Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов

Именно с этого начал свои исследования канадский палеонтолог Дейл Расселл[3] в начале 1980-х годов. Он изучал близкого родственника велоцираптора еще одного маленького хищного динозавра по имени троодон, тоже жившего в конце мелового периода.

У троодона был самый крупный мозг относительно веса тела в отличие от всех остальных динозавров – мозг, сравнимый по размеру с мозгом броненосца или цесаркой. Другими словами, эти рептилии не были гениями, но и назвать их глупыми тоже нельзя. Расселл отмечал, что на протяжении нескольких сотен миллионов лет у животных неуклонно и стабильно увеличивался размер мозга. Тот факт, что самый крупный мозг среди динозавров появился у вида, обитавшего в конце периода их владычества, наводит на мысль о том, что динозавры тоже следовали этой эволюционной тенденции с течением времени. А что бы произошло, задается вопросом Расселл, если бы астероид не уничтожил их? Как бы эволюционировали потомки троодонов, если бы в результате естественного отбора у них развился еще более крупный мозг?

Динозавроид

Путем выстраивания логической цепочки Расселл пришел к выводу, что современный потомок троодона мог выглядеть следующим образом. Более крупный мозг требует более крупного черепа. Более крупный череп, как правило, ассоциируется с укороченной областью лица. Вес более тяжелой головы легче сбалансировать, если поместить ее сверху туловища. А это, в свою очередь, влечет за собой предпочтительное положение тела при хождении – вертикальное.

А значит, хвост в качестве противовеса уже не нужен, так как передняя половина больше не наклонена вперед. Еще несколько выводов относительно улучшенного строения колена и лодыжки для удобства прямохождения, и, вуаля, перед нами то, что было довольно грубо названо «динозавроидом» – зеленое чешуйчатое существо, жутко похожее на человека от ягодиц до ногтей на пальцах.

Обратите внимание, что Расселл не ставил перед собой цели понять, как динозавр мог эволюционировать в гуманоида.

Скорее его интересовал вопрос о том, какие другие анатомические изменения могли возникнуть в процессе укрупнения мозга. Конечный результат данного проекта привел к возникновению образа существа, поразительно похожего на нас, – рептилии-гуманоида.

Эволюционная проекция Расселла, пусть и опередившая свое развитие, согласуется с идеями Конвея Морриса, что эволюция гоминидов и подобных им существ неизбежна. Причем настолько согласуется, что Конвей Моррис даже появился в документальном фильме Би-би-си[4], попивающим кофе в кафе рядом с динозавроидом, читающим газету.

Итак, у компании «Пиксар» было два варианта развития сюжета. Если бы астероид и вправду не угодил в Землю, тогда, согласно версии Конвея Морриса и других, люди или существа, похожие на нас, так или иначе все равно бы эволюционировали. Единственный вопрос заключался в том, были бы они волосатые – результат отложенного эволюционного расхождения млекопитающих – или чешуйчатые – итог естественного отбора с целью увеличения размера мозга динозавра.

ЗАБАВНО БЫЛО БЫ ПОРАЗМЫШЛЯТЬ В ПРОТИВОВЕС ИЗВЕСТНЫМ ФАКТАМ: что случилось бы, если бы история пошла иначе. Но вопросы о неизбежности эволюции гуманоидов выходят за пределы нашей темы, затрагивая историю планеты в целом.

Теперь нам известно, что существует множество других планет во Вселенной, на которых могла зародиться жизнь. На этих «обитаемых экзопланетах» не слишком жарко и не слишком холодно, а на поверхности есть вода в жидком виде. В недавнем исследовании указывается, что в одной только галактике Млечный путь могут существовать миллиарды подобных планет. Самая ближайшая к нам может находиться всего в четырех световых годах от нас[5].

Предположим, жизнь зародилась на одной из таких планет. Как бы она выглядела? И насколько похожи были бы жизненные формы на те, что существуют на Земле? А как насчет наличия мыслящих существ, вроде нас, или даже еще умнее? Насколько сильно они были бы похожи на людей?

Во многом похожи, если верить тому, что мы видим в фильмах. И некоторые прославленные ученые соглашаются с этим.

