльз Дарвин в 45 лет. 1854

Путешествие натуралиста вокруг света

27 декабря 1831 года из гавани Плимута курсом на Южную Америку вышел корабль «Бигль». На борту трехмачтового судна длиной 30 метров находились 64 человека под командованием капитана Фицроя. Ему еще не исполнилось и 26 лет, а это была уже его вторая экспедиция. Адмиралтейство поручило ему нанести на карту береговую линию Патагонии, чтобы наметить безопасные бухты, способные принять корабли английского флота в случае поломки или бури.

Несколькими месяцами ранее Роберт Фицрой попросил одного друга подыскать ему натуралиста, специализирующегося на геологии, которому было бы интересно отправиться в путешествие. Британским исследовательским судам следовало собирать образцы растений и чучела животных и отправлять их в английские университеты. Ботаник Джон Хенслоу предложил капитану одного из своих бывших учеников, молодого Чарльза Дарвина, который недавно окончил курс и ждал назначения в приход в качестве унитарианского священника[3].

Чарльзу Дарвину в это время было 22 года. Начав с изучения медицины, он в итоге переориентировался на ботанику и геологию. Одновременно он занимался теологией, имея в виду церковную карьеру, но на самом деле рассчитывая, что работа в приходе оставит ему много свободного времени для занятий его главным увлечением – естественной историей. Такова была семейная традиция. Его дед, врач по профессии, написал несколько работ о растениях и животных. В труде «Зоономия», изданном в 1794 году, Эразм Дарвин изложил свои идеи о трансформации видов на протяжении нескольких миллионов лет, предшествовавших, по его мнению, появлению человека. Внук не застал деда в живых, но читал его произведения с большим интересом.

Экспедиция «Бигля» должна была продолжаться два года, но растянулась на пять лет. Судно обогнуло весь земной шар, пройдя мимо мыса Горн, Австралии и мыса Доброй Надежды, прежде чем вернулось в порт приписки.

Пользуясь каждой остановкой, чтобы сбегать от морской болезни, Дарвин изучил множество природных зон – от амазонских лесов до патагонских равнин, от жарких скал Галапагосских островов до коралловых атоллов. Погружение в необычайно разнообразный мир живой природы заставило его снова обратиться к тем постулатам, которые он усвоил за время учебы. Никогда всерьез не раздумывая над религией, он не ставил под сомнение взгляды креационистов, которых придерживалось большинство преподавателей в Англии той эпохи. Если буквально следовать тексту Библии, то все виды растений и животных, а также человек были созданы Богом в первые шесть дней Творения и не изменились с того момента.

«Бигль» в Патагонии

Дарвин взял с собой книгу «Основы геологии» Чарльза Лайеля (1797–1875), который пытался объяснить форму и движение Земли через современную механику.

Маршрут экспедиции «Бигля»

Лайель отказывался признавать популярные ранее «геологические катастрофы», потопы или мощные извержения вулканов в качестве причин исчезновения некоторых видов животных или формирования основных рельефов планеты. По мнению Лайеля, подъем высочайших горных вершин и накопление отложений толщиной несколько тысяч метров были медленными, постепенными и их следует осмыслять в горизонте нескольких миллионов лет, выходя далеко за пределы шести тысячелетий, отведенных Библией на всю историю планеты. Лайель также не верил, что ископаемые находки были останками животных, погибших в результате Всемирного потопа.

Во время экспедиции в Патагонию Дарвин обнаружил ископаемые скелеты огромных животных: глиптодонов и мегатериев. У этих вымерших видов нашлись, несмотря на все различия в размерах, общие анатомические черты с существующими животными: броненосцами и ленивцами. Молодого натуралиста поразила географическая близость ареала распространения вымерших и сохранившихся видов, при том что в других частях света они оставались совершенно неизвестны. Если допустить мысль, что виды животных изменяются со временем, между ними можно было предположить родственную связь. Путешествия в Анды подтолкнули Дарвина к принятию взглядов Лайеля на длительность геологических процессов. Столкнувшись с бескрайними ландшафтами Южной Америки, Дарвин осознал, что на формирование и эрозию гор требуются миллионы и даже сотни миллионов лет.

Анатомические сходства между а) броненосцем и б) глиптодоном

На Галапагосских островах, расположенных на экваторе, Дарвин обнаружил еще одну странность: оказалось, что на каждом острове архипелага обитают собственные виды животных. Фауна была относительно бедной, что естественно для вулканических островов, расположенных в 500 милях от континента, преодолеть которые животным затруднительно. Однако Дарвин нашел несколько гигантских черепах и много видов птиц. Черепахи, родственные черепахе Чако[4] из Южной Америки, смогли пересечь океан вплавь! Они хорошо плавают, умеют обходиться долгое время без пресной воды и пищи и пользоваться благоприятными морскими течениями для выбора направления. А что касается птиц, то они, без сомнения, были занесены через океан с материка во время бури.

«Было очевидно, что эти факты (…) могли быть объяснены только гипотезой постепенного изменения видов».

Чарльз Дарвин, 1876

Но почему эта небогатая фауна насчитывает полтора десятка анатомически близких видов «зябликов» (на самом деле – древесных вьюрков), три вида пересмешников и три разных вида черепах? Дарвин поражается: «Распределение обитателей этого архипелага было бы далеко не так удивительно, если бы, например, на одном острове жил дрозд-пересмешник, а на другом – представитель еще какого-нибудь совершенно иного рода, если бы на одном острове жил свой особый род ящериц, а на другом – еще какой-нибудь иной род или бы их вовсе не было». Это получалось объяснить, только если представить, что схожие виды происходят от общего предка. Но Дарвин еще не прошел тот необходимый интеллектуальный путь, чтобы осмыслить идею эволюции. Он даже не озаботился всерьез тем, чтобы в точности описать географию происхождения каждого вида.

Разработка теории

Вернувшись в Англию в 1836 году, Дарвин вплотную сел за редактирование и публикацию заметок о своих геологических, зоологических и ботанических наблюдениях. Эта гигантская работа занимала его вплоть до 1846 года. «Дневник изысканий» с подзаголовком «Путешествие на «Бигле»[5] вышел в 1839 году и пользовался большим успехом у публики. Не менее благосклонно оказалась принята его работа о формировании коралловых рифов, опубликованная в 1842 году. В тот же период, в 1839-м, он женился на своей кузине Эмме Веджвуд. Они поселились в городке Даун, к северу от Лондона, где у них родились десять детей.

Начиная с 1837 года, Дарвин начал записывать свои размышления в тетрадь, озаглавленную «Трансмутация видов», где задавался вопросами о постепенных трансформациях видов, которые могли бы объяснить его наблюдения. Он собирал информацию о «вариациях» животных и растений, то есть о разнообразии, которое можно наблюдать внутри одного вида. Он больше не путешествовал, но активно переписывался с животноводами, садоводами и натуралистами со всего мира. В 1838 году он прочитал «Опыт закона о народонаселении» Томаса Мальтуса, изданный впервые 40 годами ранее. В этой работе экономист Мальтус утверждал, что население растет быстрее, чем доступные ресурсы, прежде всего запасы продовольствия. В этом он видел причину голода и войн, регулярно сотрясавших разные страны. Мальтус сравнивал этот социальный феномен с тем, что происходит в природе, где растения не могут бесконечно распространяться по территории из-за недостатка воды и места, а популяции животных ограничены источниками пищи.

«Первое представление древа происхождения нескольких видов от одного предка». Фрагмент из «Первой тетради о трансмутации видов», 1837

В 1844 году Дарвин завершил первую версию своего труда, но не смог ничего опубликовать, потому что ему не хватало неопровержимых доказательств теории. Он знает, что предстоит отвечать суровым критикам, как из академической, так и из церковной среды. В 1846 году он заинтересовался усоногими раками, обнаруженными им на американском побережье. Этих маленьких морских животных долгое время считали моллюсками, но в итоге отнесли к ракообразным благодаря личинкам, очень похожим на личинки крабов и креветок. Последующие восемь лет Дарвин посвятил изучению этих животных, возможно потому, что хотел утвердить свою репутацию как зоолога и завершить развитие в области систематизации животных.

Усоногие раки

В 1854 году, после выхода четырехтомной монографии, посвященной усоногим ракам, Чарльз признался своему кузену Уильяму Дарвину Фоксу: «Я ненавижу морских уточек[6] больше, чем любого человека, которого я когда-либо ненавидел!». Однако ракообразные послужили поводом для тщательного изучения вариаций вида в одной из важных сфер – размножении. У близких видов было обнаружено как гермафродитное размножение (когда особи являются одновременно самками и самцами), так и разнополое. Из этого Дарвин сделал вывод, что «ни одна особь не является копией другой», даже у самых простых животных.

Происхождение видов

Параллельно Дарвин продолжал изучение происхождения видов. Он часто обсуждал эту тему с близкими друзьями: ботаником Джозефом Хукером и геологом Чарльзом Лайелем, с которым он подружился после возвращения из путешествия. В июне 1858 года Дарвин получил сообщение от Альфреда Рассела Уоллеса, молодого натуралиста, исследовавшего острова в Юго-Восточной Азии. Уоллес спрашивал мнение Дарвина о проекте своей статьи, которую намеревался опубликовать. Прочитав этот текст, Дарвин впал в отчаяние. В статье Уоллес развивал идею внутривидового отбора, в точности совпадавшую с собственными работами Дарвина. Друзья настаивали на том, чтобы он представил публике краткое резюме своей рукописи одновременно с выходом статьи Уоллеса. Два текста были напечатаны в журнале Linnean Society Лондонского Линнеевского общества, но прошли практически незамеченными. Дарвин торопился завершить свою книгу, которая станет всего лишь кратким изложением будущего труда. «Происхождение видов» вышло из типографии в ноябре 1859 года, спустя 23 года после окончания экспедиции «Бигля».

Понятие вида

Как ни странно, несмотря на такое название, Дарвин не пытался определить само понятие вида. В ту эпоху под видом понимали сумму особей, способных воспроизводиться внутри себя или происходящих друг от друга. Это простое определение страдало многочисленными ограничениями. Во-первых, зачастую невозможно было определить точную идентичность вида, если растения или животные просто отказывались размножаться в неволе или по каким-то другим причинам. Виды заметно различались от региона к региону или даже внутри одного региона. Природа этих вариаций служила поводом для бесчисленных споров, прежде всего о том, какие вариации относятся к одному и тому же виду, а какие – к разным, что еще более усложняло определение понятия. Но именно на существование вариаций видов Дарвин будет опираться, развивая свою теорию.

Согласно взглядам креационистов, современные животные, очевидно, являются тем же видом, что и их предки. Но если вид со временем развивается, постепенно видоизменяясь всё сильнее и сильнее, то с какого момента мы должны рассматривать новую вариацию как отдельный вид, где проходит граница между вымершим видом и его потомком? Они связаны генеалогически, но различаются более или менее радикально. Работа Дарвина вела к признанию недействительным понятия вида, по крайней мере, в рамках всей эволюции. На коротком временном промежутке определение вида как размножающегося сообщества было полезным, даже оставаясь источником практических сложностей. Например, в сфере защиты животных: надо ли спасать два вида орангутанов – на Борнео и на Суматре – или достаточно одного?

Впоследствии Дарвин опубликовал несколько работ, где касался тех сюжетов, которые не смог детально разобрать в первой книге: движение планет, влияние одомашнивания на животных и растения, размножение орхидей, выражений эмоций и… происхождение человека.

Он знал, что выдвинутые им гипотезы о происхождении видов животных могут применяться и к человеку, но, похоже, решил выждать некоторое время, прежде чем коснуться этой темы – наиболее болезненной для британского общества той эпохи. В заключении он указывал: «В будущем, я предвижу, откроется еще новое важное поле исследования. Психология будет прочно основана на фундаменте, уже прекрасно заложенном мистером Гербертом Спенсером, а именно на необходимости приобретения каждого умственного качества и способности постепенным путем. Много света будет пролито на происхождение человека и на его историю». Это будущее было уже отнюдь не за горами, потому что в 1871 году Дарвин опубликовал «Происхождение человека и половой отбор».

Уоллес, второй дарвинист

Изложенные Дарвином идеи не произошли из ниоткуда, «трансформационная гипотеза» обсуждалась европейскими натуралистами на протяжении полувека до него. Даже сам концепт естественного отбора уже витал в воздухе, по крайней мере в умах некоторых исследователей.

Альфред Рассел Уоллес (1823–1913), человек еще более скромного происхождения, чем Дарвин, путешествовал в 1854–1862 годах по Амазонии и Малайскому архипелагу, где собрал много коллекций животных. Он не только пропитался идеями «трансформации», но и читал Мальтуса. Размышляя о множестве видов животных, исчезающих в каждом поколении, он задался вопросом: «Почему одни выживают, а другие умирают?». Он не использовал дарвиновскую терминологию, но пришел к тем же самым выводам. Он был крайне признателен старшему коллеге за одновременную публикацию двух текстов.

Вернувшись в Англию, он присоединился к Лайелю и продолжил работать в сфере биогеографии, занимаясь разными темами эволюции, в том числе эволюцией окраски животных. Он опубликовал несколько книг, в частности «Материалы к теории естественного отбора» (1870) и «Место человека во Вселенной» (1903). Всю свою жизнь он был яростным защитником идей Дарвина, но одновременно Уоллеса привлекал и спиритуализм. Он не мог решиться включить человека в общий ход эволюции животного мира. По его мнению, естественный отбор не мог объяснить рождение человеческого духа.

Дарвин, занимающийся дождевым червяком Карикатура из журнала «Панч», 1881

Последняя книга Дарвина, опубликованная в 1881 году, была озаглавлена «Образование почвенного слоя дождевыми червями». Сегодня Дарвин известен как человек, заложивший основы теории эволюции, но прежде всего он был полевым натуралистом, отличным знатоком английской флоры и фауны, обладавшим развитым экологическим сознанием (хотя такого термина в его эпоху, конечно, не существовало). Для него дождевой червь служил важной составляющей животного мира: «Можно сомневаться, много ли существует видов животных, которые в истории мироздания сыграли такую же значимую роль, как эти создания столь незначительной организации».

Чарльз Дарвин умер 19 апреля 1882 года в своем доме в Дауне. Многочисленные друзья выхлопотали, чтобы его похоронили в Вестминстерском аббатстве, как Исаака Ньютона 155 годами ранее. На пути к могиле гроб сопровождала огромная толпа почитателей и представителей элиты.

Глава 2. Совершенно естественный отбор

Теория Дарвина базируется на данной нам реальности – разнообразии животного мира – и на основополагающей гипотезе – естественном отборе. В XIX веке идеи Дарвина вызвали негодование в обществе, но получили признание у большинства натуралистов.

В первую очередь Дарвин стремился понять истоки богатства растительного и животного мира, того, что мы сегодня называем «биоразнообразием». Зачем мир приютил столько отдельных видов? Почему они так различаются в зависимости от континента? И почему они не одинаковые даже на двух островах, разделенных небольшим проливом? После нескольких лет размышлений он пришел к двум основным идеям. С одной стороны, виды развиваются со временем: меняют форму, поведение и порождают новые виды. С другой стороны, существует механизм, управляющий этими трансформациями, механизм, которому Дарвин дал название «естественный отбор».

Воспроизводство, вариации, отбор

Наблюдая за животными, принадлежавшими к одному виду, Дарвин осознал, что они различаются между собой. И первым разрывом с античной традицией стало утверждение, что эти «вариации» суть норма, а не аномалия. В XIX веке значительная доля натуралистов еще полагала, что существуют некие «типы», идеальные модели каждого вида, пусть даже все особи от него чаще всего отдаляются. А для Дарвина почти бесконечный диапазон индивидуальных различий был фундаментальной характеристикой живой природы. Наряду с этим вариации наследовались, по крайней мере частично.

Затем Дарвин обратил внимание на следующий элемент цепочки – воспроизводство. Очевидно, что не всё потомство пары выживает и размножается дальше. В доказательство он приводит в пример слона: «Не будет преувеличением предположить, что он начинает размножаться в 30 лет и продолжает размножение до 90 лет, производя на свет за это время шесть слонят. Если согласиться с этими цифрами, то через пять веков у нас было бы 15 миллионов живых слонов, потомков изначальной пары»[7]. Мы не знаем, как именно Дарвин пришел к этому числу, но, каков бы ни был метод расчета, мы все равно получаем десятки миллионов толстокожих зверей, которые, разумеется, не смогли бы выжить на своей изначальной территории! А если говорить о насекомых или рыбах, производящих каждый год миллионы яиц и икринок, то не прошло бы и века, как их потомство превзошло бы по количеству число атомов во Вселенной…

Итак, чтобы популяция оставалась стабильной, необходимо, чтобы у каждой пары рождались двое детей, способных к воспроизводству (немного больше из-за холостяков: для нашего вида этот показатель составляет 2,1 ребенка на одну женщину для сохранения стабильности популяции). Если численность не увеличивается, значит, каждое поколение уничтожается примерно полностью. Например, у некоторых рыб значительная часть икринок поедается уже в кладке, а вылупляющиеся мальки – сразу после этого. Наконец, большинство выживших мальков долго не протягивают и погибают еще до наступления возраста размножения. Ту же закономерность мы можем наблюдать и у растений, где большинство зерен засыхают или становятся пищей еще до прорастания.

К этому довольно банальному описанию характеристик природы (вариативность, воспроизводство, смертность) Дарвин добавляет новую, совершенно простую идею, имевшую, однако, богатые последствия. Среди всего потомства, исчезающего в каждом поколении, выжившие оказываются таковыми далеко не случайно, но благодаря своим характеристикам. Он излагает свою гипотезу во введении к «Происхождению видов»: «Так как особей каждого вида рождается гораздо больше, чем может выжить, и так как, следовательно, часто возникает борьба за существование, то из этого вытекает, что всякое существо, которое в сложных и нередко меняющихся условиях его жизни хотя незначительно варьирует в выгодном для него направлении, будет иметь больше шансов выжить и таким образом подвергнется естественному отбору. В силу строгого принципа наследственности отобранная разновидность будет склонна размножаться в своей новой и модифицированной форме».

Другими словами в рамках одной популяции любого вида все особи разные. Какие-то из них, оказавшиеся крупнее или мельче, быстрее, хитрее или способными лучше маскироваться, спасаются от хищников и, главное, получают более легкий доступ к ресурсам в своей среде обитания. Каким-то из них, оказавшимся крупнее или мельче, ярче раскрашенным или лучшим певцам легче удалось найти сексуального партнера. И у некоторых из них по вышеуказанным причинам или просто потому, что они более плодовиты, оказалось больше потомков, передавших далее именно их особенности. За несколько поколений эти особенности станут чаще встречаться в популяции. И напротив, особенности, способствующие более короткой и бедной жизни, со временем встречаются всё реже. В результате физические или поведенческие черты, которые позволили родителям лучше размножиться, имеют больше шансов стать нормой, причем совершенно автоматически, без какого-либо «проекта» по улучшению вида.

Дарвиновская селекция не отбирает особи случайным образом, она направляется, задается условиями жизни этих особей. Теперь, чтобы объяснить, как природа адаптирует животных к их среде обитания, необязательно придумывать сложные механизмы. Всё происходит без малейшего вмешательства извне, простой, но безжалостной сортировкой. Разумеется, всё это только статистика. Но простые тенденции, повторяясь из поколения в поколение, могут привести к значительным модификациям в популяции.

Дарвин называет эту трансформацию видов «наследованием с модификациями». В своей книге он не использует термин «эволюция», хотя его идея и упомянута в последнем предложении книги: «Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм».

Сопротивление комаров

Чтобы избавиться от неприятностей, доставляемых комарами, в конце 1950-х годов было принято решение распылить инсектициды в болотистых низинах Лангедока. Но вскоре использовавшийся препарат ДДТ потерял силу, насекомые к нему приспособились. Другие химикаты, пришедшие на смену ДДТ, постигла та же участь.

Как объяснить это сопротивление? Можно было бы подумать, что комары, пережившие воздействие ядовитых веществ, индивидуально окрепли и приобрели способность с ними бороться. Однако на самом деле специалисты по освоению прибрежной территории столкнулись с проявлением естественного (или, если хотите, искусственного!) отбора. Не конкретные комары стали устойчивы к химикатам, а вся популяция. Подобно тому как некоторые люди устойчивы к определенным вирусам, так и среди комарья нашлись особи, на кого ДДТ не подействовал. Они были поражены наследственной аномалией, которая случайным образом в виде побочного эффекта давала устойчивость к химикату. И когда все остальные были уничтожены, только эти особи выжили и смогли размножиться. Их недостаток превратился в огромное преимущество. И разумеется, они передавали свою счастливую аномалию потомству. Итог: на смену популяции, уязвимой к инсектициду, пришла устойчивая к нему популяция. Аналогичное явление мы наблюдаем у бактерий, которые «становятся» устойчивыми к антибиотикам.