«Если бы нам удалось пообщаться[6] с мыслящими существами из космоса», – писал ныне покойный биолог Роберт Вьери, – «то это не были бы сферы, пирамиды, кубы или блины. По всей вероятности, они выглядели бы жутко похожими на нас». Дэвид Гринспун[7], старейшина в области недавно возникшего междисциплинарного научного направления – астробиологии[5] рассуждает так: «Когда они [пришельцы] в конечном итоге приземлятся на лужайке у Белого дома, то каким бы способом эти существа ни сошли с трапа – на двух ногах или ползком – их поведение, возможно, покажется нам странно знакомым». Не удивительно, что Конвей Моррис соглашается[8] с ним, высказывая предположение, что «давление эволюции и повсеместность конвергенции делают вероятность появления существ, похожих на нас, почти неизбежной». Но прежде чем исследовать научную основу предсказаний этих ученых относительно внеземных цивилизаций, давайте вернемся к планете Земля.

* * *

В ЧАСТНОСТИ, на юго-восток Африки. В лесах Замбии темнота наступает быстро. Я герпетолог, изучаю ящериц, так что выслеживать по ночам львов не входило в мои обязанности. Я приехал в Замбию, чтобы немного отдохнуть и восстановиться, прежде чем заняться полевыми работами в Южной Африке. Поразительно, но львы обычно привыкают к присутствию транспортных средств и могут позволить вам следовать за ними по пятам, пока они рыскают в округе. Вот этим мы и занимались.

Справа кто-то шевелится: это приближается какой-то не слишком крупный зверь, не подозревающий о том, что он оказался на пути следования прайда львов. Когда животное подходит, шурша, поближе, становится понятно, что это гребенчатый дикобраз, шестидесятифунтовый грызун, покрытый с головы до хвоста острыми иглами, некоторые из них длиной до полутора футов[6]. Иголки его, конечно же, для защиты, для ситуаций таких, как эта. Но не всегда они ему помогают. У львов есть для этого своя тактика: подсунуть лапу под дикобраза, чтобы перевернуть его незащищенным животом кверху. Дальше вы легко можете представить его действия.

В сериале «Сейнфелд» есть серия, в которой Джерри смотрит документальный фильм об антилопах. Львы нападают на животных, Джерри орет: «Беги, антилопа, беги! Ты же можешь бежать быстро, спасайся!» А следующим вечером он смотрит другой фильм, на этот раз посвященный львам. И львы гонятся за антилопой, а он кричит: «Догони антилопу и съешь ее. Укуси ее за голову! Обмани ее, не дай разогнаться!» И хоть этим вечером мы идем за львами, я на стороне дикобраза. Оставьте его в покое и найдите себе жертву своего размера!

Но львы, конечно, не послушают меня. Одна из львиц подходит к дикобразу. Он поворачивается к ней спиной и поднимает иголки. Нечто похожее на то, как у кошек выгибаются спины и шерсть встает дыбом. А потом он начинает трясти иголками на хвосте, которые стучат друг о друга «клэк-клэк».

Поразительно, но это работает. Мгновение спустя львица разворачивается и возвращается к прайду, а дикобраз исчезает в ночи.

В конце вечера я еще раз прокручиваю в голове все события дня, размышляя о своих предыдущих встречах с дикобразом. Помимо Африки и Азии дикобразы также встречаются на большей территории Нового Света. Я лишь однажды видел североамериканского дикобраза в природе, причем на дереве, на высоте тридцати футов, когда поднимался на горную вершину на горнолыжном подъемнике. Но в джунглях Коста-Рики я видел дикобразов с хвостами, приспособленными для зацепления, несколько раз, и опять в основном на деревьях.

Два дикобраза: североамериканский дикобраз (слева) и африканский гребенчатый дикобраз (справа).

Несомненно, существуют различия между отдельными их видами. Самое очевидное это размер животного: гребенчатый дикобраз в два раза крупнее своего североамериканского сородича и в тридцать раз больше миниатюрного ротшильдского дикобраза из Панамы. Иглы, соответственно, варьируются по длине – четырнадцать дюймов у гребенчатого, четыре дюйма у североамериканского и еще короче у ротшильдского[7]. У некоторых видов красные носы, у других – коричневые. У дикобразов с хвостами, приспособленными для цепляния, нет иголок на хвосте.