Отбор подвида комаров, устойчивых к инсектициду

Эта эволюция была спровоцирована изменением окружающей среды – появлением ядовитого вещества. Само по себе оно не сыграло никакой роли в трансформации особей. Они не эволюционировали «в ответ на» действие ДДТ. Некоторые из них были устойчивы к нему еще до всякого контакта с химикатом. Необязательно придумывать, какие химические реакции могли бы вызвать эту трансформацию. Механизм изменения популяции гораздо проще и тривиальнее: неумолимая сортировка на тех, кто умрет, и тех, кто выживет (и сможет впоследствии размножиться).

Плохо понятые концептуальные идеи

Оригинальное название знаменитой книги Дарвина не «Происхождение видов», а «О происхождении видов посредством естественного отбора, или Сохранение удачливых рас в ходе борьбы за жизнь»[8]. Именно здесь появляется знаменитый дарвиновский концепт «борьба за жизнь», ставший впоследствии термином, перенесенным во все сферы, от биологии до социологии и экономики: чтобы выжить, любому организму требуется бороться, и здесь обычно подразумевается «бороться против других». Для читателей, ограничившихся названием, естественный отбор сводится к безжалостной и неизбежной физической борьбе.

Однако для самого Дарвина борьба за существование была всего лишь образом: «Я должен предупредить, что применяю этот термин в широком и метафорическом смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также включая (что еще важнее) не только жизнь особи, но и успех в оставлении потомства. Про двух животных из рода Canis можно совершенно верно сказать, что они во время голода борются друг с другом за пищу и жизнь. Но также говорят, что растение на окраине пустыни ведет борьбу за жизнь против засухи, хотя правильнее было бы сказать, что оно зависит от влажности». К тому же необходимо учитывать и косвенные сражения: «Так как омела рассевается птицами, ее существование зависит от них, и, выражаясь метафорически, можно сказать, что она борется с другими растениями, приносящими плоды, тем, что привлекает птиц пожирать ее плоды и таким путем разносить ее семена».

Слишком часто мы забываем об этих аспектах термина «борьба за существование», рассматривая только боевые черты: когти и зубы, символы суровых условий реальности! Еще хуже, когда и внутри этой борьбы ограничиваются только отношениями между хищником и жертвой. Так, убегая от гепарда, газель «борется» против хищника, поддерживая свое существование и лишая крупного кошачьего пропитания. Однако естественный отбор не сводится к паре хищник-добыча. Борьба за жизнь отчасти происходит между разными видами, но прежде всего она идет между особями одного и того же вида. Это можно выразить через популярный среди биологов анекдот.

«Две газели видят приближающегося гепарда и готовятся убегать. Одна из них говорит: – А чего ради, все равно гепард бегает быстрее нас! Вторая отвечает: – Единственное, что меня волнует, бегаю ли я быстрее тебя…»

Суть борьбы за жизнь сводится к соревнованию внутри вида. Кто убежит от хищника? Кто получит доступ к лучшему источнику пищи? У кого окажется более многочисленное потомство? Особи, отвечающие на эти вопросы лучше, считаются и лучше адаптированным к среде обитания, чем те, которые в итоге исчезнут. Но и понятие адаптации оказалось объектом значительного недопонимания.

Когда мы говорим, что какое-то животное идеально приспособлено к своим условиям жизни, мы всего лишь констатируем тот факт, что оно выжило. Если бы оно не было приспособлено, этот вид уже давно бы, разумеется, вымер. По сути, адаптация – это тавтология, настолько очевидный концепт, что он не несет никакой дополнительной информации. На самом деле, тут смешаны два аспекта адаптации: механизм трансформации вида и конечный (или временный) итог этой трансформации. Биологи различают эволюционные процессы и формы, к которым они приводят, – паттерны.

Необходимо также различать анатомические или поведенческие особенности, которые позволяют особи выжить и обеспечить лучшее размножение, и результат этой адаптации, то есть распространение этой особи (или ее генов) в последующих поколениях. Для оценки количественного результата адаптации биологи используют термин «фитнес». Наиболее приспособленным оказывается не тот, кто дольше всех прожил, а тот, кто оставил больше всего потомков. Измерить «фитнес» особи означает оценить вероятность того, что она среди своих сородичей даст наибольшее количество потомков.

Резюмируя: адаптация – это новая черта, появившаяся у особи и сохраненная естественным отбором. Поколение за поколением эта черта становится в популяции всеобщей.

Трансформизм Ламарка

Идея эволюции разрабатывалась еще до Дарвина, прежде всего французским натуралистом Жаном-Батистом де Ламарком, который использовал термин «трансформизм».

В работе «Философия зоологии», изданной в 1809 году, он предлагает свой механизм трансформации видов. По его мнению, использование того или иного органа трансформирует его под нужды организма. Если орган применяется часто, он укрепляется и развивается. И напротив из-за «неиспользования» орган исчезает.

Ламарк приводит в качестве примера жирафа, который «водится в местах, где почва почти всегда сухая и лишена растительности. Это заставляет жирафа объедать листву деревьев и делать постоянные усилия, чтобы дотянуться до нее. Вследствие этой привычки, существующей с давних пор у всех особей данной породы, передние ноги жирафа стали длиннее задних, а его шея настолько удлинилась, что это животное, даже не приподнимаясь на задних ногах, подняв только голову, достигает шести метров в высоту».

Ламарк объясняет появление рогов у оленей и других жвачных системой движения жидкостей: «Во время приступов гнева, особенно частых у самцов, их внутреннее чувство своим напряжением направляет жидкости сильнее к указанной части головы, и здесь происходит у одних отложение рогового вещества, а у других – костного, смешанного с роговым, благодаря чему образуются твердые отростки: таково происхождение полых и сплошных рогов, которыми вооружена голова большинства этих животных». Короче говоря, «не форма тела или его частей обусловливает род привычек и образ жизни, а наоборот – привычки, образ жизни и все другие обстоятельства определили с течением временем форму тела и частей животных. С новыми же формами приобретали и новые способности (…) какими мы их застаем в настоящее время».

Эту идею часто сводят к формуле «функция создает орган», противопоставляя концепции естественного отбора, при котором анатомическая или физиологическая новинка дарит животному новые функции. На самом деле, следует сказать так: «Орган дозволяет функцию». Именно в этом смысле механизм, предложенный Ламарком, оказывается в оппозиции дарвинизму. Так, фотоаппарат, придуманный для создания фотографий, есть результат ламаркианского процесса, тогда как планшет с тачскрином – верный служитель дарвиновского ордена, потому что его функции развивались постепенно, уже после выхода на рынок!

Другое несогласие (виртуальное, поскольку двое натуралистов не были знакомы друг с другом) касается взгляда на прогресс видов. По мнению Ламарка, виды животных постоянно трансформируются с улучшениями, двигаясь по лестнице организованных видов, которая заканчивается человеком. А для Дарвина, «прогресс» – лишь одно из возможных направлений эволюции вида (см. главу 5).

Ламарка и Дарвина противопоставляют еще в одном вопросе: передаче потомкам черт, приобретенных особью в течение жизни. На самом деле, Ламарк практически не касался этого вопроса. В то время всем казалось очевидным – настолько, что и Дарвин с этим соглашался, – что это дополнительный механизм естественного отбора. Пришлось дождаться конца XIX века, когда немецкий биолог Август Вейсман ясно показал, что приобретенные черты не передаются потомкам.

Половой отбор

По Дарвину, концепт естественного отбора не может объяснить все аспекты животного мира. В частности, он не объясняет наличие скорее мешающих, чем полезных органов, например распускающегося хвоста у павлина или рогов у оленей. Поскольку речь идет об органах, имеющихся только у представителей одного пола, Дарвин искал объяснение в процессе воспроизводства этих животных и разработал понятие «полового отбора». Чтобы размножиться, животное должно дожить до момента половой зрелости, успешно пройдя таким образом фильтр естественного отбора. Но если оно не сможет размножиться, то все его индивидуальные достоинства пропадут и окажутся совершенно бесполезны для вида. Часто происходит так, что в период размножения особь вступает в соревнование с сородичами того же пола или выбирает путь особенного поведения, нацеленного на «соблазнение» самки.

Дарвин приводит в качестве примера оленьи рога, которые полезны самцам в битвах, устраиваемых ими для доступа к самкам. Самые мощные самцы, обладатели самых крупных рогов, имеют преимущество в этих схватках и оказываются единственными – или почти единственными, – кто может размножиться, передав свои черты детенышам. Таким образом, половой отбор связан с соревнованием между самцами внутри одного вида. Однако после периода гона рога отпадают, и самцы должны снова их вырастить к следующей весне, когда рога станут еще немного крупнее и ветвистее. Это производство обходится дорого, потому что самец обязан где-то добыть кальций и другие необходимые вещества. К тому же чем крупнее вырастают рога, тем мощнее должны стать мышцы шеи, поддерживающей голову. Но даже не говоря о растущей массе, можно представить, что неудобства, связанные с ежегодным отращиванием этого украшения, превосходят те репродуктивные преимущества, которые рога дают своему обладателю. Таким образом, естественный отбор здесь действует в равновесии с половым отбором.

Другой пример – самец павлина. Во время брачного парада он разворачивает хвостовые перья веером, украшенным глазками для пущего эффекта. Этот живописный хвост в повседневной жизни является скорее недостатком. Он делает павлина заметнее для хищников и мешает летать. Он позволяет самцу создать пару и размножиться, но уменьшает способность к выживанию. Павлиний хвост – это сигнал, адресованный самкам. Он доказывает, что нарядный самец способен выжить даже с таким обременением. Его способности неочевидны, но хвост заявляет о них косвенным образом. Это «честный» сигнал, он действительно связан с его достоинствами. Самки, выбравшие такого самца, получат птенцов, со статистически большей вероятностью обладающих достоинствами отца, у которых, в свою очередь, появятся такие же успешные потомки. А те самки, которые выберут менее украшенных самцов, получат хуже адаптированных птенцов с меньшим количеством потомков. Выбор самок окрашен половым отбором.

У некоторых видов, например у ворон или бурых лемуров, трудно отличить самца от самки. Но у многих видов птиц, напротив, самец окрашен значительно ярче самки. У морского слона или гориллы самец гораздо крупнее самки. «Половой диморфизм», то есть значительные отличия между самцами и самками (не считая половых органов), показывает, что эти виды столкнулись с половым отбором. Даже у нашего вида мужчины в среднем чуть крупнее женщин, примерно как у шимпанзе. Различаются форма тела и волосяной покров. Совершенно не случайно Дарвин разбирает тему происхождения человека в работе, значительная часть которой посвящена половому отбору, сыгравшему, по его мнению, значительную роль в нашей эволюции.

Бурый лемур

Как встретили теорию

Сразу после публикации «Происхождение видов» вызвало оживленные дебаты как среди натуралистов, так и среди обычной публики. И с самого начала научные, философские и религиозные аргументы в этих спорах перемешивались весьма причудливым образом. И пусть Дарвин не коснулся напрямую вопроса происхождения человека, его утверждения об эволюции животного мира неизбежно распространялись и на развитие нашего вида. По всеобщему мнению, в книге подразумевалось животное происхождение нашего вида, что прямо противоречило учению Библии. Потрясение выходило за рамки религиозной догматики: как заменить в своем воображении Адама и Еву парой обезьян – животных, нравы которых приводили в ужас викторианское общество?

Даже среди натуралистов мнения разделились. Несмотря на то что идея эволюции уже давно прокладывала себе путь в умах ученых, среди них оставалось много креационистов, отказывавшихся от идеи эволюции и принимавших лишь ограниченный трансформизм с небольшими вариациями. Одним из таких натуралистов был американец Луис Агассис, который писал: «Божественные ресурсы не столь скромны, чтобы для создания наделенного разумом человеческого существа ему потребовалось бы трансформировать обезьяну». Другие, в частности директор Британского музея, английский анатом Ричард Оуэн, вставали на сторону эволюционистов, но отвергали концепцию естественного отбора. Механизм, предложенный Дарвином, был совершенно контринтуитивен, потому что он заставлял нас отказаться от мысли, будто природа действует непосредственно в интересах животного мира. Многим натуралистам оказалось трудно признать такую эволюцию, которая движется вперед методом произвольных вариаций и слепого отбора. И это если говорить только о животных. Идея же, что таким случайным путем мог появиться на земле человек, была просто немыслима, как по научным, так и по религиозным соображениям.

И все-таки Чарльза Дарвина поддержали выдающиеся ученые. В Англии это сделали ботаник Джозеф Гукер и геолог Чарльз Лайель, в Германии – биолог Эрнст Геккель. Друг Чарльза, Томас Гексли защищал его с такой яростью, что получил прозвище Бульдог Дарвина. Кстати, он опубликовал книгу о происхождении человека еще в 1863 году, задолго до Дарвина. Через несколько месяцев после выхода «Происхождения видов» состоялись публичные дебаты, в ходе которых Гексли и Гукер оппонировали епископу Сэмюэлу Уилберфорсу, излагавшему позицию англиканской церкви с теологической аргументацией, тогда как Дарвин оставался строго на поле научных доказательств. Именно такой подход в итоге принес ему поддержку натуралистов, которые постепенно вставали на его сторону. Действительно, объяснительная сила естественного отбора не шла ни в какое сравнение с характеристическими «системами» XVIII века или с трансформизмом Ламарка.

В «Происхождении видов» собрано множество наблюдений за миром живой природы, все странности которого уместились в единой картине. Так, для анатомов было очевидно, что крылья птиц, плавники дельфинов, ноги лошадей и конечности человека построены по одному и тому же принципу. Для креационистов это служило всего лишь проявлением божьей воли, но Дарвин предпочитал придерживаться рациональных объяснений: «Следуя обычному взгляду о независимом сотворении каждого существа, мы можем только утверждать, что это так: что Творцу угодно было построить всех животных и растения большого класса по единому плану; но это – ненаучное объяснение». Для Дарвина схожесть черт служила признаком общего происхождения, наследием единого вида-предка, от которого произошли все современные позвоночные. Дарвин отказывался рассматривать в качестве объяснения божественные или сверхъестественные причины. В этом отношении он демонстрировал научную строгость, близкую к современным стандартам, а не к стандартам естественной истории XIX века.

Еще сильнее натуралисты были поражены тем фактом, что эмбрионы позвоночных походят друг на друга значительно больше, чем взрослые особи. У эмбрионов цыпленка, ящерицы и мыши оказалось много общих черт. Это сходство пропадает по мере развития эмбриона, когда особь приобретает черты сначала своей зоологической группы, а затем и вида. Именно это, в частности, объясняет наличие небольшого хвоста у человеческого эмбриона. Его развитие начинается так же, как и у других млекопитающих, имеющих общую структуру с человеком: позвоночник, голова и четыре конечности. У одних видов хвост сохраняется и развивается. У других, прежде всего у крупных обезьян, он регрессирует и сводится к копчику. Это произошло в результате эволюции, 25 миллионов лет назад, у предка современных крупных обезьян (гиббонов, орангутанов, шимпанзе и человека). По мнению Дарвина, «рудиментарные органы сами собой рассказывают разными способами о своем происхождении и назначении».

«Рудиментарные органы можно сравнить с буквами, которые удерживаются в написании слова, но сделались бесполезными для произношения, служа ключом для объяснения происхождения этого слова».

Чарльз Дарвин, 1859

В конце XIX века креационизм в научном сообществе почти полностью проиграл борьбу рационализму. Но суть дарвинизма, идея естественного отбора как главной действующей силы эволюции, стала забываться. Некоторые ученые по-прежнему предпочитали обращаться к божественному вмешательству: по их мнению, возможно, Творец и не создал все формы жизни, но он определил условия возникновения видов, и именно он направил эволюцию видов таким образом, чтобы она привела к появлению человека. Ученые держатся за природные механизмы. Идеи Ламарка остаются весьма популярны, особенно во Франции. Ученые ищут внутренние силы, направляющие эволюцию, например, в сторону более крупных и сложных форм. Для них суть осталась прежней: возможно, человек и не царь творения, но он представляет собой вершину эволюции!

Потребовалось участие представителей других дисциплин, чтобы окончательно вернуть естественный отбор на первый план научной сцены.

Глава 3. Эволюция в самом разгаре

В XX веке дарвинизм приобрел новое звучание, обогатившись достижениями генетики, а затем и молекулярной биологии. Получив определение «синтетическая теория эволюции», он предлагает общий контекст для всех направлений биологии, соединяя их в историю развития жизни.

Для Дарвина внутривидовые «вариации» служили непосредственно наблюдаемым доказательством правоты, но он не знал источника этих вариаций. В то время не существовало еще тех знаний, которые позволили бы ему добраться до причины различий, определяющих специфику конкретной особи любого вида. Он мог описывать только свойства: их разнообразие, произвольное возникновение и наследственный характер. Когда генетики начали устанавливать функции генов, очень быстро выяснилось, что мутации генов служат убедительным объяснением дарвиновских «вариаций». Его варианты оказались мутантами! На протяжении всего XX века дарвинизм обогащался и развивался благодаря работам биологов во всех направлениях естественных наук.

От вариаций к мутациям

В основе генетики лежат работы австрийского монаха Иоганна Грегора Менделя, опубликованные в 1866 году. В то время они не привлекли внимания научного сообщества. Он показал, как физические характеристики растений могут передаваться из поколения в поколение неизменными частицами, даже если их воздействие иногда скрыто (знаменитые доминантные и рецессивные признаки, которые на примере желтых и зеленых, гладких и морщинистых горошин преподают в школе). В конце XIX века три ботаника независимо друг от друга заново открыли «законы Менделя» и заложили основы генетики.

Тогда ген определили как базовую единицу наследственности, определяющую конкретный признак живого организма (см. также главу 4). Биологи различают генотип – комплекс генов конкретной особи – и фенотип – ее внешний вид или функционирование. Каждый ген присутствует в популяции в различных формах, получивших название аллели, которые могут проявляться в различных признаках: цвет кожи или глаз, форма отдельного органа, физическая или физиологическая аномалия. Эти вариации составляют полифморизм данного вида.

Казалось, новая наука оспаривала идеи Дарвина, потому что описывала, как аллели переходят неизменными из поколения в поколение, что объясняет сходство детей с их родителями. Дарвинизм же вел речь, напротив, о вариациях, которые, проявляясь, закладывают основы для новых видов. Консервация против эволюции. Дарвин так и не узнал о механизмах, открытых Менделем, и никто не может сказать, удалось бы ему интегрировать их в свою теорию, по крайней мере до того, как появился термин мутация.

В 1911 году Томас Морган (в 1933 году он получит Нобелевскую премию по медицине) доказал, что гены переносятся хромосомами, иногда изменяясь в ходе мутаций, которые приводят к появлению новых аллелей. Экспрессия генов, их трансляция на анатомическом или физиологическом уровне кажется сложным процессом, но вскоре выяснилось, что мутации прекрасно соответствуют тому поведению, которое ожидал увидеть Дарвин. С одной стороны, мутации проявляются случайно, вне зависимости от образа жизни животных или событий, произошедших с ними за время жизни. С другой – они передаются из поколения в поколение хромосомами. Другими словами, мутации и их воздействие в точности соответствовали характеристикам дарвиновских вариаций.

Неодарвинизм, «синтетическая теория эволюции»

В 1930-е годы одно из направлений генетики занялось темой распределения генов в популяции и их изменением с течением времени. Популяционная генетика и стала связующим звеном между изначальным дарвинизмом и генетикой.

Изучение актуальных популяций позволяет тестировать действие селекции на большой выборке, в нескольких поколениях. Для своих экспериментов по передаче мутаций Томас Морган выбрал дрозофил, или «уксусных мушек». Мы можем часто видеть их кружащимися над спелыми фруктами у нас на кухне. Это насекомое легко разводить, у него всего за две недели появляется новое поколение. Благодаря 25 поколениям в год они дают прекрасную модель для отслеживания эволюции в популяции.

Две дрозофилы

Дарвин объяснял наличие на островах бескрылых птиц отбором, произведенным ветром. По его мнению, крылатых особей уносило бурей, тогда как бескрылые особи оставались на земле в безопасности. В 1936 году французский биолог Филипп Леритье (1906–1994) предложил проверить эту гипотезу на дрозофилах, выращенных в стенах лаборатории Роскофф, в Бретани. Буквально за несколько дней мушки-мутанты с рудиментарными (атрофированными) крыльями, неспособные летать, составили большинство в популяции. А мушек с обычными крыльями действительно сносило ветром, и большинство их просто исчезло. Леритье сделал вывод: «Бескрылость насекомых, обитающих в условиях наличия морского ветра, оказывается полезным увечьем, и мы предполагаем, что если бы в результате случайной мутации у некоторых видов это проявилось, то отбор поддержал бы такую мутацию». Так была экспериментально подтверждена гипотеза Дарвина.

«Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».

Феодосий Добжанский, 1973

Теперь возникновение новых видов получило глобальное объяснение через модель «аллопатрического видообразования», то есть когда формирование нового вида происходит на двух различных «родинах». Представим, что некий вид животных оказался разделен на две популяции каким-то непреодолимым барьером: морским проливом, пустыней или горной цепью. Предположим также, что условия жизни по разные стороны барьера различаются. В таком случае у двух популяций будут происходить случайные мутации. При навязывании различных ограничений они будут эволюционировать в разных направлениях. Если разделение популяций продолжается достаточно долго, то эволюция приведет к возникновению двух различных видов, неспособных скрещиваться между собой. Именно такой случай Дарвин наблюдал на Галапагосских островах. Другие модели, учитывающие хромосомные механизмы, позволяют понять, как может произойти формирование нового вида без физического разделения популяций – «симпатрическое видообразование».

Классическая модель видообразования – появления двух видов из одного

Результаты, достигнутые популяционной генетикой, и открытия, сделанные в области палеонтологии биогеографии, дополнили концепцию естественного отбора и превратили ее в «синтетическую теорию эволюции», или неодарвинизм. Этот синтез наряду с другими учеными был произведен в первую очередь генетиком Феодосием Добжанским (1900–1975), биологом Джулианом Хаксли (1887–1945, внуком Томаса Гексли), зоологом Эрнстом Майром (1904–2005) и палеонтологом Джорджем Симпсоном (1902–1984). По их мнению, эволюция связана со слабыми мутациями, вызывающими постепенное видоизменение популяций. Если популяция оказывалась в изоляции, то различия усиливались и постепенно приводили к возникновению новых видов.

Ученые стали наблюдать примеры эволюции в природе, например, у березовой пяденицы, ночной бабочки с крыльями, на которых обычно присутствуют светло-серые и темно-серые пятнышки. У нее существует редкая, так называемая меланистическая форма, тело и крылья при этом имеют густой коричневый цвет, почти черный. Первых мутантов заметили примерно в 1850 году около Манчестера. А в конце XIX века они составляли уже 98 % популяции.

Эти бабочки откладывают яйца в щелях стволов деревьев, покрытых сероватым лишайником, где их не видят главные враги – птицы. Загрязнение воздуха в результате промышленной революции уничтожило лишайники, а стволы деревьев почернели, из-за чего обычные бабочки стали на нем хорошо заметны, а мутанты, напротив, получили хорошую маскировку. Впоследствии, когда в 1970-х годах качество воздуха улучшилось и лишайники опять появились на деревьях, пропорция численности двух форм этого вида бабочек снова радикально изменилась. Этот процесс адаптации к среде обитания путем естественного отбора был описан в 1955 году. Те же процессы происходили с березовой пяденицей и в Соединенных Штатах.

Березовая пяденица

Этот случай «промышленного потемнения» был раскритикован некоторыми комментаторами, которые отказывались видеть в нем результат отбора. Однако многочисленные эксперименты 1980-х годов показали, что в повышенной смертности яиц черных форм бабочек на стволах, покрытых лишайниками, и светлых форм – на голых стволах виноваты именно птицы. Ген, отвечающий за эту модификацию, был идентифицирован в 2016 году. Другие критики заявляли, что в данном случае речь не идет о формировании нового вида, потому что все бабочки могли скрещиваться друг с другом. Но эволюционисты видели в этой мутации лишь первый шаг на пути к подлинному видообразованию.

Самые стойкие

Во Франции биологи долгое время оставались верны идеям Ламарка, отчасти потому что некоторых не убеждали предложения Дарвина, отчасти по редко произносимым вслух причинам, в частности из-за французского патриотизма. Но существовала и еще одна причина их упорства. Объяснительная система Ламарка внушала полное доверие! Животное сталкивается с проблемой, и природа находит решение этой проблемы. По мнению Ламарка, если в процессе деятельности требуется какой-либо орган, то он появляется или развивается, а затем эта черта передается уже в новом виде потомкам животного. Эволюция в данном случае оказывается провиденциальной силой, непосредственно отвечающей на потребности живого существа. И напротив, естественный отбор – это слепой механизм, лишенный всякого замысла, который способствует лучшей адаптации животных лишь ценой ужасного грабежа, когда подавляющее большинство особей уничтожается неумолимой селекцией.

Идеи Ламарка превосходно сочетались с верой в благожелательного Бога, заботящегося о своих творениях, хотя такая интерпретация натуралистом совершенно не подразумевалась. Некоторые французские зоологи поддерживали ламаркизм вплоть до конца 1960-х годов, потому что предпочитали гипотезу направленной эволюции, то есть развивающейся в совершенно определенном направлении. Иезуит, специалист по первобытной истории Пьер Тейяр де Шарден (1881–1955) разработал «финалистическую» теорию эволюции, согласно которой всякая эволюция имеет конечной целью духовное совершенство человека. Биологи-«финалисты» полагали, что мутации являются патологическими аномалиями, не подразумевавшимися в той «креационной эволюции», которую они описывали. Французский зоолог Пьер-Поль Грассе (1895–1985) поддерживал идею «автоадаптивной вариации» Ламарка, при которой модификации ДНК суть «тяжелый вынужденный труд, продолжающийся на протяжении нескольких последовательных поколений». Если биологии не удалось объяснить эволюцию, то ей следует «уступить место метафизике»! Эта на самом деле глубоко спиритуалистская школа «неоламаркизма» значительно затормозила развитие идей дарвинизма во Франции. Только к концу XX века эволюционные идеи, лишенные «финализма», смогли наконец найти свое место сначала в высшем образовании, а затем и в школьных учебниках.

Ритмы эволюции

Новая синтетическая теория лишила критиков почвы под ногами и возобладала в мире как «единая» теории эволюции, по крайней мере в англосаксонском мире. Разрешив главную загадку дарвинизма – происхождение вариаций, – связка мутация-отбор предоставила нам плодотворную объяснительную систему. Эволюция превратилась в машину, питающуюся накапливающимися мутациями и управляемую отбором. Она обеспечивает постепенную трансформацию существующих систематических групп («анагенез») и появление новых («кладогенез»), закладывая основу существующего биоразнообразия. Однако неодарвинистский консенсус не избавил от дискуссий, порой весьма оживленных, потому что некоторые наблюдения не вписывались в эту рамку.

Популяционная генетика обнаружила другой механизм, влияющий на трансформацию видов, – генетический дрейф. В каждой популяции разные версии одного и того же гена (аллели) распределяются в разных пропорциях в разные моменты времени. Если аллель обеспечивает какое-то преимущество, то такая вариация может быть связана с отбором. Но в небольших популяциях бывает так, что аллель исчезает случайно, в результате простого совпадения процессов в половых клетках размножающихся особей. Этот процесс можно сравнить с процессом исчезновения фамилий, когда в каком-то поколении выжили только девочки и не передали свою фамилию потомкам. Генетический дрейф приводит к модификациям генетической структуры популяции без участия естественного отбора (хотя позднее он, безусловно, произойдет).

Первые работы, касающиеся молекулярных аспектов эволюции (см. главу 4), показали, что полиморфизм распространен гораздо шире, чем считалось ранее, настолько шире, что его уже нельзя было объяснить результатом естественного отбора, имеющего своей целью не разнообразие, а наоборот, ограничение, сохранение только лучше адаптировавшихся вариаций. Пришлось признать, что многие модификации оставались нейтральными с точки зрения естественного отбора, то есть что гены могут существовать в нескольких эквивалентных формах. «Нейтральную теорию» предложил японский генетик Мотоо Кимура. Впоследствии ученые обнаружили, что одни части ДНК умеют накапливать многочисленные мутации, не подставляясь под действие естественного отбора, в то время как другие имеют такое большое значение, что малейшие модификации в них тут же уничтожаются естественным отбором как неблагоприятные для вида. Такая модель рассматривалась не как противоречие, а как дополнение теории отбора: за время эволюции некоторые изменения имеют как селективную, так и случайную составляющую, например связанную с генетическим дрейфом.

Еще один спорный момент касается «градуализма», то есть идеи, что эволюция происходит почти исключительно плавно, без резких скачков. Неодарвинисты признавали только слабые мутации, не подвергающие риску выживание особей. Но как этим крохотным модификациям удавалось совершаться в одном и том же направлении на протяжении длительного временного периода, чтобы привести к значительной трансформации, если считалось, что они происходят случайным образом, во всех направлениях? Более того, почему в таком случае между видами нет более размытых границ, чем мы наблюдаем в природе? По мнению Хуго де Фриза, одного из «переоткрывателей» законов Менделя, мутации могли производить последовательные изменения и вызывать более быструю эволюцию, чем тот строгий градуализм, который приписывался Дарвину.

В 1972 году два американских палеонтолога, Найлз Элдридж (род. в 1943) и Стивен Джей Гулд (1941–2002), занялись этим вопросом, используя ископаемые останки. Часто эти находки показывали продолжительные изменения в одном направлении (например, увеличение размеров раковины моллюска), но иногда свидетельствовали об эволюционных «скачках», когда один вид, казалось, мгновенно замещается другим. Обычно это объясняли «несовершенством» архивов ископаемых останков. В самом деле, фоссилизация – довольное редкое явление, затрагивающее незначительную долю особей. Нет никаких сомнений, что многие виды исчезли, не оставив ни единой окаменелости. Но в противовес господствующей «градуалистической» модели эти авторы предложили новую модель «пунктирного равновесия», базирующуюся на гипотезе, что база ископаемых находок показывает нам реальную картину и мы действительно наблюдаем эволюционные скачки.

По мнению Элдриджа и Гулда, если условия постоянные, то и вид остается неизменным или слабо флуктуирует вокруг усредненной формы. Но если условия модифицируются, равновесие может внезапно нарушиться, и в течение краткого (по геологическим меркам) периода времени происходит существенное изменение. Этот тип событий может затронуть небольшую популяцию, изолированную от остальных особей этого вида и составляющую лишь небольшую часть общей вариативности популяции. Элдридж и Гулд назвали это гипотезой «узкого горлышка» в истории развития вида, которое способствует естественному отбору. Подобные условия делают шансы на фоссилизацию останков еще менее вероятными, что объясняет редкость переходных форм в общих архивах ископаемых окаменелостей. Эта модель, изначально воспринятая как прямая атака на градуализм, сегодня рассматривается скорее, как дополняющая этот подход, и стали говорить даже о «пунктирном градуализме»!

Гипотеза адаптации под сомнением

В 1980-е годы Стивен Джей Гулд и биолог Ричард Левонтин поставили под сомнение «адаптационную программу», которую приписали некоторым своим коллегам, – склонность считать каждый элемент организма идеально адаптированным и отточенным путем естественного отбора. Они выдвинули на первый план ограничения, способные противодействовать естественному отбору, в частности изначальное строение организма, унаследованное от предков: при определенной анатомии возможны далеко не все изменения! Более того, некоторые органы могли пострадать в результате адаптации других органов, и никакого естественного отбора при этом не происходило. Всё это привело к появлению неоптимальных характеристик, ставших результатом компромисса между противоречивыми требованиями.

«Я не могу допустить, что рудиментарные соски у мужчины были так и задуманы. Иначе мне пришлось бы в это верить, подобно тому как православные веруют в единую Троицу».

Чарльз Дарвин, 1861

Именно так, например, можно объяснить наличие сосков у самцов млекопитающих, хотя у большинства видов это не играет вообще никакой роли. Соски развиваются у эмбрионов обоих полов в период формирования всех основных органов. Когда эмбрион обретает половую принадлежность, то у самцов они остаются, вероятно, просто потому, что совершенно им не мешают и никак не участвуют в естественном отборе. Если орган не функционирует, то он необязательно исчезает! Для этого необходимо, чтобы стоимость его сохранения оказалась ниже стоимости уничтожения. А в случае с млекопитающими последнее предполагало бы существенную реорганизацию хронологического порядка развития эмбриона.

Однорогий индийский носорог и двурогий африканский носорог

Другой пример. В наши дни существуют пять видов носорогов, из которых у двоих на морде только один рог. У трех других видов – два рога. Стало ли это результатом разных адаптаций? Биологи исключили географическую гипотезу (оба варианта обнаружены в Азии) и родственную (двурогий суматранский носорог ближе к однорогому индийскому, чем к двурогим африканским видам). Даже функция рога ясна не до конца, потому что одни носороги применяют их для защиты от хищников или для сражений с сородичами, а другие предпочитают использовать для этих целей зубы. Возможная функция второго рога представляется еще более загадочной. В данном случае напрасно искать адаптационное объяснение.

Обнаружение пределов «адаптационной теории» привело к появлению термина «эволюционная поделка», сформулированного Франсуа Жакобом в 1977 году: «Естественный отбор действует не как инженер, а как изготовитель поделок, как ремесленник, который еще не знает, что он изготовит, но использует всё, что попадается ему в руки, самые разнообразные предметы: мотки ниток, куски древесины, старый картон – все может послужить ему исходным материалом; короче, это ремесленник (…), который на протяжении миллионов и миллионов лет медленно творит свое произведение, постоянно его доделывая – здесь подрезать, тут вытянуть, – и использует любую возможность для исправления, переделки, творчества».

У этой аналогии есть свой предел точности: ремесленник обычно имеет цель, в отличие от естественного отбора. Но она хорошо описывает один из аспектов эволюции: новое использование существующих органов. Классическим примером служат перья птиц. Изначально они появились у динозавров, возможно, в результате модификации ороговевших чешуек. Протоперья были простыми нитями, мало или совсем неразветвленными. Их следы мы можем увидеть на скалах рядом со скелетами маленьких динозавров юрского периода. Предполагается, что эти нити играли роль терморегуляторов, потому что динозавры иногда обитали в холодных регионах. Впоследствии мы видим разветвленные волокна, а затем – перья, которые, возможно, изначально служили украшением во время брачного ухаживания. Последняя гипотеза сделана на основании использования перьев птицами, потому что прямых доказательств у нас нет. И только спустя несколько миллионов лет появляются асимметричные перья, начинающие походить формой на предназначенные для полета.

Таким образом, перья появились не для того, чтобы динозавры смогли летать. Эволюция изменила функцию этого органа по пути или, скорее, позднее добавила новую функцию к уже существующим. Это явление называют термином «преадаптация». Он немного двусмысленный, потому что позволяет сделать допущение, будто эволюция предвидела полет как высшую функцию перьев. Именно поэтому Стивен Гулд предложил заменить его словом «экзаптация».

Филогенетические деревья

Дарвин предположил, не будучи полностью уверенным в этом вопросе, что все живые существа происходят от общего предка. Он подчеркивал, что классификация растений и животных должна быть сведена к отношениям родства, так чтобы ее можно было представить в форме единого «древа», где все виды были бы расположены в соответствии с происхождением, а не с внешним сходством. Вскоре после выхода «Происхождения видов» немецкий биолог Эрнст Геккель (1834–1919) предположил «филогенетику» всех живых существ, то есть их эволюционное родство. Однако он оставался под влиянием своей эпохи и поместил человека на вершину древа, в качестве вершины эволюции, царя творения.

Древо живых существ, предложенное Эрнстом Геккелем в 1874 году

Филогенетические деревья базировались на анатомии при установлении отношений родства: поскольку тигр похож на льва, то считалось, что у них есть общий предок. На более высоком уровне можно предположить, что поскольку скелеты птиц и млекопитающих имеют идентичную структуру, то у них был общий предок, старше общего предка тигра и льва. Этих предков искали среди ископаемых животных. Так, археоптерикс считался предком птиц, а проконсул[9] – предком всех гоминидов.

Реконструкция археоптерикса и проконсула

Деревья, построенные по этому принципу, страдали многочисленными недостатками. Связи между видами базировались в основном на внутренних убеждениях зоологов, которые выбирали из всех черт видов те, что подкрепляли их гипотезы. Но если отталкиваться от других черт, группировка может оказаться совсем иной, и ничто не позволяло априори выбрать правильную версию. Так, малую панду порой приписывали к семейству медведей, а иногда называли кузеном енота-полоскуна из рода енотовидных собак (см. главу 4).

Малая панда (Ailurus fulgens)

В ХХ веке строительство филогенетических деревьев стало предметом оживленных дискуссий. В 1966 году германский энтомолог Вилли Хенниг (1913–1976) предложил новую методику, строгую и пригодную для тестирования. При формировании групп родственных животных он не основывался на внешнем виде, а опирался исключительно на эволюционные новинки, унаследованные от общего предка, те признаки, появление которых свидетельствовало о рождении новой ветви дерева. Такие признаки назвали «продвинутыми» или «апоморфными». Приматы, объединившие обезьян и лемуров, определялись по наличию большого пальца, противопоставленного другим пальцам, и ногтей, заменивших когти. В этой группе «настоящие обезьяны» или обезьянообразные определяются по шву на лбу в месте соединения двух лобных костей.

Филогенетическое древо позвоночных

Итак, современные деревья основаны на родственных связях, но не показывают генеалогию. Они демонстрируют только близкие связи между видами, родство, но не располагают ископаемых животных в отношении «предки-потомки», потому что истинные генеалогические связи между видами доказать практически невозможно. Такой подход к систематике получил название «кладистика» и сегодня стал нормой для биологов всего мира.

Исчезновение рыб и рептилий

Сегодня мы обычно называем существо с внутренним скелетом, чешуей и плавниками, живущее в воде, рыбой. Так, в XVIII веке Линней выделил зоологическую группу рыб. Но в этой группе встречаются виды с крайне необычными чертами, например латимерии: их плавники поддерживаются не костистыми отростками, как у большинства других рыб, а настоящими костями с мышцами, как у четвероногих сухопутных животных. Если верить ископаемым останкам, то первые «рыбы», обладающие подобными органами, появились 380 миллионов лет назад. От одной из таких рыб произошли все сухопутные позвоночные, или четвероногие, то есть земноводные, рептилии, птицы и млекопитающие (хотя некоторые из них впоследствии полностью вернулись в морскую среду обитания). И латимерия, обладающая общей эволюционной новинкой со всеми сухопутными земноводными, должна быть отнесена к той же группе, типу – саркоптеригии, или мясистолопастные.

Филогенетическое древо «рыб»

Таким образом, для современного зоолога, латимерия – это не рыба, а саркоптеригия. Более того, теперь уже нет и такой зоологической группы – «рыбы». По принципам кладистики клада должна содержать общего предка и всех его потомков. Но общий предок рыб является также предком и латимерий, и четвероногих. Если существует тип «рыбы» (в зоологическом понимании), то мы все – рыбы! Разумеется, с экологической, природной точки зрения латимерия остается рыбой. Примерно то же самое произошло с помидором: для хозяйки это – овощ, но для ботаника – фрукт.

Рептилий постигла та же судьба. Некогда они включали в себя черепах, змей, ящериц, крокодилов и несколько других групп, определяемых по скелету и чешуйчатой коже. Туда же входили динозавры. Но мы знаем, что некоторые динозавры дали рождение немного другой группе животных – птицам. Поэтому, следуя принципу кладистики, птицы – это динозавры. Следовательно, бывшая группа рептилий должна включить в себя птиц или исчезнуть. Сегодня выделяют отряды черепах, чешуйчатых (ящерицы и змеи) и крокодилов, а единой группы «рептилии» как зоологического понятия больше нет. Что касается птиц, то они не исчезли, потому что все происходят от одного предка – вида динозавров. Их группа оказалась совместимой с эволюционной филогенетикой!

Геологические революции

Дарвин пытался найти объяснение современному распределению видов по планете в истории их эволюции. В первую очередь его интересовали южноамериканские животные: «Может быть, кто-нибудь спросит в шутку, допускаю ли я, что мегатерий и другие родственные ему громадные чудовища, жившие прежде в Южной Америке, оставили после себя ленивца, броненосца и муравьеда как своих выродившихся потомков. Это ни на минуту не может быть допущено. Эти гигантские чудовища полностью вымерли и не оставили потомства. Но в пещерах Бразилии было найдено много вымерших видов, близко сходных по величине и по всем другим признакам с видами, живущими еще и теперь в Южной Америке, и некоторые из этих ископаемых могли быть действительными предками ныне живущих видов».