И все же различий гораздо меньше, чем сходства: и это не только наличие иголок, но также одинаковое приземистое туловище с короткими лапами, маленькие глазки и колючий причесон. Учитывая все эти схожести, я никогда не подвергал сомнению то мое предположение, что дикобразы – это одно счастливое родственное семейство. И все они произошли от одного колючего предка.

И теперь представьте мое удивление, когда я узнал, что ошибался. Несмотря на одинаковую их колючесть, дикобразы Нового и Старого Света имеют разную эволюционную историю. И своим симпатичным игольчатым видом они обязаны, как ни странно, не одному общему предку. Два рода животных эволюционировали независимо друг от друга и приобрели в ходе этого процесса иголки, хотя их предками были виды грызунов, не имевшие иголок. Они – результат конвергентной эволюции.

И Я НЕ ПЕРВЫЙ ЧЕЛОВЕК В ИСТОРИИ, который был обманут конвергенцией. На самом деле, я оказался в очень авторитетной компании. Сам Чарльз Дарвин был одурачен во время своего знаменитого визита на Галапагосские острова. Там он обнаружил маленьких птичек, названных впоследствии в его честь, – вьюрков Дарвина. Но Дарвин даже не догадывался, что эти виды птиц являются ближайшими родственниками, потомками одного предка-вьюнка, колонизировавшего острова в далеком прошлом.

А ученый считал, что данные виды представляют четыре группы, с которыми он был знаком еще дома: вьюрки, дубоносы, черные дрозды и крапивники.

И лишь когда Дарвин вернулся в Лондон и передал свои образцы прославленному орнитологу Джону Гулду, он и узнал о своей ошибке. Оказалось, что данные виды не были представителями разнородного набора знакомых типов птиц. Фактически они являлись членами одной группы, уникальной для Галапагосских островов. Таким образом, Дарвина ввела в заблуждение конвергентная эволюция. Данное открытие коррелировало с другими находками, сделанными Дарвином во время его путешествия. И все они указывали на одно и то же – трансмутабельность вида. К тому времени, когда он внес правки в свою ставшую бестселлером книгу «Путешествие на «Бигле» 1845 года, история с вьюрком была лишь намеком на то, что произойдет десятилетие спустя. «Наблюдая эту градацию и разнородность строения тела у одной маленькой близкородственной группы птиц, можно только догадываться, что из первоначально малочисленной группы птиц, обитавших на этом архипелаге, один-единственный вид развился в разных направлениях».

Но Дарвин также увидел в этой истории и более широкий смысл: вьюрки смогли эволюционировать на Галапагосских островах, используя все многообразие существующих там сред обитания. И хотя он не ссылался на конвергентную эволюцию в своем «Путешествии», Дарвин четко озвучил эту идею четырнадцать лет спустя в работе «О происхождении видов». «Подобно тому, как два человека иногда независимо друг от друга приходят к одному и тому же изобретению, так и естественный отбор… наделил различные существа сходными органами, поскольку это касается их функции, но строение их общего органа необязательно унаследовано от общего предка».

Дарвин был не единственным естествоиспытателем, так обманутым конвергенцией. Когда капитан Кук высадился на берег Ботани-Бей в 1770-м году во время своего первого путешествия по южной части Тихого океана, ученый-естествоиспытатель Джозеф Бэнкс, находившийся в составе экспедиции, выслал образцы и рисунки австралийских птиц в Англию. С этого момента пошел поток отправляемого колонистами и путешественниками на родину материала, продолжавшийся на протяжении полувека, в результате чего было обнаружено существование многих новых видов.

Ключевой фигурой, увидевшей смысл во всем этом изобилии новых видов, был Джон Гулд. Примерно в то же время, когда он консультировал Дарвина по поводу вьюрков, Гулд решил составить полное описание австралийских птиц. Быстро поняв, что для того, чтобы выполнить работу правильно, ему необходимо отправиться в Австралию, он переселился на другой конец света, проведя там три года и в итоге создав грандиозный труд из семи томов с рисунками и описаниями.