В масштабе целой планеты он обитал в стабильном ареале. Современные континенты страдали только от изменений уровня мирового океана и от внутреннего напряжения, проявлявшегося в формировании горных цепей. Колонизацию Америки или Австралии можно было объяснить «мостами», некогда соединявшими разделенные в наши дни континенты. Более того, некоторые виды могли пересечь океан по воздуху, вплавь или на случайных бревнах. Но с 1960-х годов теория тектонических плит дала биогеографам совершенно новые основания для гипотез.

Мегатерий

Стало очевидно, что некогда континенты были единым целым и разделение произошло в результате глубинного движения частично расплавленной мантии земной коры. Перемещения континентов позволяют понять разделение некоторых видов на несвязанные популяции и их последующую эволюцию в разные стороны.

«Всякая правильная классификация есть классификация генеалогическая; общность происхождения и есть та скрытая связь, которую бессознательно ищут натуралисты».

Чарльз Дарвин, 1859

Дарвин настаивал на постепенном характере эволюции, которая, по его мнению, должна была происходить медленно, практически незаметно, подобно геологическим процессам, описанным Чарльзом Лайелем. Но в 1980 году американский физик Луис Альварес (1911–1988) вместе с группой геологов и химиков замечательным образом вернулся к тем «катастрофам», которые некогда упоминалась антиэволюционистами в качестве объяснения резких замещений, наблюдаемых в ископаемой фауне.

Опираясь на многочисленные геологические данные, он показал, что 66 миллионов лет назад на землю упал астероид и что последствия этого события, несомненно, лежат в основе исчезновения динозавров, морских рептилий, аммонитов и многих других видов. Несмотря на то, что геологи до сих пор дискутируют о том, что оказалось более значимым – падение астероида или мощный вулканический кризис, пришедшийся на ту же эпоху, результатом стало глубокое потрясение всех экосистем, что направило эволюцию по совершенно иному пути. Динозавров сменили млекопитающие, которые за несколько миллионов лет заняли все доступные среды обитания, где ранее господствовали крупные рептилии.

Мощный катаклизм развернул привычное течение эволюции. Вся планета на много лет оказалась в ледяных сумерках. Погибли растения, за ними – травоядные и хищники. Очевидно, что к подобным событиям виды живой природы не могут приспособиться путем медленных, постепенных мутаций и естественного отбора. Выжившие виды были обязаны своей счастливой судьбой тем характеристикам, которые не имели отношения к катастрофе – например, способности к замедлению рождения потомства, – или рациону, базировавшемуся на умерших растениях или трупах животных. Именно так объясняют выживание крокодилов и маленьких млекопитающих, способных впадать в спячку. Но отчасти исчезновение или выживание отдельных видов стало игрой случая.

Глава 4. Молекулярная революция

Открытие структуры ДНК сопровождается пересмотром некоторых аспектов неодарвинизма. Эволюция предстает более разнообразной, и естественный отбор сохраняет в ней главенствующую роль.

На протяжении первой половины XX века генетика совместно с классическим дарвинизмом предыдущего столетия сформировала «синтетическую теорию эволюции». Но вскоре теорию самым радикальным образом обогатило новое направление в науке – молекулярная биология. Открытие структуры молекулы ДНК и выявление мощных молекулярных инструментов вызвали двойной эффект: с одной стороны, это привело к развитию теории, поскольку ученые получили доступ к глубинным механизмам мутации и их воздействию на организм, а с другой – к изучению новых процессов, способных повлиять на ход эволюции.

Гены – хозяева положения

В 1953 году Джеймс Уотсон (род. в 1928) и Фрэнсис Крик (1916–2004) опубликовали в журнале Nature статью, в которой описали структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – знаменитую двойную спираль – и увязали эту структуру с базовыми свойствами клетки. Это открытие принесло им в 1962 году Нобелевскую премию по медицине совместно с физиком Морисом Уилкинсом. Химик Розалинд Франклин умерла в 1958 году, и ее имя теперь не так знаменито, как фамилии ее коллег.

Хромосомы, гены, ДНК

ДНК представляет собой длинную линейную молекулу из звеньев, образованных четырьмя нуклеотидами, обозначаемыми А, Т, G, C по их азотистым основаниям – аденин, тимин, гуанин и цитозин соответственно. Цепочка может выглядеть так: A-T-G-G-T-C-A-G-A-T-C–C-A…

Человеческая ДНК содержит примерно 3,3 миллиарда нуклеотидов. Эта последовательность разделена на 46 участков – 23 пары хромосом. Под микроскопом они выглядят как маленькие палочки, когда клетка делится, но в остальное время это длинные нити, свернутые в ядре клетки. ДНК одной клетки человека достигает в длину почти двух метров.

ДНК

Клетка умеет читать последовательность, то есть порядок нуклеотидов, примерно так, как мы читали бы слова четырехбуквенного алфавита. Часть ДНК транслируется клеткой при синтезе новых молекул (белка или ДНК) в качестве усвоенной информации. Участки, пригодные для экспрессии в процессе производства молекул, называют генами. Всего у человека около 20 тысяч генов. Но не все гены экспрессируются повсюду. Их экспрессия зависит от клеточной среды, в соответствии с ролью каждой конкретной клетки в организме.

Остальная часть ДНК не транслируется, но значительная часть молекулы играет существенную роль в регуляции чтения генов и их трансляции клеткой. В половине случае это повторяющиеся последовательности. Существуют также тысячи «псевдогенов» – последовательностей, напоминающих гены, но не имеющих их функционала.

Мутации – это более или менее значимые изменения в последовательности ДНК, вызванные облучением или химическими веществами. Одна мутация может затронуть один нуклеотид, тогда происходит однонуклеотидный полиморфизм, или «снип» – например, АТС превращается в GТC. Но иногда это сложные преобразования участков хромосом, содержащих тысячи нуклеотидов.

Секвенировать ДНК – значит определить порядок составляющих ее цепочек нуклеотидов. С 2010-х годов секвенирование генов стало рутинной задачей для лабораторий – быстрой и недорогой. Мы расшифровали полный геном, то есть комплекс генов, сотен видов бактерий, растений и животных. Сегодня проще сравнить геномы двух видов животных, чем их строение!

Биологи постепенно описывают тот способ, которым клетка использует ДНК для синтезирования необходимых ей белков. Ученые констатировали, что у всех живых существ ДНК транслируется одинаково – генетический код универсален! Конкретным результатом этого стала трансгенетика – мы можем пересадить ген человека бактерии и заставить ее вырабатывать белок для человека, например инсулин. Из этой универсальности есть и еще одно следствие: если ДНК всех живых существ обладает идентичной структурой и функционирует идентичным образом, то можно предположить, что все они унаследовали эти свойства от одного общего предка. То есть все живые существа: бактерии, археи, растения, грибы и животные – происходят от одного и того же предка. Именно так и предполагал Дарвин, но теперь у биологов появился мощный аргумент в поддержку его гипотезы. Мы все унаследовали нашу ДНК и механизм ее функционирования от общего предка, получившего название LUCA – Last Universal Common Ancestor, Последний Универсальный Общий Предок. У нас нет его ископаемых останков, он скорее существует в теории, чем в реальности.

«Все органические существа, когда-либо жившие на Земле, могли произойти от одной первобытной формы».

Чарльз Дарвин, 1859

Впоследствии секвенирование ДНК привело к развитию нового направления филогенетики, базирующегося не на анатомических или физиологических характеристиках видов, а на их геноме.

Потребовалось создать алгоритмы для сравнения последовательностей ДНК, чтобы обрабатывать непростые для интерпретации данные. Но теперь все методики уже известны, их можно обсуждать и модифицировать. Сравнивая одну и ту же молекулу у нескольких видов, можно оценить степень отличия одного вида от другого и восстановить пройденный эволюционный маршрут на молекулярном уровне. Теперь можно строить молекулярные филогенетические деревья, следующие принципам кладистики. Такие деревья не являются заведомо более надежными, чем деревья, основанные на анатомическом строении, но они помогли устранить некоторые двусмысленности. Например, мы сумели определить родственные отношения малой панды: по своей ДНК она ближе к енотам-полоскунам, чем к медведям, но достаточно удалена от обоих, чтобы войти в новое семейство – пандовые, являясь в нем сегодня единственным живым представителем.

Филогенетическое древо живых существ, построенное на основе генома

Сравнение ДНК нескольких видов получило еще одно применение: степень различия между ДНК двух видов в целом пропорциональна времени, на протяжении которого эти виды эволюционировали от своего общего предка. По крайней мере, для тех участков молекулы, на которые не влияет естественный отбор. Если их ДНК во многом схожи, значит, общий предок жил совсем недавно («недавно» по геологическим меркам, разумеется). А если ДНК значительно различаются, значит, общий предок этих видов исчез очень давно. Зачастую период существования общего предка можно датировать благодаря ископаемым останкам. Даже если конкретный вид этого предка определить нельзя, можно сказать, в какую эпоху он обитал на Земле.

Эти данные позволяют оценить скорость модификации ДНК, например рассчитать число мутаций на миллион лет. Если допустить, что объем мутаций постоянен, то далее можно определить время появления различающихся видов. Такие молекулярные часы дают нам общего предка для человека и шимпанзе, обитавшего примерно 6–8 миллионов лет назад, что соответствует возрасту самых древних африканских двуногих приматов, например сахелантропа, известного под именем Тумай. Молекулярные часы работают по-разному в зависимости от эпохи и, главное, от зоологической группы, но, настроенные один раз, они приносят большую пользу при соотнесении с палеонтологическими данными.

Адаптивная радиация

Когда мы говорим об адаптивной радиации, то речь ни в коем случае не идет о привыкании к радиоактивному излучению! Этим термином описывают быстрое появление группы близких видов от одного предка, видов, которые питаются ресурсами из одной среды. Это происходит, когда соответствующая среда мало обжита, например на вулканических островах, появившихся из океана, изначально бедных фауной, или – если говорить обо всем периоде жизни на Земле – после случаев массового вымирания. Бывает также, что эволюция создает новые способы освоения среды, например сформировав у птиц перья, а затем крылья. Адаптивная радиация – одна из причин современного биоразнообразия.

Самым известным случаем, разобранным Дарвиным, стал пример с галапагосскими вьюрками, внешне очень похожими, но по сути заметно различающимися: «Наблюдая эту постепенность и различие в строении в пределах одной небольшой, связанной тесными узами родства группы птиц, можно действительно представить себе, что вследствие первоначальной малочисленности птиц на этом архипелаге был взят один вид и видоизменен в различных целях». Формула еще двусмысленна, так как этот текст датируется 1839 годом, когда Дарвин находился еще далеко от окончательного формулирования своей теории, но уже тут мы видим зародыш идеи формирования отдельных видов от общего предка.

Дарвиновы вьюрки

Сегодня считается, что этот общий предок был близок к бурой овсянке, небольшой птице отряда воробьиных, обитающей в Южной Америке. Несколько особей его занесло ветром на Галапагосские острова примерно два миллиона лет назад. Нам известны тринадцать видов вьюрков, различающихся размерами, оперением, величиной клюва и рационом. Родственные связи между видами были установлены как благодаря изучению их строения, так и с помощью анализа ДНК. В течение тридцати лет Питер и Розмари Грант проводили исследования на одном из островов этого архипелага, и им удалось показать, с какой скоростью среда влияет на размер клюва птиц. После засухи, резко сократившей островную флору, остались только самые стойки растения с крупными зернами. Почти 85 % вьюрков умерли от голода. У выжившей части популяции размер клюва в среднем оказался заметно больше, чем у изначальной популяции в целом. Другими словами, естественный отбор сыграл определяющую роль в исчезновении тех особей, клюв которых оказался слишком мал для пропитания. На размер клюва влияет ген, связанный со строением челюстей, и его активность может различаться в процессе развития особи. Если ген начинает действовать чуть раньше, клюв оказывается крупнее. Простая хронологическая задержка может сыграть большую роль в выживании особи при изменении условий жизни. История адаптивной радиации вьюрков Дарвина сегодня хорошо известна ученым.

Быстрая диверсификация видов была отмечена и в других экосистемах, например на крупных африканских озерах. Каждое озеро после своего возникновения было заселено тилапией – рыбой из семейства цихловых. В озере Виктория менее чем за 15 тысяч лет от одного вида произошло более 500 разных видов! Другим хорошо изученным примером являются карибские ящерицы рода анолисов. Нам известны 400 видов этих ящериц, из них 150 обитают на Карибских островах. Эти ящерицы, близкие родственники игуан, насекомоядны, иногда плодоядны.

Ящерица анолис

Изучение ящериц анолис показало, что все эти островные виды произошли от двух континентальных, попавших на острова несколько десятков миллионов лет назад. Пересекая разделяющие сушу проливы, ящерицы давали рождение новым видам, отличающимся своими размерами в зависимости от того, насколько влажной и солнечной оказывалась среда обитания, что определялось плотностью лесов. Таким образом, они занимали различные экологические ниши, что позволило им плотнее осваивать среду обитания, уменьшая соревнование между видами.

Черная королева и Придворный шут

В книге «Алиса в Зазеркалье», продолжении «Алисы в Стране чудес», Льюис Кэрролл устами Черной Королевы предупреждает героиню: «Здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте»[10], потому что пейзаж вокруг героев стремительно меняется.

Для биологов этот эпизод стал метафорой некоторых форм коэволюции, то есть эволюции нескольких связанных между собой видов, например жертвы и хищника или паразита и его хозяина. В этих парах эволюция жертвы приводит к появлению более совершенной защиты, но параллельно паразит или хищник развивают всегда еще более совершенный ответ. Подобно Алисе с Королевой, эти виды должны постоянно эволюционировать в ответ на эволюцию своих «партнеров». В военной среде есть эквивалентное выражение «гонка вооружений», когда страны начинают тратить всё больше средств на свою армию.

По мнению некоторых ученых, физические условия среды (климат, вулканическая активность, изменение уровня мирового океана) играют в эволюции видов более заметную роль, чем описанное выше явление. Эти ученые обращают внимание на события, приводившие к массовому вымиранию видов, вслед за которым наступала эпоха резкой диверсификации. Эта гипотеза получила название «гипотеза Придворного Шута» из-за непредсказуемости таких событий. По мнению некоторых палеонтологов, две эти гипотезы дополняют друг друга, но первая действует в отношении видов, а вторая – в отношении крупных биологических групп – родов или семейств.

И правда, кажется, что эволюция влияет по-разному на разных биологических уровнях – ген, особь или группа видов. Даже если не принимать в расчет конкуренцию за ресурсы, механизмы эволюции могут оказаться различными у двух видов или у двух близкородственных особей. Так, можно обратить внимание на различия между самцами и самками внутри одного вида. Естественный отбор поощряет появление потомства у одних особей в ущерб другим, и мы наблюдаем за этим по отношениям между полами. У большинства видов животных самцы производят больше сперматозоидов, чем самки – яйцеклеток. Самцы, способные оплодотворить много яйцеклеток, оказываются в выигрыше по сравнению с теми, кто оплодотворяет меньше. Но, с точки зрения самок, конкуренция происходит скорее на уровне качества получившихся яиц, и, соответственно, ключевым становится момент выбора самца. Таким образом, стратегии самцов и самок оказываются противоположными. Здесь мы видим реализацию идеи коэволюции, но уже внутри одного вида!

Нам представляется очевидным, что для рождения потомства необходимы двое родителей – самец и самка. Однако глубинные причины возникновения двух полов остаются туманными, потому что это предельно сложный механизм, как на клеточном, так и на поведенческом уровне. Для животного мира цена полового способа размножения чудовищно высока! По мнению некоторых биологов, эта сложность компенсируется генетическим разнообразием, порождаемым половыми различиями, необходимым для эффективного противодействия паразитам, которые, кстати, составляют почти половину всех существующих видов животных на Земле. Снова Черная Королева в действии!

Молекулярная эволюция

Гены, возможно, позволили нам добраться до самых корней эволюции, поэтому эволюционисты стали утверждать, что подлинным объектом их работы должен стать ген, а не особь.

Эту точку зрения продвигал английский биолог Ричард Докинз (род. в 1941) в книге «Эгоистичный ген», опубликованной в 1976 году: «Мы всего лишь машины для выживания, самоходные транспортные средства, слепо запрограммированные на сохранение эгоистичных молекул, известных под названием генов». Другими словами, живые существа – это инструменты, разработанные генами для наилучшего воспроизведения. Предлог «для» не должен наводить на мысли о существовании у генов своей «воли»: просто естественный отбор поощряет те гены, которые обладают наиболее эффективным механизмом своего распространения в мире. Поэтому задача состоит не в том, чтобы узнать, какие особи выживают и размножаются, а в том, чтобы понять, какие гены передаются от поколения к поколению.

Этот упрощающий, редукционистский подход встретил много критиков, упиравших на тот факт, что отбор происходит на уровне особей, а не на уровне генов. А особь – это продукт целого генома, в котором каждый ген подвержен влиянию другого в своеобразном внутримолекулярном соревновании. Однако такой подход к изучению эволюции дал интересные результаты, в частности в области «родственного отбора». Трудно было понять, что заставляет муравьев заботиться о своей царице или о муравейнике, если у них нет ни малейших надежд передать свои гены потомству, поскольку размножается только одна особь – царица.

Но если встать на точку зрения генов, ситуация существенным образом меняется. По генетическим характеристикам муравьев видно, что каждая особь делится с сестрами 75 % своих генов. Поэтому «жертва» каждой самки приводит к тому, что ее гены распространяются лучше, чем если бы она сама заботилась о своих дочерях. Ведь каждый родитель, самостоятельно заботящийся о потомстве, сохраняет только половину своих генов, а вторая поступает от другого родителя. Родственный отбор позволяет также объяснить существование таких животных сообществ, в которых мы наблюдаем признаки альтруистического поведения (разделение пищи, предупреждение об опасности при возникновении хищника и т. д.), поскольку в таких сообществах многие особи являются родственниками, хотя и не настолько близкими, как в случае насекомых. У социальных видов ген, подталкивающий особи к взаимопомощи, будет поощрен и распространится быстрее, чем ген, способствующий конфронтации! Парадоксальным образом, «эгоистичные гены», озабоченные только собственным выживанием, могут способствовать рождению альтруистического поведения просто потому, что оно лучше отвечает принципу естественного отбора. Именно это и утверждал Дарвин в отношении человека.

«Происхождение морали кроется в социальных инстинктах, сформированных естественным отбором, как и у низших животных».

Чарльз Дарвин, 1871

Анализируя эволюцию с молекулярной точки зрения, мы смогли объяснить детоубийство, наблюдаемое у некоторых видов, хотя такое поведение казалось совершенно не оправдываемым в моральном отношении. Впрочем, природа не является моральной и тем более – аморальной. Когда павиан становится доминантным самцом в своей группе, он убивает детенышей других самцов. Такое же поведение наблюдается у львов, шимпанзе и многих грызунов. Это поведение интерпретируется как стремление уничтожить детенышей предыдущего самца, чтобы самка как можно скорее могла прийти в репродуктивное состояние. Тогда новый самец сможет размножиться, и у его потомков будет меньше конкурентов. Эту же историю можно изложить с точки зрения генов, что дает нам преимущество, позволяющее избежать вмешательства случайной воли животных. Новый доминантный самец элиминирует гены предшественника и позволяет своим генам увеличить свою долю в популяции. Склонность к детоубийству передается по наследству, поскольку гены тех, кто его совершает, распространяются быстрее, а великодушные львы оставят меньше потомства и доля их собственных генов в популяции окажется меньше. Такое поведение значительно реже распространено у тех видов, которые живут моногамными парами, или, напротив, там, где самки рожают от нескольких самцов, поскольку самцы просто не могут отделить своих детенышей от потомства конкурента – у бонобо не бывает детоубийств! Однако подобное объяснение подразумевает, что такое поведение обусловлено генетически, что пока не доказано.

Это вписано в ДНК!

Теория генетики социального поведения, гипотеза, что наше поведение оттачивается эволюцией, продвигалась биологом Эдвардом Уилсоном (род. в 1929). В 1975 году он опубликовал книгу «Социобиология, новый синтез», само название которой отсылало к неодарвинизму. Он занимался поведением животных, прежде всего, муравьев и пчел, а также поведением человеческих сообществ. В то время его обвиняли в биологическом детерминизме, сводившем на нет культурные аспекты эволюции человека, и в отсутствии проверки того, насколько наблюдаемое поведение действительно является результатом отбора в естественной среде, а не в теории. Некоторые социобиологические исследования касались крайне полемичных сюжетов, таких как наличие возможного «гена гомосексуальности» или генетики интеллекта.

Сегодня эти конфликты практически сошли на нет и социобиология стала неотъемлемой частью «экологии поведения». Изучение поведения животных и человека с точки зрения адаптации этого поведения к среде обитания и, соответственно, влияния на него естественного отбора стало банальностью. Мы признали, что наш вид сформировался в ходе эволюции, так же как и другие виды животных. Жесткие оппозиции, пытавшиеся разграничить природу и культуру, гены и среду обитания, врожденное и приобретенное, уже давно утратили свою однозначность.

Понятие «генетической программы» стало широко принятым в обществе. Гены воспринимаются многими как строительный чертеж, чтение которого позволит представить особь, получающуюся из этого генома. В поисках генов, отвечающих за малейшие анатомические или поведенческие нюансы, мы пришли к мысли, что гены полностью определяют наше существование. Эта идея проникла даже на уровень бытового языка. Говоря о каком-либо достоинстве или недостатке человека, мы скажем: «Это у него в ДНК». Это выражение сменило древнее «это у него в крови»!

На самом деле ген – это не просто инструкция, которую клетка может полностью исполнить. Во-первых, гены не одиноки, а соединены с тысячами других генов, и необходимо изучать их совместное воздействие. Во-вторых, на процесс развития влияют многие факторы, способные модулировать или направлять действие генов: в процессе деления и возникновения новых клеток они вынуждены воздействовать со средой, окружающей эмбрион, и с уже существующими клетками. Уже в животе матери двое истинных близнецов (то есть обладающих идентичным генетическим наследством), начинают различаться, потому что среда, их окружающая, не идентична. По этой ли причине или потому, что процесс экспрессии генов может минимально различаться у каждого индивида, но отпечатки пальцев даже у таких близнецов будут разными. Нет никаких оснований считать, что форма носа или ушей полностью определяется генами, хотя некоторые элементы, например форма мочки уха, действительно связаны с конкретными генами. Необходимо забыть понятие «генетической программы», слишком двусмысленное и упрощающее действительность, потому что оно толкает к мысли, будто в эволюции существует некий программист или проект, который надо реализовать.

Гены-архитекторы

Детальный анализ белков, а затем и ДНК позволил понять, как вид может приобретать новые характеристики, не утрачивая прежних. Если ген трансформируется в процессе мутации, то бывает, что он теряет свою изначальную функцию, что априори неблагоприятно. Но мы обнаружили, что многие гены дублируются, то есть копируются в нескольких экземплярах, идущих один за другим. В таком случае одна копия может накапливать мутации, тогда как другие функционируют по-прежнему. Именно так объясняют производство нескольких видов зрительных пигментов, позволяющих нам иметь цветовое зрение, или разных форм гемоглобина, сменяющих друг друга у зародыша и новорожденного.

Среди множества критических аргументов, высказанных против дарвиновской теории отбора, один имел особенный вес. Несложно признать слабые трансформации внутри видов: цвет шкуры или перьев, размер особи или даже постепенную утрату какого-то органа. Но строгий градуализм с трудом мог объяснить появление совершенно новых органов или неизвестных ранее структур.

С 1980-х годов обнаружение генов, отвечающих за развитие, обновило наш взгляд на проблему мутаций. Некоторые гены вмешиваются уже на начальной стадии развития особи и играют определяющую роль в ее строении. В первую очередь они определяют, где у эмбриона будет перед и зад, то есть живот и спина. Такие гены получили название «гены-архитекторы».

Гены, именуемые «гомеозисными», играют роль в повторении определенных органов, например сегментированного брюшка насекомых или ребер у позвоночных, и в их дифференциации. Малейшая модификация этих генов приводит к зримым последствиям у эмбриона – например, у насекомого вместо усика может возникнуть ножка. Сегодня это проявляется чаще всего в нежизнеспособных аномалиях, но у более простых организмов в результате могут родиться жизнеспособные особи, заметно отличающиеся от своих сородичей.

Именно так произошло, по всей видимости, в начале кембрийского периода, 540 миллионов лет назад. В ту эпоху было еще совсем немного видов животных. В природе резко сократилось количество хищников, и перед животным миром раскрылись океаны пищи. Геномы в то время, вне всяких сомнений, также были проще. Мутации, проявлявшиеся на ранних стадиях развития эмбрионов, привели к появлению самых разных структур. Некоторые из них оказались выигрышными, а другие исчезли или выжили скорее случайным образом. Представьте, что в менее требовательной, чем сегодня, среде обитания у всех мутаций имелся шанс на выживание! Рождались самые странные животные, сколь бы мало жизнеспособными они ни были. Из этого периода благополучия ведут начало несколько линий, предки большинства современных биологических типов. Так, насекомые и млекопитающие унаследовали одинаковые гены-архитекторы от общего предка, обитавшего именно в ту эпоху. Впоследствии возникали только вариации на существующие темы. Некоторые типы строения, например позвоночных или моллюсков, оказались благоприятны для появления самых разных форм. Но эта эволюция шла уже гораздо более низкими темпами, чем в период «кембрийского взрыва», хорошо изученного палеонтологами.

Горизонтальный перенос генов

Случается, что два совершенно разных организма (например, гриб и животное) обладают предельно схожими генами, при том что такие гены отсутствуют у большинства близких видов и не являются унаследованными от общего предка. Такое сходство объясняют «горизонтальным переносом генов», передачей их не наследственным путем, (например, через вирус или пищу), произошедшей у прямого предка одного из этих видов. Встроившись в новый геном, эти гены ведут себя так же, как обычные гены, и передаются из поколения в поколение.

Это явление распространено у бактерий и архей[11], которые могут обмениваться ДНК или заимствовать ее из окружающей среды. У таких организмов до 50 % генома может формироваться методом горизонтального переноса. Этот механизм предоставляет бактериям и археям молекулярные инструменты, прошедшие естественный отбор, которые позволяют им получить доступ к новым источникам пищи или устойчивость к антибиотикам. Полезные мутации быстро распространяются среди разных видов как путем обмена фрагментами ДНК, так и путем прямого заимствования участков ДНК у мертвых бактерий, плавающих в среде обитания живых бактерий.

Этот механизм реже встречается у эукариотных организмов, организмов с настоящим клеточным ядром, то есть у грибов, растений и животных, но биологи регулярно обнаруживают новые примеры его действия. Гороховая тля (Acyrthosiphon pisum) обычно имеет зеленую окраску, но некоторые особи приобрели красно-оранжевую. Этой окраской они обязаны каротеноидным пигментам, которые тли вырабатывают благодаря отдельному гену. Этот ген не встречается ни у одного из близких видов, но очень похож на ген, присутствующий у многих видов плесени (например, у Mucor circinelloides или Aspergillus oryzae). Предполагается, что он передался тлям несколько десятков миллионов лет назад, возможно, через гриб-паразит или в процессе питания. Но если ген сохранился на протяжении стольких лет, значит, он чем-то полезен виду. На гороховых тлях паразитируют осы, которые откладывают в их тела свои яйца. Но ос не привлекают красные особи, потому что на красную тлю чаще нападают божьи коровки. Так двойной отбор поддерживает полиморфизм популяции.

Последние двадцать лет изучение горизонтального (или латерального) переноса генов переживает настоящий расцвет. Геном оказался изменчивее, чем мы думали, но частота горизонтальной передачи остается дискуссионным вопросом. Однако значимость этого механизма для микроорганизмов меняет наше представление об их эволюции. После обмена генами история их развития внутри нового вида уже отличается от истории внутри исходного вида. Для бактерий кустовая модель эволюции становится неадекватной, потому что могут возникать связи как между близкими ветвями, так и между далекими. Построенное по принципу простого деления дерево превращается в сеть с горизонтальными связями. Однако, даже если метод передачи характеристик модифицируется, это не отменяет действия на организмы принципов естественного отбора!

Глава 5. Ложные друзья Дарвина

С момента выхода книги «Происхождение видов» идеи Дарвина сразу стали объектом недопонимания и искажения. Некоторые были просто неправильно поняты, но и в целом предлагаемый подход радикально противоречил идеологии той эпохи. Отпор встретила не только идея эволюции, но и механизм естественного отбора, причем в основном по религиозным или философским (от ультралибералов до сторонников евгеники), а не по научным причинам.

Недостающее звено

В 1859 году палеонтология еще только едва появилась на свет, и найденных ископаемых останков было недостаточно, чтобы составить полную картину предков существующих видов. И даже если какая-то окаменелость идеально подходила для встраивания в общую логику, то не хватало промежуточных видов. Эти гипотетические виды стали называть «недостающим звеном» – в частности, такого звена не хватало между ископаемой обезьяной и человеком. Противники теории эволюции упирали на недостаточность доказательств и утверждали, что теория не может считаться надежной, пока эти звенья не будут обнаружены. Однако в 1861 году находка археоптерикса – древней птицы, являющейся очевидным родственником динозавров, – подарила Дарвину необходимую переходную форму между птицами и рептилиями. В 1869 году, в пятом издании «Происхождения видов», он добавил эту информацию, дав таким образом ответ критикам, чем он систематически занимался в каждом новом издании книги.

С тех пор палеонтологи обнаружили множество «недостающих звеньев». В XIX веке настоящую проблему представляли собой киты: как можно представить себе переходную форму между сухопутным четвероногим видом и современными китообразными, строение которых отличается так принципиально?

Филогенетическое дерево китообразных

В конце концов необходимые для достраивания этого перехода находки были сделаны в Пакистане в конце XX века.

Пакицеты и амбулоцетусы жили примерно 50 миллионов лет назад, были четвероногими, но первый вид вел образ жизни амфибии (примерно, как выдра), а второй являлся скорее водным видом (его научное название переводится как «ходящий кит»). В их черепах найдены структуры, типичные для ископаемых китов, в частности зубы и кости внутреннего уха. Не являясь прямыми предками китообразных, они дают нам убедительный пример того, как могла происходить постепенная адаптация сухопутных млекопитающих к морской среде. Они обладали копытами, что сближает их с теми видами, от которых произошли парнокопытные – свиньи и жвачные животные. Анализ ДНК подтвердил это родство, поэтому сегодня китообразные объединены с парнокопытными в кладу «китопарнокопытные» (лат. Cetartiodactyla), общий предок которой дал рождение и коровам, и оленям, и дельфинам. Что касается рода Aetiocetus, описанного в 1966 году, то он позволяет представить, как китообразные с зубами дали рождение китообразным с китовым усом, поскольку зубастые челюсти находок этого рода имеют четкие следы наличия усов.

Древо гоминидов

Дарвину не было известно ни одной переходной формы от нескольких ископаемых обезьян, найденных в его эпоху, и современным человеком. Только после его смерти были открыты Homo erectus (человек прямоходящий), затем Homo habilis (человек умелый), оррорин, человек флоресский, ардипитек, сахеалантроп, а также целая толпа австралопитеков и парантропов. Мы пришли к сложной таблице, в которой отсутствуют несколько «промежуточных видов» (например, неизвестен общий предок шимпанзе и людей), но палеонтологам и без того приходится решать проблему размещения слишком большого количества видов по иногда перегруженному дереву, отображающему наших далеких предков, а также всех ископаемых и существующих гоминидов.

Сегодня понятие «недостающее звено» уже полностью устарело. Во-первых, эволюция – это не линейная цепочка, а скорее куст. Во-вторых, всегда будут отсутствовать какие-то промежуточные формы просто потому, что окаменелости – явление довольно редкое и многочисленные виды исчезли, не оставив ни малейшего следа своего существования. Эволюция происходит иногда медленно и постепенно, иногда стремительно, что еще сильнее сокращает вероятность существования окаменелостей некоторых «промежуточных» особей.

Вопрос прогресса

В XIX веке многие натуралисты еще ссылались на «лестницу живых существ», иерархию, в которой животные располагаются от низших к сложноорганизованным, а наверху всегда находится человек. По мере накопления биологических знаний лестница становилась чуть более разветвленной, поскольку оказалось сложно расположить всех животных на одной прямой. Однако сохранялась идея, что природа организована от более простого к более сложному, будь то отражение божественного замысла или результат эволюции.

Первые эволюционисты, в частности Ламарк, сохранили модель разветвленной лестницы и поддерживали тезис, что эволюция всегда тяготеет к усложнению. Для них эволюция была синонимом прогресса, совершенствования животного мира. Отказ от этой догмы стал одним из самых примечательных достижений Дарвина. Для него суть эволюции заключалась в адаптации видов к окружающей среде, что необязательно выражается в возрастании сложности.

Белый медведь эволюционировал из бурого (американского гризли), приспособившись к полярной среде. Значит ли это, что белый медведь «более развит», чем бурый? Белый медведь немного крупнее, лучше плавает и более ловок, что позволяет ему ловить тюленей. Бурый медведь всеяден, то есть более разнообразен в рационе, и лучше ловит лосося. Два вида эволюционировали параллельно, и даже бурый медведь сегодня уже не совсем таков, каким был их общий предок. Сходным образом, является ли обыкновенная стенная ящерица более «эволюционно продвинутой», чем тираннозавр, на основании того, что она эволюционировала дольше почти на 66 миллионов лет? На самом деле адаптация к условиям среды не предполагает никакого «прогресса», а только лучшее выживание и более эффективное размножение в зависимости от изменений условий среды.

«После зрелого размышления я не могу избавиться от убеждения, что у природы нет никакого стремления к прогрессу».

Чарльз Дарвин, 1873

Несмотря на всё это, иногда появляются такие инновации – анатомического или физиологического свойства, – которые открывают новое направление эволюции. Так, яйцо первых рептилий позволило им выйти из водной среды. Но их предкам-амфибиям, при том что они приобрели сухопутные привычки, приходилось возвращаться откладывать яйца в водную среду, в среду своего происхождения. И только 310 миллионов лет назад первые яйца, защищенные скорлупой, позволили некоторым четвероногим обрести независимость от водной среды и открыли перед ними бескрайние просторы.

Но отождествление эволюции с прогрессом наталкивается на еще более серьезное препятствие. Некоторые виды в ходе эволюции, кажется, напротив, регрессируют, сводятся к более простым формам. Так происходит у многих паразитов, у которых взрослая особь, лишенная органов чувств, пищеварительного тракта и нервных центров, остается всего лишь вместилищем половых клеток. Когда эволюция приводит к появлению ящериц без лап, птиц без крыльев и слепых рыб, является ли это прогрессом? Да, это не улучшение, а деградация, но просто таково удивительное приспособление к особому образу жизни.

Социал-дарвинизм

Первый французский перевод книги Дарвина вышел в 1862 году под названием De l’origine des espèces ou des lois du progrès chez les êtres organizes[12]. Переводчица Клеманс Руайе увидела в этой книге «мощное оружие в руках партии либералов и прогрессистов» против мракобесия духовенства. Длинное предисловие она завершает настоящим криком души: «я верю в прогресс». Но ее понимание «прогресса» сводится к отказу от эгалитарной католической и социалистической морали, которая, по ее словам, подчиняет «существа, одаренные разумом и телом, существам порочным и тщедушным». По ее мнению, естественный отбор должен быть применим и к человеческому обществу. Она становится, таким образом, провозвестником социал-дарвинизма и жесткой евгенистической программы.

«Человек происходит от шерстяного млекопитающего, лишенного хвоста, и с заостренными ушами, который, вероятно, обитал на деревьях в древнем мире».

Чарльз Дарвин, 1871

Получив гранки этого перевода, Дарвин был удивлен и слегка раздосадован вольностями, которые позволяла себе Клеманс Руайе в изложении его собственных идей. Во втором издании она изменила название и убрала из него отсылку к евгенике. В 1869 год для пятого, дополненного и расширенного издания, Дарвин попросил Жан-Жака Мулинье сделать новый перевод. Первая переводчица не только сдвигала его текст в сторону ламаркизма, но и применяла идею естественного отбора к человеческим обществам, что соответствовало ее желаниям, но далеко отстояло от идей Дарвина.

Дедушка Чарльза, Эразмус Дарвин был врачом, а также натуралистом и поэтом и проявлял эти разнообразные грани своей личности в трудах, где излагал эволюционистские идеи. Этот франкмасон с либеральными настроениями поддержал как американскую, так и французскую революцию. Его лучший друг Джозайя Веджвуд управлял фабрикой по изготовлению фарфоровых и керамических изделий. Будущий дедушка Чарльза (и одновременно дедушка его жены) по материнской линии был аболиционистом. Он специально изготовил и распространял изображение на медали, где проповедовалась отмена рабства. Мать умерла, когда Чарльзу едва исполнилось восемь лет, но обе семьи оставались очень близки. Он рос в закрытой среде «просвещенной» и нон-конформистской части английской промышленной буржуазии.

Дарвину лично не пришлось столкнуться со всеми трудностями английского общества XIX века. Быстрое развитие текстильной и угледобывающей промышленности базировалось на нищенских зарплатах и эксплуатации детей, начиная с восьми лет. Богатство викторианской Англии зарождалось в колониях, где на смену отмененному рабству пришел властный и надменный капитализм. За время путешествия на борту «Бигля» Дарвин столкнулся с жесткой формой рабовладения в Бразилии, и его аболиционистские взгляды привели к жестоким спорам с капитаном Фицроем. Но Дарвин не отказался полностью от предрассудков своего социального класса и оставался убежденным сторонником превосходства английской цивилизации. За долгие месяцы в Патагонии он пришел в ужас от образа жизни индейцев Огненной Земли. После возвращения он благодаря фамильному состоянию мог вести комфортную жизнь и целиком посвящать время исследованиям. Его политические взгляды на протяжении всей жизни оставались далекими от социал-дарвинизма, каковой ему часто приписывают. Этому недопониманию способствовали и некоторые из его сторонников. Близкий друг Дарвина, Томас Гексли, продолжал его линию, когда в труде 1888 года «Борьба за существование и ее значение для человека» утверждал, что естественный отбор не может служить основанием для морали. Но философ и социолог Герберт Спенсер воспользовался идеями Дарвина для подкрепления собственных убеждений. По его мнению, принципы естественного отбора должны во всей строгости применяться к человеку. Государству ни в коем случае не следует вмешиваться, чтобы компенсировать возможные неприятные последствия такого отбора, потому что конкуренция только улучшает общество в целом.

«Мы не могли бы ограничить наш альтруизм, даже в царстве холодного разума, без ущемления самой благородной части нашей природы».

Чарльз Дарвин, 1871

К сожалению, именно этот псевдодарвинизм, одновременно и урезанный – сведенный лишь к борьбе за существование, и безосновательно расширенный на человеческое сообщество, широко распространился в политических кругах, где стал опорой для ультралиберальных идей. В реальности это ошибочное понимание идей Дарвина способствовало росту популярности дарвинизма среди буржуазии Великобритании, а затем и в других европейских странах. Альфонс Доде использовал неологизм «struggle for lifer» в своем романе «Бессмертный» 1888 года. Этот термин даже нашел отражение в словаре с таким определением: «тот, кто на практике воплощает экстремальные теории struggle for life, то есть уничтожения слабых во имя сильных». Как далеко это от предупреждений Дарвина, который предостерегал читателей от злоупотребления его гипотезами.

Дарвин специально объяснял, как у наших далеких предков естественный отбор, несомненно, поощрял альтруистическое поведение, когда оно повышало уровень безопасности группы перед лицом многочисленных угроз, с которыми эти предки сталкивались. По его мнению, естественный отбор способствовал развитию в нашем виде «социальных инстинктов, ставших основной морального разума», несмотря на то что «вмешивались другие, более значимые влияния там, где речь идет о самой возвышенной части человеческой природы».

Евгеника

Социал-дарвинизм привел к распространению евгенических идей. Речь шла уже не просто о том, что принцип естественного отбора имел отношение и к человеческому обществу. Возникло стремление подкрепить теорию действием, уничтожить «негативные элементы». Фрэнсис Гальтон, кузен Дарвина и один из первых активных сторонников евгеники, вел скорее речь о социальных классах, но его идеи были подхвачены самыми разными людей с явной целью «улучшить человечество как вид», что было не новым проектом как для Англии, так и для Франции.

Уже с XVIII века многочисленные врачи выступали за определенное вмешательство в выбор супругов и в процесс зачатия, чтобы сохранить и улучшить здоровье населения. За этими медиками еще можно признать некоторый, немного наивный, но благородный порыв, но евгеника очень быстро приобрела значительно более жестокий окрас, достигнув своей кульминации в нацистских законах 1930-х годов. И уж совершенно несправедливо приписывать вину за эти последствия Дарвину, как это делает исламский антиэволюционистский проповедник Харун Яхья на своем сайте: «В итоге Дарвин – отец расизма. Его теория была воспринята и развернута “официальными” основателями расизма, в частности Артюром Гобино». На самом деле в своем труде «Опыт о неравенстве человеческих рас», изданном в 1853 году, Гобино притворно опирается на идею отбора, «которая стала такой знаменитой в руках Дарвина», и открыто насмехается над эволюционистскими идеями: «Я не вижу ничего невероятного в том, что якобинцы и их товарищи произошли от обезьян. Они этого требуют. Это глас крови».

А для Дарвина альтруизм, напротив, одна из основ нашей природы: «Помощь несчастным, к которой нас, кажется, что-то подталкивает, – это побочный эффект нашего инстинкта альтруизма, приобретенного изначально как один из социальных инстинктов, а впоследствии ставшего (…) более чувствительным и всеобщим. Мы не могли бы ограничить наш альтруизм даже в царстве холодного разума без ущемления самой благородной части нашей природы… Мы должны поддерживать неоспоримо дурные последствия, которые проистекают из сохранения и размножения самых слабых».

Глава 6. Дарвинизм? Это неприлично!

Продолжая держаться в научных рамках, Дарвин часто сталкивался с философскими и религиозными аргументами своих противников. И почти два века спустя его оппоненты столь же яростны (и мало научны) в отрицании дарвинизма.

В течение последних тридцати лет все опросы общественного мнения показывают, что около половины американцев отрицают идею происхождения человека от животных. Во многих странах теория эволюции преподается в школах и принята большинством, но она по-прежнему вызывает бурные протесты, прежде всего по религиозным причинам, и аргументы ее противников почти не изменились со времен публикации «Происхождения видов».

Библейские рамки

Начиная с эпохи Возрождения натуралисты стали по-новому смотреть на природу, опираясь на тексты античных авторов, но не удовлетворяясь ими. Однако не могло быть и речи о выходе за жесткие рамки, установленные Библией и прежде всего Книгой Бытия, первой книгой Ветхого Завета. В ней упомянуты два главных события: создание Вселенной и живых существ за шесть дней, а также случившийся позднее Великий Потоп, во время которого все континенты были покрыты водой в течение сорока дней. Теологи датировали эти события, опираясь на библейскую генеалогию. Так, по расчетам архиепископа Джеймса Ашшера (1581–1636), Господь создал Землю в 4004 году до Рождества Христова, в ночь накануне 23 октября! Соответственно, ископаемые останки животных интерпретировались как жертвы потопа. Это позволяло объяснить наличие раковин морских животных на вершинах самых высоких гор. Все, кто преступал рамки религиозных догматов, рисковали жизнью, как это случилось с Джордано Бруно, казненным зарассуждения о месте Земли во Вселенной, или с Джулио Чезаре Ванини, пострадавшим за идеи о происхождении человека.

В конце XVIII века многие натуралисты уже не удовлетворялись этими тесными рамками. Ряд шокирующих фактов требовал естественно-научных, а не религиозных объяснений. Почему у некоторых животных такое же строение, как у человека? Что стало с видами, соответствующими ископаемым находкам, не имеющим современных представителей? Не является ли возраст Земли значительно более древним, как можно судить по эрозии гор или по слоям осадочных пород огромной толщины? На основе экспериментов по охлаждению металлической сферы Бюффон оценил возраст Земли более чем в 10 миллионов лет, но уменьшил этот результат до 74 тысяч, чтобы избежать проблем с Церковью.

В английском обществе начала XIX века обвинения в богохульстве и ереси уже не вели на костер, но историю Земли по-прежнему следовало изучать по Библии, тем более что англикане воспринимали священные тексты буквально, в отличие от католиков, которые допускали символические трактовки. Идею эволюции уже можно было обсуждать, но она по-прежнему оставалась скандальной для значительной части общества, особенно в части, касавшейся нашего вида. Дарвин долго колебался перед изданием «Происхождения видов» отчасти именно потому, что хотел быть уверенным, что обладает достаточным количеством аргументом для отстаивания своих тезисов, а отчасти – потому, что знал, какое интеллектуальное потрясение, далеко выходящее за пределы научных кругов, вызовет этот труд.

Именно так и произошло. Но самой скандальной из всех изложенных в книге оказалась не идея эволюции. Для оппонентов принятие тезиса о естественном отборе означало расставание с мыслью о том, что природа могла развиваться по плану, согласно проекту. А вслед за этим пришлось бы смириться, что природа лишена руля, а возможно, и самого капитана!

Недопонимание случайности

Нам нравится, когда все события имеют смысл, и мы ненавидим случайности. Безусловно, это с давних времен одна из причин успеха астрологии! И безусловно, одна из причин, по которой идея вмешательства случая в процесс эволюции так плохо воспринимается.

Во многом отказ от идеи конечности истории жизни означает, что всё происходит случайно. Было бы абсурдным приписывать только случаю появление видов и современное биоразнообразие. Но естественный отбор и не предполагает такого допущения. Случайности эволюции не складываются в _один_случай. Это сочетание разных произвольных элементов и довольно точных ограничений.

Сначала необходимо рассмотреть случайность мутаций, не обусловленных ни окружающей средой, ни «волей» особи, которая пыталась к этой среде приспособиться. Когда мы говорим о «случайных» мутациях, то мы имеем в виду, что не знаем, где именно в ДНК они произойдут и какой эффект произведут. Случайность также действует внутри популяции, когда, например, какие-то гены умирают вместе со своим носителем по причинам, не имеющим отношения к естественному отбору, например в результате природной катастрофы.

Однако на особи накладывает ограничения окружающая среда, причем с заданным заранее направлением: они должны переносить холод (или жару), бороться с хищниками и паразитами, находить партнера и размножаться. Эти ограничения настолько весомы, что животные с очень разной эволюционной историей могут приходить к схожим формам, как, например, дельфины и акулы. Первые – млекопитающие, вторые – хрящевые рыбы. Это явление называется конвергенция, оно показывает, что случайность эволюции может быть строго определена адаптацией к конкретной среде.

Но иногда эволюция развивается непредвиденным образом: крупные травоядные млекопитающие обычно четвероногие бегуны, как олень или антилопа, но в Австралии они двуногие и прыгают (кенгуру). В этом случае эволюция пришла к двум различным формам, возможно, в связи с изначальным строением видов, оказавшихся изолированными на австралийском континенте, а может быть, по совершенно иным причинам. Поскольку цепь событий, которая привела к появлению кенгуру, довольно сложна (и в целом неизвестна), то можно говорить о случае!

Наконец, некоторые события сыграли исключительно важную роль в процессе эволюции, но никто не мог это событие предвидеть. Если бы астероид не уничтожил динозавров, произошла бы такая диверсификация млекопитающих, какую мы наблюдаем? Появилась бы среди приматов группа человекообразных, из которой произошел человек? Возможно, падение астероида, случившееся 66 миллионов лет назад, стало ключевым фактором в возникновении нашего вида! Вся история жизни на Земле пронизана единичными событиями, спутавшими все карты эволюции, но мы с трудом признаём, что обязаны им своим существованием.

Природная теология

В XVIII веке усилиями мореплавателей, покоривших далекие земли, и ученых, скрупулезно наблюдавших за жизнью животных и растений, удалось составить более или менее цельную картину мира живой природы. Для натуралистов, как и для философов, каждое живое существо в масштабной системе природы было создано с определенными целями. Все чудеса и их необычное сочетание считались, как и прежде, доказательством существования Бога. Эта «природная теология» наделяла человека привилегированным положением, как это подчеркивается в словах французского натуралиста Бернардена де Сен-Пьера (1737–1814): «Корова выделяется примечательным образом из общих законов природы, которая дала всем видам число сосков у матери по количеству детенышей. А у коровы четыре соска, хотя она рождает всего одного теленка и очень редко двоих. И два лишних соска предназначены для того, чтобы кормить человеческий род. У свиньи сосков двенадцать, а кормит она до пятнадцати малышей. Здесь пропорция кажется дефектной. Но если у первой больше сосков, чем необходимо, а у второй – недостаточно, то это потому, что корова должна дать изобилие молока человеку, а свинья – своим детенышам».

Карикатура на Дарвина в журнале Punch, 1875

Дарвин с юмором относился к аргументации подобного типа: «Если прекрасные предметы были созданы только для удовольствия человека, то придется доказать, что на Земле существовало меньше красоты до появления человека». И подобные наблюдения заставляли его сомневаться в божественном вмешательстве: «Я не могу убедить себя, что доброжелательный и всемогущий господь создал своим замыслом ихневмонов[13] с четким намерением, чтобы они искали себе пропитание в живых телах гусениц, или придумал, чтобы кошка играла с мышкой».

Но всё его внимание привлекли другие соображения, связанные со сложностью организации жизни. Преподобный Уильям Пейли (1743–1805) в труде «Природная теология», опубликованном в 1802 году, приводит пример часов, найденных на пляже. По его словам, если ничего не знать о происхождении этого предмета, изощренность его деталей и механизма функционирования должны были сами собой доказывать существование Великого Часовщика, который задумал и создал их с четко определенной функцией – показывать время. Животное, организм которого еще сложнее, тоже должно было быть задумано и сделано высшим существо, чтобы выполнять в природе определенную функцию.

Дарвин ухватился за глаз, орган, который Пейли справедливо приводит в пример: «В высшей степени абсурдным, откровенно говоря, может показаться предположение, что путем естественного отбора мог образоваться глаз со всеми его неподражаемыми изобретениями для регуляции фокусного расстояния, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию. Но когда в первый раз была высказана мысль, что Солнце стоит, а Земля вертится вокруг него, здравый человеческий смысл тоже объявил ее ложной; однако каждый философ знает, что старое изречение Vox populi – vox Dei (глас народа – глас Божий) не может пользоваться доверием в науке. Разум мне говорит: если можно показать существование многочисленных градаций от простого и несовершенного глаза к глазу сложному и совершенному, причем каждая ступень полезна для ее обладателя, а это не подлежит сомнению; если, далее, глаз когда-либо варьировал и вариации наследовались, а это также несомненно; если, наконец, подобные вариации могли оказаться полезными животному при переменах в условиях его жизни – в таком случае затруднение, возникающее при мысли об образовании сложного и совершенного глаза путем естественного отбора, хотя и непреодолимое для нашего воображения, не может быть признано опровергающим всю теорию».

По мнению Дарвина, глаз не появился случайно и сразу идеально сконструированным. Он предполагает, что глаз формировался медленно, накапливая крохотные модификации, каждая из которых давала небольшое преимущество. Он предлагает найти все промежуточные формы у существующих видов. Ведь эти виды действительно есть! Мы можем наблюдать всё возрастающую сложность, от фоточувствительного пятна у некоторых бактерий к примитивному глазу моллюсков Сен-Жак или медузы и до сложного органа у осьминога или млекопитающего.

К тому же, вопреки утверждениям Пейли, человеческий глаз не является совершенным органом. Дарвин подчеркивает, цитируя физика Германа фон Гельмгольца: «если бы оптик попробовал продать мне инструмент с таким количеством недостатков, я чувствовал бы себя вправе отправить ему этот инструмент обратно». Несовершенство глаза и есть доказательство того, что он не был задуман и изготовлен сразу со всеми своими деталями, а напротив, конструировался постепенно, со всеми наличествующими историческими ограничениями, формами, наследуемыми из прошлого, которое ограничивает улучшения пределами возможного, а не желаемого. Сегодня история развития глаза известна значительно лучше, и нам удалось смоделировать все мутации, сопровождавшие его эволюцию.

Креационизм и «разумный замысел»

В некоторых странах идеи креационистов весьма устойчивы. В США программа республиканской партии в явном виде ссылается на креационизм и отвергает теорию эволюции! Преподавание истории жизни на Земле постоянно оказывается под угрозой из-за нападок фундаменталистов, которые хотят, чтобы детям параллельно с тезисами эволюционистов преподавали «библейскую теорию». Для удовлетворения своих требований креационисты инициировали множество судебных дел и еще недавно предлагали проекты законов, сформулированных в таком ключе. Эти судебные процессы обычно имели широкий национальный резонанс, но всегда приводили к одному и тому же результату – отклонению требований фундаменталистов. Для гарантии полной свободы вероисповедания американская конституция запрещает всякое религиозное преподавание. Судьи систематически устанавливают, что речь идет только о вере, но не о науке[14].

Вопрос остается чрезвычайно болезненным, креационистов поддерживают организации, располагающие значительными финансовыми ресурсами. Так, в Кентукки и в Техасе созданы «музеи творения», которые каждый год посещают сотни тысяч человек. Там они «узнают», что Земле 6 тысяч лет, человек некогда жил рядом с динозаврами, пока этих последних не смыло потопом или не уничтожили охотники. Тема динозавров очень популярна в Соединенных Штатах, поэтому ее было необходимо интегрировать в библейское повествование!

Во Франции или Японии ситуация совершенно иная. Здесь около 80 % населения уверены в животном происхождении человека. В Европе протестанты в большинстве своем признают, что текст Библии не следует рассматривать как буквальное изложение истории Земли, а католики уже давно отказались от такого подхода. В 1996 году папа Иоанн Павел II заявил на заседании Папской академии наук: «Новые знания ведут к признанию того, что теория эволюции – уже не просто гипотеза. Поистине примечательно, что эта теория постепенно завладела умами исследователей, вследствие серии открытий, сделанных в разных областях знания. Ничем не спровоцированное и не задуманное совпадение результатов работ, проведенных независимо друг от друга, представляется значительным аргументом в пользу этой теории».

Креационизм поддерживают и другие религиозные фундаменталисты, прежде всего мусульманские. Преподавание эволюции запрещено в Саудовской Аравии, но и в других странах доминирует «соглашательская» позиция, которая пытается примирить науку и религию. Так, в Пакистане эволюция длительностью сотни миллионов лет признана в отношении животных, но человек заявляется как отдельная сущность, созданная Богом, в ее современном виде, в соответствии с религиозными текстами. Дарвинизм часто изображается как средство пропаганды атеистического материализма и обвиняется в том, что дал начало евгенике и расизму в западных обществах. Креационисты, как мусульманские, так и евангелические, широко представлены в интернете, эволюция остается острой темой, затрагивающей одновременно и верования относительно природы человека, и преподавание наук, которые в принципе служат упражнением в критическом и рациональном мышлении.

«В науке “факт” может означать только “подтвержденное в некоторой степени утверждение, временно отказываться подписываться под которым неразумно”. Возможно, яблоки когда-то сумеют начать подниматься по деревьям, но эта возможность не заслуживает того, чтобы на нее тратили время на уроках физики».

Стивен Гоулд, 1994

Во Франции антидарвинистские тезисы часто приводятся учениками средней и высшей школы как аргумент для отказа от любого упоминания теории эволюции, потому что она противоречит их религии, запрещающей им даже слышать о таком! Воинствующий креационизм используется как политико-религиозный инструмент. Он пропитан конспирологическими представлениями, будто журналисты и ученые изобретают ископаемые останки животных с целью поддержать теорию эволюции! Разумеется, последняя для них является всего лишь «одной из теорий», которой можно законно противопоставить любую другую идею – личную или религиозную. Чтобы выйти из противостояния суждений, возможно, полезно обратиться к курсу философии, выводя споры к другим вопросам. Как мы познаём вещи? Откуда происходят наши знания? Как различить веру и знание?

Что такое научная теория?

Слово «теория» обладает разным смыслом в повседневной жизни и в лаборатории, и эта двойственность часто используется антиэволюционистами. В обычной жизни когда мы говорим о «теориях», то речь идет просто о нашем мнении: «У меня есть теория относительно инфляции, инопланетян и кошек…». Эти мнения могут быть подкреплены какими-то фактами, а могут и не опираться ни на что.

Для ученого идеи, изложенные подобным образом, – не теории, а предположения или даже гипотезы, если их можно проверить методом наблюдения или эксперимента. В научном смысле «теория» – значительно больше, чем гипотеза.

Это организованный, последовательный комплекс предположений, которые позволяют понять какой-то фрагмент реальности. Так, теория тектонических плит объясняет, помимо прочего, форму континентов, возраст пород, составляющих дно мирового океана, и распределение вулканов по поверхности планеты. Теория собирает воедино в общей непротиворечивой системе наблюдения, эксперименты, доказанные предположения, гипотезы, требующие подтверждения. Она включает также программу исследований по спорным вопросам с экспериментами, способными подвергнуть пересмотру какие-то суждения или даже полностью перевернуть ранее изложенные тезисы. Именно так теория относительности Эйнштейна сдала в утиль теорию всемирного тяготения Ньютона в сфере астрофизики, оставив за ней лишь ту часть реальности, где ньютоновская теория остается применимой. Кстати, никому не приходит в голову сказать: «Ну, теория всемирного тяготения – это всего лишь теория…».

Большинство текстов креационистов базируются на верованиях, то есть на внутренних, непроверяемых убеждениях. А научные знания – это не просто высказанные мнения. Каждая гипотеза должна быть проверена экспериментами, которые ее подтвердят или, наоборот, опровергнут. Использованные методы должны быть воспроизводимы другой командой исследователей.

Теория эволюции – это не просто «гипотеза», потому что она задает концептуальные границы, рациональные и объединяющие, для многих научных дисциплин: палеонтологии, зоологии, ботаники, генетики, эмбриологии, молекулярной биологии и т. д.

В демократических обществах, где возможны дискуссии, строгий креационизм сталкивается с мощными возражениями. Он покоится на полном незнании трудов, изданных за последние два века по всем научным дисциплинам, и на очевидном игнорировании методов научного мышления. Он постоянно сталкивается с новыми открытиями, касающимися возраста ископаемых останков или молекулярных механизмов, действующих в клетке. Слепой и глухой ко всем рациональным аргументам, креационизм предполагает такое же мощное отрицание реальности, как и признание Земли плоской! Но у креационизма есть и внутренняя оппозиция, поскольку многие верующие с трудом готовы признать, что Господь произвольно разбросал по всему миру доказательства эволюции. Признавая реальность достижений науки, такие верующие непротиворечиво готовы представить мир, изначально созданный Богом, но впоследствии прошедший долгий эволюционный путь, в результате которого появились все существующие сегодня живые существа, в том числе и человек. Такова позиция католической церкви и многочисленных верующих ученых.

Однако это служит отправной точкой для крайне разнообразных интерпретаций. Одни помещают божественное вмешательство в самое начало истории, например в момент создания Вселенной, и ограничиваются научными знаниями в отношении последующих событий. Другие не разделяют так четко две сферы и поддерживают тезис о божественном управлении эволюцией, происходящем на всем ее протяжении. В США, где эта концепция разрабатывается с 1980-х годов, она получила название Intelligent Design – «разумный замысел». Ее сторонники намеренно исключили всякие отсылки к Богу в названии концепции, претендуя на то, что их идеи можно преподавать как научную теорию в том же ряду, что и теорию эволюции. И действительно сторонники «разумного замысла» используют все внешние атрибуты науки: проводят конференции, издают специальные журналы и часто стремятся к дискуссиям с учеными.

Одно из главных и наиболее разработанных положений этой концепции называется «неупрощаемая сложность живого организма», которое ранее использовал еще Уильям Пейли. Поскольку пример глаза утратил убедительность, теперь используются другие органы – от пищеварительной системы жука-бомбардира до вращающихся молекул бактерий. Идея по-прежнему состоит в том, что эти системы слишком сложны, чтобы быть созданными чередой мутаций и естественного отбора. Но в каждом случае биологи смогли доказать живучесть функциональность промежуточных форм и их существование в природе.

Если говорить фундаментально, несмотря на все амбиции, проект Intelligent Design остается вне научного поля, поскольку его сторонники сосредоточены на одной ясной цели – доказать, что Бог направляет эволюцию. А наука в принципе не может предлагать объяснения, базирующиеся на нематериальных явлениях. Совершенно очевидно, что невозможно доказать участие Бога в эволюции, равно как и его неучастие в ней. В любом случае, наука не определяет заранее, что именно она хочет доказать. По этим причинам американские судьи, от которых в 2005 году требовали признать право на преподавание концепции «разумного замысла», ясно заключили, что речь идет о религиозных суждениях, а не о научной теории.

Глава 7. Дарвинизм, завтрашний день

Является ли на сегодня дарвинизм устаревшей теорией, отжившей, ветхой моделью? Вести из лабораторий опровергают это. Некоторые идеи, выдвинутые Дар-вином, сохранили способность прокладывать новые исследовательские пути.

Следует ли сегодня полностью переосмыслить теорию эволюции? Можно ли говорить о дарвинизме с учетом всех тех дополнений, которые получила теория с момента своего зарождения? Таким вопросом задался в 2014 году авторитетный журнал Nature. Ответ оказался непростым, и среди ученых не было единодушия. По мнению одних, в частности философа науки Жана Гейона, «два фундаментальных принципа дарвинизма – наследование с модификациями и отбор – одновременно и стали использоваться значительно шире, и были пересмотрены в своих основаниях», но речь по-прежнему идет о дарвинизме. Другие же, напротив, говорили о «широком синтезе», сосредоточенном на феноменах развития.

Вполне живая теория

Слово «дарвинизм» предложил использовать Томас Гексли в 1860 году, сразу после выхода книги «Происхождение видов». В то время оно означало скорее приверженность идеям эволюции, поскольку о «теории эволюции» речь в то время еще не шла. В XX веке предпочитали понятие «неодарвинизм», связанное с генетикой и естественным отбором (см. главу 3). Некоторые идеи Дарвина, например гипотеза наследственности приобретенных признаков, принадлежащая Ламарку, но признававшаяся и англичанином, были отвергнуты. Также полностью оказалась забыта идея «пангенезиса» – гипотеза о формировании половых клеток, призванная объяснить феномен наследственности.

Но теория эволюции остается актуальной, потому что служит исследовательской базой для подавляющего большинства ученых, работающих в области биологии. Для кого-то она остается просто фоном, не оказывая прямого влияния на эксперименты, но многие исследователи занимаются именно вопросами эволюции. Разумеется, методы заметно изменились с XIX века. Молекулярная биология сыграла заметную роль в разрушении нескольких университетских дисциплин, в частности сравнительной анатомии и систематики, по крайней мере в вопросе классификации видов.

«Дарвиновская революция завершится тогда, когда мы отбросим наше высокомерие (…) и признаем, что Homo sapiens – это всего лишь крохотная ветвь, появившаяся пару дней назад на цветущем древе жизни».

Стивен Джей Гоулд, 1996

Наблюдение за эволюцией в действии на примере животных по-прежнему играет важную роль для науки. Естественный отбор был главной темой исследования галапагосских вьюрков, продолжавшегося несколько десятилетий (см. главу 4), а половой отбор – предметом изучения популяции благородных оленей, обитающих на удаленном острове Рам в Шотландии. Эксперименты позволили проверить некоторые гипотезы, связанные со скоростью эволюции. На несколько островков во Флориде была завезена ящерица из рода анолисов, где она столкнулась с уже существующим местным близким видом. Этот вид изменил свое поведение, переместившись на более высокие ветки, недоступные вновь прибывшим конкурентам. Менее чем за двадцать поколений у этого вида пальцы стали заметно шире, адаптировавшись к перемещению по более тонким веткам. Другие ящерицы, из рода стенных (Podarcis), были завезены в 1971 году на один из островов в Адриатическом море. В 2004 году их потомки, ставшие заметно крупнее и медленнее, частично превратились в вегетарианцев с анатомическими изменениями в системе кишечника.

Беззащитные слоны

В Африке сегодня все чаще встречаются слоны, лишившиеся основного средства обороны. Это изменение связывают с браконьерами, главная цель которых – добыча слоновой кости из бивней. В газетах встречаются такие заголовки: «Слоны теряют бивни, чтобы не пасть жертвой браконьеров» или «Африканские слоны, возможно генетически мутировали, чтобы рождаться без бивней, предполагают ученые!». Но ученые этого никогда не говорили. Такие формулировки предполагают, будто слоны заинтересованы остаться без бивней и могла произойти мутация для защиты от браконьеров. Такое «телеологическое», типично ламарковское объяснение кажется очевидным, однако оно ошибочно.

В действительности речь идет об отборе (не вполне естественном, в данном случае). Мутация, вызывающая отсутствие бивней, существовала уже довольно давно, но слоны-мутанты проигрывали в повседневной жизни, поэтому такая мутация распространялась крайне мало. Сегодня браконьеры не трогают этих слонов-мутантов. И пока обладатели бивней погибают и реже оставляют потомство, мутанты выживают и размножаются, передавая мутацию детенышам. Доля слонов без бивней возрастает довольно быстро. В ближайшие десятилетия африканские слоны, возможно, выживут исключительно ценой потери бивней.

Полевые эксперименты систематически дополняются анализом ДНК, позволяющим оценить эволюцию отдельных особей на генетическом уровне. Исследователи прибегают к математическим моделям структуры популяции, используя принципы теории игр для анализа поведенческих стратегий животных. Поведенческая биология включила теорию эволюции в свой анализ динамики экосистем.

Похожие процессы коснулись и эмбриологии, которая долгое время развивалась вне пределов теории эволюции. Одна из ветвей этой дисциплины, «эволюционная биология развития», получила изящное название «эво-дево»[15]. Значение развития в эволюции видов было продемонстрировано на многочисленных примерах заметных модификаций органов под воздействием изменений в хронологии экспрессии генов (см. пример с вьюрками, в главе 4). Сегодня «эво-дево» стала весьма активной отраслью наук об эволюции.

Эпигенетика, возвращение к ламаркизму?

Все клетки одного растения или животного (включая, разумеется, и человека) идентичны с точки зрения генетики. Однако каждый организм состоит из комплекса совершенно разных клеток: мышечных, нервных, энтероцитов, яйцеклеток или сперматозоидов и т. д. «Генетической программы», для которой, как предполагалось, возникла ДНК, недостаточно для определения судьбы клетки (см. главу 4).

Дифференциация клеток связана с их окружением, а также с использованием генов, свойственных этой клеточной линии или особи. Каждый тип клетки отправляет часть генов отдыхать, пока другие гены экспрессируются. Именно поэтому один и тот же геном производит клетки, различающиеся формой и назначением.

Один из методов, используемых клеткой, состоит в присоединении к генам для их ингибирования или активации одной молекулы в качестве своеобразного сигнального флажка. В зависимости от сути этого флажка ученые говорят о метилировании или ацетилировании ДНК. Обычно метилирование приводит к деактивации гена, но итог такой маркировки значительно различается в зависимости от типа затронутого органа, природы генов или количества проставленных флажков!

Самые разные события способны провоцировать появление или снятие такой метки. Они могут быть связаны с окружающей средой, плохим питанием, стрессом и т. д. В большинстве случаев в процессе формирования половых клеток в момент оплодотворения или первых делений клеток эмбриона эти метки обнуляются. Но некоторые гены сильнее других сопротивляются перепрограммированию. Тогда их флажок сохраняется и у следующих поколений. Другими словами, приобретенный признак может быть унаследован!

Было отмечено, что мыши пережившие стресс, могут передавать потомству физиологические изменения в форме изменений на уровне экспрессии определенных генов. Подобные случаи были отмечены и у людей: когда родители приспосабливались к условиям голода, то некоторые признаки они передавали детям.

Пока мы еще плохо знаем эти наследственные явления, получившие название «эпигенетических», но, очевидно, следует добавить этот механизм к известным «классическим» способам передачи генов. Некоторые ученые увидели в этом механизме реабилитацию ламаркизма, несправедливо забытого, по их мнению. Однако речь не идет об эволюции по типу, описанному Ламарком. Во-первых, эта наследственность обратима и, кажется, сохраняется только на короткий срок. Во-вторых, унаследованный признак необязательно благоприятен для потомков. Это изменение существует как случайная мутация, которой еще только предстоит пройти сито естественного отбора.

Эпигенетические изменения, безусловно, могут повлиять на количество мутаций ДНК вследствие воздействия окружающей среды. Неблагоприятные условия уменьшат способность ДНК исправить ошибки копирования, способствуя появлению мутаций, чаще негативных, но иногда – полезных. С другой стороны, если окружающая среда и влияет на гены, то лишь увеличивая их разнообразие, а не провоцируя какую-либо прямую адаптацию к новым условиям. Мы остаемся в рамках дарвиновской схемы «мутация-отбор». Эпигенетическая наследственность ускорила отказ от строго детерминистского взгляда на геном в пользу более вероятностного, при котором значимую роль играют окружающая среда и случайные процессы.

По мнению Жан-Жака Кюпьека и некоторых других биологов, естественный отбор вмешивается даже в сердце эмбриона, влияет на клетки в процессе деления. Вместо того чтобы исполнять жестко заданную «генетическую программу», которая позволила бы эмбриону планомерно формироваться, клетки начинают экспрессировать гены случайным образом, что приводит к производству РНК и белков всех типов. Затем вмешивается процесс отбора, поощряя одни клеточные линии и уничтожая другие, пока не возникает стабильная эмбриональная структура. Новая концепция, применяющая видовые принципы к развитию единичной особи, получила название онтофилогенетики.

Наши неандертальские гены

Исследователи обращают особое внимание не только на эпигенетические механизмы, но и на другие частные формы наследственности, в том числе на горизонтальный перенос генов (см. главу 4). Не обходят они вниманием и гибридизацию, то есть совместное размножение двух видов, которое приводит к появлению промежуточной формы. Для растений это привычное явление, но у животных оно изучено слабо, поскольку, безусловно, позволяет только крайне ограниченную эволюцию.

Так, европейский бизон[16], изображение которого можно видеть на стенах пещер и который сохранился еще на востоке Европы, получился в результате скрещивания степного бизона, вида, ныне исчезнувшего, и тура, предка современных коров.

Согласно анализу ДНК, это событие произошло более 120 тысяч лет назад. Как и горизонтальный перенос генов, гибридизация не вписывается в древовидную модель эволюции, поскольку новые виды возникают из двух существующих. Это явление, не имея очень большого значения для природы, представляет интерес для человека, поскольку, по-видимому, сыграло весомую роль в формировании нашего собственного вида.

Гибридизация европейского бизона

Сегодня мы получили доступ к генам доисторических людей. Исследователям из Лейпцигского института эволюционной антропологии Общества Макса Планка удалось секвенировать фрагменты ДНК возрастом почти 400 тысяч лет. Предметом самого внимательного изучения стали гены неандертальцев. Эти доисторические люди произошли от одной из ветвей человеческой семьи, отделившейся от общего африканского ствола 500–800 тысяч лет назад. Неандертальцы покинули Африку и расселились по Европе и Центральной Азии, где эволюционировали вдали от других людей, прежде всего от Homo erectus, занявшего Африку и остальную Азию.

Черепа неандертальца (слева) и современного человека – Homo sapiens (справа)

Сравнение ДНК, извлеченной из костей неандертальцев, с нашей доказало, что в среднем доля неандертальских по происхождению генов у нас составляет 2–4%, но только у неафриканского населения. По мнению исследователей, примерно 50–100 тысяч лет назад происходило скрещивание между европейскими неандертальцами и Homo sapiens, пришедшим из Африки. И поскольку у каждого из нас сохранились разные гены неандертальцев, то в целом в генах современных людей представлено до 20 % изначального генома неандертальцев.

«Часто с уверенностью утверждалось, что происхождение человека не может быть познано, но незнание порождает уверенность заметно чаще, чем знание».

Чарльз Дарвин, 1871

Анализ двинулся дальше и показал, что одни неандертальские гены практически отсутствуют в нашем геноме, тогда как другие встречаются достаточно часто. Можно предположить, что естественный отбор сохранял полезные гены, а остальные уничтожал. Так, среди наиболее частых мы видим гены, вовлеченные в синтез кератина – белка, необходимого для кожного и волосяного покрова. Также часто встречаются гены, имеющие отношение к иммунной системе. Возможно, они помогли современному человеку сопротивляться патогенным микробам и паразитам, с которыми ему пришлось столкнуться в Европе. Однако архаические гены дают не только преимущества. Возможно, нам приходится платить за них свою цену, потому что с ними связывают некоторые болезни кожи и виды ожирения.

Напротив, крайне редко встречаются гены, экспрессируемые в тестикулах, и гены, присутствующие в Х-хромосоме, отвечающей за различение полов, поскольку у женщин их две, а у мужчин одна, идущая в паре с Y-хромосомой. Возможно, гибриды были менее плодовиты, что объяснило бы практически полное отсутствие промежуточных скелетов – полунеандертальцев-полусапиенсов. Но даже если отношения между двумя видами возникали редко и принесли мало потомства, этого оказалось достаточно для того, чтобы снабдить наших предков неандертальскими генами, эволюционировавшими за сотни тысяч лет в другом климате, где солнце печет гораздо слабее, чем в Африке.

Некоторые современные люди, прежде всего коренное население Меланезии и Австралии, обладают генами, унаследованными от других предков – денисовского человека. Речь идет о группе людей, жившей в ту же эпоху, что и неандертальцы. От них осталось всего несколько небольших костей, но мы знаем, что их ДНК отличалась и от ДНК неандертальцев, и от нашей. Высока вероятность, что определяющий ген ДНК денисовцев сохранился до наших дней у жителей Тибета, где он играет важную роль в адаптации к высокогорью.

Гены Евы

Собственное происхождение нас, безусловно, крайне занимает, но предметом многочисленных исследований стала и другая тема – происхождение первых клеток эукариот, то есть сложных клеток растений и животных, ДНК которых содержится во внутреннем ядре.

Когда мир был населен еще только микроорганизмами-прокариотами, похожими на современные бактерии, некоторые из них вступили в крайне специфический тип симбиоза: одни микроорганизмы разместились внутри других. Наши собственные клетки содержат митохондрии – маленькие структуры в форме колбасок длиной в одну тысячную миллиметра, которые играют определяющую роль в производстве клеточной энергии. Митохондрии содержат небольшое количество ДНК, и их гены похожи на гены бактерий. Сегодня кажется установленным, что клетки животных и растений происходят от симбиоза изначально различных клеток бактерий и архей.

В изучении эволюции митохондрии представляют дополнительный интерес. В яйцеклетках содержатся такие митохондрии, гены которых передаются только от матери к дочери, тогда как сперматозоид почти всегда теряет собственные митохондрии в процессе оплодотворения. Это особая форма наследственности, затрагивающая только женщин. По всей видимости, все митохондриальные ДНК человеческой популяции происходят от одного общего предка, жившего примерно 150 тысяч лет назад. Этот предок получил имя «митохондриальная Ева». Это совсем не означает, что она была предком всех современных людей: генеалогия генов не повторяет в точности генеалогию особей!

Следы нашей эволюции

Биологи извлекли пользу из технического прогресса не только для изучения необычных форм наследственности, но и для секвенирования геномов тысяч людей, чтобы сравнить их: ген с геном, нуклеотид с нуклеотидом. Точное определение всех мутаций ДНК позволяет вычленить и датировать в наших генах все результаты естественного отбора в таких ключевых вопросах, как сопротивляемость болезням или питание.

Наша эволюция стала результатом компромисса между новыми способностями и структурами, унаследованными от предков. Так, болезни спины, возможно, являются болезнью цивилизации, но это, очевидно, неизбежная проблема для существ, которые встали на две ноги всего несколько миллионов лет назад после 350 миллионов лет перемещения на четырех конечностях (болит ли спина у лошади или тигра?). Наше новое строение тела сопровождалось изменением тазовых костей, которым теперь предстояло выдерживать вес всех внутренних органов, но их форма должна была принимать в расчет и другие факторы. Мозг и череп Homo sapiens значительно крупнее, чем у Homo erectus. У этого увеличения было два косвенных следствия: значительно более опасные для матери роды из-за трудности прохождения головы между тазовыми костями и сокращение периода беременности, что уменьшало первую угрозу, но приводило к рождению более мелкого детеныша, что повлекло за собой риски, связанные с его недостаточным развитием. В этой сфере наша эволюция совпала с моментом появления Homo sapiens (около 150 тысяч лет назад), но она не остановилась. Биологи обнаружили следы совсем недавнего (менее 2 тысяч лет назад) отбора, связанного с величиной таза!

С уменьшением размера челюстей первые Homo sapiens пережили большое давление со стороны отбора, связанное с зубами мудрости, поскольку эти коренные зубы могли вызвать серьезные нагноения при неправильном росте. В результате отбора многие люди сегодня лишены зубов мудрости. Однако нет никаких оснований полагать, что эволюция продолжится до полного их исчезновения, поскольку мастерство дантистов заметно сократило риски, связанные с этими зубами. Отбор сыграл важную роль и в нашем телосложении. У популяций, обитающих в теплых, влажных лесах, рост уменьшился, а у тех, кто живет в северных широтах – регионах, сложных для жизни и относительно бедных питанием, – напротив, увеличился. И в обратную сторону: в последние десятилетия повсеместно наметилось повышение среднего роста человечества, что связано с улучшением питания и изменениями в окружающей среде. Хотя, казалось бы, отбор мог продолжать действовать в прежнем ключе, опираясь на увеличение доли выживших среди новорожденных.

Эволюция в значительной мере сформировала наш рацион. Уже Homo erectus 400 тысяч лет назад готовил себе пищу, задолго до появления на свет Homo sapiens! Мы эволюционировали, пользуясь преимуществами хотя бы частично обработанной пищи, которая стала более питательной и легкой для переваривания. Переход к потреблению продуктов сельского хозяйства, богатых крахмалом, произошел примерно 10 тысяч лет назад, совсем недавно по меркам общей истории эволюции. Мы изучили начало процесса адаптации к новому рациону, прежде всего рост способности переваривать крахмал. Сравнение генома современного человека с ДНК, сохранившейся в костях доисторического человека, выявило то давление, которое оказал естественный отбор на наших предков, пока они модифицировали рацион.

Так, определенные изменения претерпели гены, участвующие в метаболизме лактозы, главного молочного углевода. Эти гены принципиально важны для новорожденного, для которого молоко является единственной пищей. У взрослых особей большинства млекопитающих, которые никогда не пьют молоко, эти гены перестают экспрессироваться. Но 10 тысяч лет назад, после возникновения животноводства, молоко коров, коз и овец стало значимой составляющей рациона человека. Анализ генома показал, что в ту эпоху процесс отбора активно поддерживал деятельность генов, связанных с потреблением молока. И сегодня половина взрослого населения Земли сохраняет способность переваривать лактозу.

Новый, оседлый образ жизни наших предков привел и к другим последствиям. Выросло количество инфекционных заболеваний, связанных со скученностью, царившей в деревнях. Наш геном хранит в памяти эти события в форме модификаций генов, отвечающих за иммунную защиту. Это яркий пример влияния нашей цивилизации на гены.

К эволюционной медицине

Эволюционная медицина появилась в конце XX века, сначала в англосаксонском мире. Во Франции первого университетского диплома, посвященного медицинскому применению нашей эволюционной истории, пришлось ждать до 2016 года. Эта отрасль знаний, пока еще зачастую игнорируемая в медицинских кругах, предлагает учитывать эволюцию всего вида для комплексного понимания проблем со здоровьем человека и выбора методов лечения.

Наш вид родился и почти всю жизнь провел в режиме охотника-собирателя, когда тучные периоды сменялись голодными эпохами, отчего наш вид менялся как количественно, так и качественно. Мы охотно приписываем современные эпидемии ожирения и диабета нашему методу запасать пищу в форме жира, который поможет нам пережить периоды вынужденного недоедания. Драгоценная способность наших предков обернулась серьезным неудобством в период постоянного продуктового изобилия. Сегодня окружающая среда меняется гораздо быстрее, чем эволюционируем мы сами: ничто не подготовило нас к потреблению огромного количества сахара и тем более – к курению табака!

История нашего развития повлияла и на наше восприятие нормы в отношении продолжительности жизни. Изначально длительность жизни в природе определялась не максимально возможным сроком, а только периодом размножения особи. После истечения возраста, когда мы можем стать родителями, нет никаких причин для «программирования на выживание». То, что полезно для размножения генов, совершенно необязательно желательно для организма в целом.

Еще одной важной сферой интереса эволюционной медицины стал анализ того, как бактерии обретают устойчивость к антибиотикам. Массовое применение антибиотиков в больницах и в домашних условиях, а также в животноводстве привело к отбору устойчивых ветвей за счет более уязвимых. Проблема эта не нова: во время Второй мировой войны всего через два года появились первые признаки устойчивости бактерий к пенициллину.

Могут оказаться продуктивными и другие исследовательские направления. Согласно текущей модели возникновения опухолей, одна из клеток переживает мутацию, в результате которой оказывается сильнее своих соседок, прежде всего за счет того, что может делиться бесконечно. Популяция формирующихся клеток начинает захватывать все ресурсы среды – питательные вещества или кислород из кровеносных сосудов. Внутри этих клеток происходят новые мутации, которые позволяют им разворачивать циркуляцию крови и питательных веществ в свою пользу. Это типичный эволюционный процесс с мутациями и естественным отбором. Поэтому опухоль можно рассматривать как экосистему, в которой популяции нескольких типов клеток-мутантов находятся в конкуренции между собой за источники питания.

Если принять эту концепцию, она может повлиять на методы лечения опухолей. Эффект химиотерапии заключается в уничтожении части клеток, но оставшиеся размножаются беспрепятственно, как бактерии, которые приобрели устойчивость к антибиотикам. Врачи предлагают «адаптивную терапию», при которой они стараются только стабилизировать опухоль путем менее концентрированной и более короткой химиотерапии. Так мы не уничтожаем уязвимые клетки, их остается достаточно много, чтобы продолжать конкурировать за ресурсы с самыми устойчивыми. Опухоль не исчезает, но стабилизируется и остается восприимчивой к химиотерапии.

Параллельно развивается область эволюционной психологии, которая ставит перед собой задачу найти корни нашего поведения в адаптации предков к окружающей среде, заметно отличавшейся от современной. Одни ученые пытаются установить взаимосвязи между историей нашей эволюции и основными ментальными болезнями, которыми страдает человечество. Другие выдвигают гипотезу, что верования человека – это результат мозговой деятельности в ответ на конкретные вызовы или косвенные последствия других когнитивных адаптаций. Как и в биологии, некоторые черты функционирования нашего мозга были сформированы отбором, но большинство, возможно, – всего лишь побочный продукт реальной адаптации. Наши когнитивные способности, безусловно, выросли пропорционально увеличению численности социальных групп и значимости межличностных отношений, но ничто априори не предполагало, что наш мозг позволит нам играть в шахматы или разбираться в основах квантовой физики. Так, обучение чтению требует переориентации мозговых структур, некогда имевших другие функции. В данном случае значимость чтения у конкретного человека, вероятно, коррелирует с его способностью различать лица! Таким образом, мы сталкиваемся с формой экзаптации, как и в случае с перьями у динозавров. Только здесь причина находится в сфере культуры, а не биологии.

Расширение поля действия дарвинизма

Простота дарвиновской модели – случайные модификации с последующим отбором наиболее адаптированных из них – сделала ее эффективным инструментом во многих научных областях, от экономики и математики до робототехники. Достаточно применять эволюционные алгоритмы, принцип которых очень прост. Берем набор разных элементов, среди них выбираем наиболее подходящие для решения поставленной задачи. Затем через процесс отбора формируем новую популяцию, например модифицируя избранных случайным образом, и начинаем заново цикл проб и ошибок. Процесс элементарен, автоматичен и эффективен!

Эта идея применима и к той проблеме, которая интересовала Дарвина, хотя он и не мог в то время развить свои догадки, – проблеме происхождения жизни. В данном случае речь не идет в чистом виде о биологической эволюции, поскольку жизнь появилась только в конце этого процесса. Ученые отталкиваются от органических молекул, необходимых для жизни, но неспособных изначально к самоорганизации и воспроизводству. Одна из главных проблем состоит в том, что ДНК – это сложная молекула, для синтеза которой требуется действие других молекул, белков. Но эти белки строятся клетками благодаря информации, доставленной посредством ДНК. Классическая проблема яйца и курицы! Однако молекулы РНК (близкие к ДНК и очень активные в клетках) могли бы совершить эту операцию в каком-то промежуточном «мире РНК», существовавшем между миром химических элементов и миром живых клеток. В таком случае можно было бы говорить о применении дарвиновского отбора к пребиотическим клеткам, приводящим нас к системе, послужившей прообразом жизни. Результаты такого построения, очевидно, не принесли бы нам никакого уверенного знания о том, что на самом деле происходило 3,5–4 миллиарда лет назад, когда жизнь появилась на нашей планете, но оно дало бы нам некие представления о вероятности воспроизведения этого феномена где-то на просторах Вселенной!

Сегодня дарвинизм, пройдя стадию «синтетической теории эволюции», пришел к состоянию «суперсинтеза», в котором важную роль играют новые области исследований, такие как биология развития или эпи– и даже экстрагенетические механизмы, в частности культурная передача поведенческих норм (как у человека, разумеется, так и у многих животных). Этот «расширенный эволюционный синтез», как его называют биологи, дает нам исключительно богатую основу для развития всех отраслей биологии, а также других областей знания.

Эпилог

Галапагосский пересмешник – один из трех видов пересмешников, которых Дарвин наблюдал на Галапагосских островах, находится на грани исчезновения, потому что осталось всего несколько сотен особей. Два других вида уже исчезли, пав жертвой крыс, случайно завезенных на острова на кораблях. Эти птицы – всего лишь один из многих тысяч видов животных и растений, исчезающих каждый год. Они становятся жертвами разрушения среды обитания, распространяемых людьми ядов, охоты, рыбной ловли или изменения климата.

За 3,5 миллиарда лет эволюция привела (временно) к удивительному биоразнообразию современного мира. Ничто не позволяет нам представить, каким будет продолжение этой истории, которой предстоит развиваться еще несколько миллиардов лет, пока Солнце не исчерпает энергию и не поглотит нашу планету своим финальным взрывом. Но в ближайшей перспективе вполне вероятно, что наш вид, один из последних, появившихся на планете, вмешается самым радикальным образом в ход эволюции, уничтожив значительную часть живых существ.

Это массовое истребление видов будет, однако, уже шестым на протяжении истории Земли. Самым известным, безусловно, является то, которое 66 миллионов лет назад привело к вымиранию динозавров. Но самое драматичное произошло в конце палеозоя, 252 миллиона лет назад, когда были уничтожены около 90 % морских видов и значительная доля сухопутной фауны. После этих событий фауна и флора всегда восстанавливались и эволюционные механизмы позволяли новым видам занять место исчезнувших растений и животных. Однако те эволюционные изменения, которые мы непосредственно можем наблюдать сегодня, имеют относительно слабую амплитуду. Чтобы стать свидетелями действительно грандиозных событий, например чтобы увидеть, как сухопутные виды превращаются в морские, приспособленные к жизни в океане, нам потребовались бы миллионы или даже десятки миллионов лет. А за это время и сам вид Homo sapiens, возможно, изменится радикально.

Даже если бы наш вид, одновременно устойчивый и адаптивный, пережил ту биологическую катастрофу, которую он сам инициировал, то не факт, что он по-настоящему осознал бы те масштабы геологических эпох и те непредсказуемые пути эволюции, о которых мы знаем сегодня вследствие работ Чарльза Дарвина. Равным образом невозможно и предвидеть направления, куда пойдет эволюция любых видов, будь то бактерии, животные или даже сам человек. Наше прошлое не дает нам никаких подсказок относительно будущего.

На коротком промежутке времени мы можем достаточно легко представить себе те физиологические изменения, которые связаны с окружающей средой. В некоторых аспектах, таких как сопротивляемость инфекционным болезным, паразитам или загрязняющим веществам, продолжает действовать естественный отбор, поскольку все эти факторы могут повлиять на продолжительность жизни и способность к размножению. Но наши физические характеристики будут меняться значительно медленнее, чем раньше, прежде всего благодаря сокращению младенческой смертности. Половой отбор, возможно, будет действовать через смещения в выборе партнеров, но его действие станет варьироваться от народа к народу.

Однако в будущем на наш вид могут начать влиять совершенно иные факторы, особенно если падут существующие сегодня барьеры на пути к евгенике – искусственному улучшению человеческой породы. Вероятно, появится возможность видоизменять геном эмбриона в соответствии с пожеланиями родителей или общества. Уже одна способность узнавать заранее пол эмбриона привела к катастрофическим последствиям в Китае и Индии, где мужчин стало заметно больше, чем женщин. Нет никаких сомнений, что моделирование детей до их рождения приведет к ужасающим последствиям.

Поощряя развитие одних видов и уничтожая другие, радикально изменив большинство экосистем в результате одомашнивания животных и окультуривания растений, мы уже оставили заметный след в истории жизни на Земле. И в скором времени у нас появятся технические возможности повлиять на ход нашей собственной эволюции: во благо или во зло для планеты, мы не знаем.

Биография Дарвина

1809

12 февраля. В Шрусбери (Англия) рождается Чарльз Дарвин, сын Роберта Уоринга Дарвина, врача, и Сюзанны Веджвуд.

1817

Умирает мать Чарльза.

1826

Чарльз поступает в Университет Эдинбурга и начинает учиться на врача, но вскоре бросает учебу.

1828

Поступает в Университет Кембриджа. Изучает теологию, энтомологию, ботанику и геологию.

1831

27 декабря. Поднимается на борт «Бигля», чтобы сопровождать экспедицию капитана Фицроя в качестве натуралиста.

1836

4 октября «Бигль» возвращается в Плимут. Чарльз Дарвин начинает редактировать свои наблюдения и делает дневниковые записи своих личных трудов.

1839

Чарльз женится на своей кузине, Эмме Веджвуд. Публикация «Путешествия натуралиста вокруг света на корабле «Бигль».

1842

Семейная пара поселяется в Дауне, около Лондона. По причине хрупкого здоровья Дарвин почти не выходит из дома. Он переписывается со многими натуралистами, публикует несколько книг о коралловых рифах, вулканических островах и усоногих (морских ракообразных).

1858

В журнале Linnean Society выходит статья Дарвина одновременно со статьей Уоллеса.

1859

Публикуется книга «О происхождении видов путем естественного отбора, или Борьба за выживание в природе» (в русском переводе: «О происхождении видов путем естественного отбора или сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь»).

1862–1868

Публикуются книги «Об оплодотворении орхидей» (в русском переводе «Приспособление британских и зарубежных орхидей к оплодотворению насекомыми и благотворное воздействие перекрестного опыления»), «Движения и привычки ползучих растений» (в русском переводе «Движения и повадки лазящих растений») и «О разнообразии животных и растений в домашнем состоянии» (в русском переводе «Изменение домашних животных и культурных растений»).

1871

Издается труд «Происхождение человека и половой отбор».

1874–1880

Публикуются труды «Выражение эмоций у человека и животных», «Насекомоядные растения», «Действие перекрестного опыления и самоопыления в царстве растений», «Различные формы цветов у растений одного и того же вида», «Способность к движению у растений».

1881

Публикуется книга «Формирования почвенного слоя дождевыми червями».

1882

19 апреля Чарльз Дарвин умирает в Дауне. Его хоронят в Вестминстерском соборе.

Библиография

ОРИГИНАЛЬНЫЕ ТЕКСТЫ ЧАРЛЬЗА ДАРВИНА

Darwin Charles, Voyage d’un naturaliste autour du monde, Paris, La Découverte Poches, 2006.

Darwin Charles, L’origine des espèces: Par le moyen de la sélection naturelle, ou la préservation des races favorisées dans la lutte pour la vie, Paris, Honoré Champion, 2009.

Darwin Charles, La filiation de l’homme et la sélection liée au sexe, Paris, Honoré Champion, 2013.

Darwin Charles, La formation de la terre végétale par l’action des vers, Paris, Slatkine, 2016.

http://darwin-online.org.uk/.

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЭВОЛЮЦИИ

Ameisen Jean-Claude, Dans la lumière et les ombres: Darwin et le bouleversement du monde, Paris, Points Sciences, 2014.

De Panafieu Jean-Baptiste et Patrick Gries, Évolution, Paris, Xavier Barral, 2011.

Giraud Marc. Darwin, C’est tout bête! Paris, Robert Laffont, 2009.

Gould Stephen Jay, L’éventail du vivant, Paris, Seuil, 2001.

Kupiec Jean-Jacques, L’ontophylogénèse: Évolution des espèces et développement de l’individu, Paris, Quae, 2012.

Laland Kevin et al. (2014), «Does evolutionary theory need a rethink?», Nature 514 (7521):161–164.

Lecointre Guillaume et Hervé Le Guyader, La classification phylogénétique du vivant, Paris, Belin, 2016.

Lecointre Guillaume. Descendons-nous de Darwin? «Les + Grandes Petites Pommes Du Savoir», Paris, Le Pommier, 2015.

L’hérédité sans gène, Dossier Pour La Science n° 81, Octobre décembre 2013.

Miska Eric A. et Anne C. Ferguson-Smith (2016), «Transgenerational inheritance: Models and mechanisms of non – DNA sequence – based inheritance», Science 354 (6308) 59–63.

Ricqlès Armand de (2009), «Quelques apports à la théorie de l’Évolution, de la “Synthèse orthodoxe” à la “Super synthèse évodévo” 1970–2009: un point de vue», Comptes rendus palevol, vol. 8, p. 341.

ПРИМЕРЫ ЭВОЛЮЦИИ

Cook Laurence M., et al. (2012), «Selective bird predation on the peppered moth: the last experiment of Michael Majerus», Biol Lett 8: 609–612. (sur la phalène du bouleau).

Goldschmidt Tijs, Le vivier de Darwin: Un drame dans le lac Victoria, Paris, Seuil Science Ouverte, 2003 (sur les cichlidés du lac Victoria).

Grant Peter R. et B. Rosemary Grant, 40 Years of Evolution: Darwin’s Finches on Daphne Major Island, Princeton University Press, 2014 (sur les pinsons de Darwin).

Herrel Anthony et al. (2008), «Rapid large-scale evolutionary divergence in morphology and performance associated with exploitation of a different dietary resource», PNAS vol. 105 (12) 4792–4795 (sur les lézards Podarcis).

L’Héritier P., Neefs Y. et Teissier G. (1937), «Aptérisme des Insectes et sélection naturelle», C. R. Acad. Sc., t. 204, p. 907–909 (sur les drosophiles).

Labbé P, et al. (2007), «Forty Years of Erratic Insecticide Resistance Evolution in the Mosquito Culex pipiens», PLoS Genet 3(11) (sur les moustiques).

McGowen M. R., Gatesy J, Wildman D. E. (2014), «Molecular evolution tracks macroevolutionary transitions in Cetacea», Trends Ecol Evol 29(6):336–346 (sur les cétacés).

Moran N. A. et Tyler Jarvik (2010), «Lateral transfer of genes from fungi underlies carotenoid production in aphids», Science 328(5978):624-7. (sur les pucerons).

Sinervo B. (2005), «Evodevo: Darwin’s finch beaks, Bmp4, and the developmental origins of novelty», Heredity 94, 141–142 (sur les pinsons de Darwin).

Soubrier, J. et al. (2016), «Early cave art and ancient DNA record theorigin of European bison» Nat. Commun. 7, 13158 (sur les bisons et les aurochs).

Stuart, Y. E., et al. (2014), «Rapid evolution of a native species following invasion by a congener», Science 346 (6208): 463–466. (sur les lézards Anolis).

Van’t Hof A.E. et al. (2016), «The industrial melanism mutation in British peppered moths is a transposable element», Nature 534 (7605): 102–105 (sur la phalène du bouleau).

ЭВОЛЮЦИЯ ЧЕЛОВЕКА

Dehaene Stanislas et al. (2010), «How learning to read changes the cortical networks for vision and language», Science 330, p. 1359–1364.

Fan Shaohua et al. (2016), «Going global by adapting local: a review of recent human adaptation», Science 354 (6308) 54–59.

Field Yair et al. (2016), «Detection of human adaptation during the past 2000 years», Science 354 (6313) 760–764.

Lecointre Guillaume, «L’humain ou la sélection à tous les étages», Espèces n°22, décembre 2016.

Purzycki Benjamin Grant et al. (2016), «Moralistic gods, supernatural punishment and the expansion of human sociality», Nature 530, 327–330.

Raymond Michel, Cro-Magnon toi-même: Petit guide darwinien de la vie quotidienne, Paris, Seuil, 2008.

Sankararaman Sriram et al. (2014), «The genomic landscape of Neanderthal ancestry in present-day humans», Nature 507, 354–357.

ЭВОЛЮЦИОНИСТСКАЯ МЕДИЦИНА

Merlo, L. M. F. et al. (2006), «Cancer as an evolutionary and ecological process», Nature Reviews Cancer 6:924–935.

Willyard C (2016), «Cancer: An evolving threat», Nature 532, 166–168.

Périno Luc, Pour une médecine évolutionniste: Une nouvelle vision de la santé, Paris, Seuil, 2017.

ЭВОЛЮЦИЯ И ОБЩЕСТВО

Brosseau Olivier et Baudoin Cyrille, Enquête sur les créationnismes: réseaux, stratégies et objectifs politiques, Paris, Belin, 2013.

Fortin Corinne, L’évolution à l’école: créationnisme contre darwinisme? Paris, Armand Colin, 2009.

Miller et al. (2006), «Public Acceptance of Evolution», Science, 11 August 2006, 765–766.

http://www.gallup.com/poll/170822/believe-creationist-viewhuman-origins.aspx.

Примечания

1

Это, видимо, опечатка автора – Дарвин плавал на «Бигле» с 1831 по 1836 год, то есть с 22 до 27 лет (он родился в 1809-м). – Прим. пер.

2

В «Автобиографии» Дарвина мне не удалось найти этой цитаты, текст по-французски встречается только в этой книге. – Прим. пер.

3

Унитарианство – ветвь протестантизма, отвергающая догмат о Святой Троице. – Прим. авт.

4

В России этот вид чаще называют «аргентинская черепаха» или «чилийская черепаха». – Прим. пер.

5

В русском переводе эта книга появилась в 1845 году под названием «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле “Бигль”», принятым и сегодня. – Прим. пер

6

Морские уточки – один из видов раков. – Прим. пер.

7

В русском переводе «Происхождения видов» как минимум с академического издания 1939 года кочует такой перевод этого фрагмента: «он начинает плодиться, всего вероятнее, в 13-летнем возрасте и плодится до 90 лет, принося за это время не более шести детенышей, а живет до ста лет; если это так, то по истечении 740–750 лет от одной пары получилось бы около 19 миллионов живых слонов». Однако в оригинале у Дарвина именно те цифры, которые приводит автор данной книги, – слон начинает размножаться в 30 лет, и за пять веков получилось бы 15 миллионов живых слонов. Считаем полезным восстановить историческую справедливость. Тем не менее далее мы будем приводить цитаты из «Происхождения видов» по этому изданию: Ч. Дарвин. Сочинения. Т. 3. М.: Изд-во АН СССР, 1939, за исключением оговоренных случаев. – Прим. пер.

8

On the origin of species by means of natural selection, or the preservation of favoured races in the struggle for life. Ни одно французское издание на протяжении XIX века не воспроизводило подлинное английское название. – Прим. авт

9

Вид обезьян. – Прим. пер.

10

Цит. по переводу Н. Демуровой. – Прим. пер.

11

Археи – одноклеточные организмы, отличные от бактерий, приспособленные к жизни в экстремальных условиях. – Прим. авт.

12

«О происхождении видов, или О законах прогресса у организованных существ». – Прим. пер.

13

Осы-паразиты, откладывающие свои яйца в брюшки других насекомых. – Прим. авт.

14

Автор имеет в виду текст Первой поправки к Конституции США, каковая поправка запрещает Конгрессу принимать любые законы, устанавливающие какую-либо религию. – Прим. пер.

15

От слов «evolution» (эволюция) и «development» (развитие). – Прим. пер.

16

В России его чаще называют зубром. – Прим. пер.

Content

Жан-Батист де Панафье
Дарвин на отдыхе: размышляем над теорией эволюции

Пролог

Глава 1. Инициация молодого Дарвина

Путешествие натуралиста вокруг света

Разработка теории

Происхождение видов

Глава 2. Совершенно естественный отбор

Воспроизводство, вариации, отбор

Плохо понятые концептуальные идеи

Половой отбор

Как встретили теорию

Глава 3. Эволюция в самом разгаре

От вариаций к мутациям

Неодарвинизм, «синтетическая теория эволюции»

Ритмы эволюции

Гипотеза адаптации под сомнением

Филогенетические деревья

Геологические революции

Глава 4. Молекулярная революция

Гены – хозяева положения

Адаптивная радиация

Черная королева и Придворный шут

Молекулярная эволюция

Это вписано в ДНК!

Гены-архитекторы

Горизонтальный перенос генов

Глава 5. Ложные друзья Дарвина

Недостающее звено

Вопрос прогресса

Социал-дарвинизм

Евгеника

Глава 6. Дарвинизм? Это неприлично!

Библейские рамки

Природная теология

Креационизм и «разумный замысел»

Глава 7. Дарвинизм, завтрашний день

Вполне живая теория

Эпигенетика, возвращение к ламаркизму?

Наши неандертальские гены

Следы нашей эволюции

К эволюционной медицине

Расширение поля действия дарвинизма

Эпилог

Биография Дарвина

Библиография

Примечания