Но если в отношении дарвиновских вьюрков Гулд оказался прав, то в случае с эволюционными родственными сходствами австралийской птичьей фауны он все же ошибался. Большинство австралийских птиц очень похожи внешностью и поведением на такие европейские виды, как крапивники, пеночки, кустарницы, мухоловки, зарянки, поползни и другие. В результате Гулд причислил недавно открытые виды австралийских птиц к знакомым семействам птиц Северного полушария.

Ошибка Гулда объяснима. На протяжении следующих полутора сотен лет многие очень известные орнитологи совершали ровно ту же ошибку и рассматривали этих птиц как представителей колонии, образовавшейся в результате массового нашествия в Австралию многочисленных видов птиц.

Однако генетические исследования, начавшиеся в 1980-х годах[9], показали, что фактически возникновение большинства данных видов – это итог крупного процесса эволюционной радиации в Австралии, происходившего на материке. Другими словами, эти австралийские птицы – ближайшие друг другу родственники. И они не являются представителями разнообразных семейств, обитающих в Северном полушарии, но связаны с ними конвергентной

Обнаружение неожиданных случаев конвергентной эволюции продолжается по сей день. Действительно, теперь, когда доступна масса генетических данных по столь многим видам, наше понимание эволюционных связей усиливается значительными темпами, давая нам гораздо более четкое представление об эволюционном древе жизни.

Мы все чаще сталкиваемся со случаями, когда нас вводит в заблуждение анатомическая схожесть вида. Но лишь теперь мы начинаем понимать, что подобное происходит не вследствие того, что определенный вид произошел от одного общего предка, а по причине его независимого развития.

Как можно объяснить эту безудержную конвергентную эволюцию? Существует одно разумное объяснение, предложенное Дарвином. Если виды обитают в схожих условиях и сталкиваются с похожими сложностями в процессе выживания и размножения, тогда естественный отбор приводит к эволюции одинаковых признаков. Так, к примеру, крупные семена – тот пищевой [8] ресурс птиц, который требует наличия крупных клювов, чтобы раскрыть эти семена. И, следовательно, птицы с крупными клювами будут эволюционировать в тех местах, где есть крупные семена. Подвергающиеся опасности со стороны представителей семейства кошачьих крупные грызуны эволюционируют таким образом, чтобы обрести защиту в виде иголок, эффективную как против львов в Африке, так и против пум в Северной и Южной Америке.

За последние два десятилетия некоторые биологи распространили данную точку зрения и на космос. Здесь на Земле различные виды животных во все времена сталкиваются с одинаковыми проблемами выживания и вырабатывают похожие решения. Эти ученые утверждают, что те же самые проблемы физического характера, которые возникают здесь, стоят и перед живыми существами, обитающими на подобных нашей планетах, и решают они их аналогичным способом. Джордж Макги, палеонтолог из Ратгерского университета, полагает, что существует только один способ создать быстро плавающий водный организм. Вот почему дельфины, акулы, тунцы и ихтиозавры (исчезнувшие морские рептилии эпохи динозавров) выглядят одинаково.

И далее он рассуждает о том[10], что «если в океанах спутника Юпитера Европы обитают крупные быстро плавающие организмы, перемещающиеся под вечными льдами, то я с уверенностью предсказываю, что у них обтекаемые, веретенообразные тела… такие же, как у белухи, ихтиозавра, меч-рыбы или акулы». Конвей Моррис соглашается[11] с ним, высказывая свою точку зрения: «Конечно, нельзя утверждать, что на каждой подобной Земле планете существует жизнь, не говоря уже о гуманоидах. Но если вы захотите создать сложное растение, то оно будет жутко похоже на цветок. Если вам понадобится летать, то у вас есть всего несколько способов сделать это.

Если вам нужно плавать, как акуле, то у вас есть лишь несколько способов добиться этого. Если вам понадобится изобрести такое свойство, как теплокровность, как у птиц и млекопитающих, в вашем распоряжении ограниченное количество вариантов».

Акула (сверху), ихтиозавр (в центре) и дельфин (снизу).

НЕ КАЖДЫЙ СОГЛАСИТСЯ С ДАННОЙ ТОЧКОЙ ЗРЕНИЯ. Давайте разберемся почему на примере нескольких фильмов.

В кульминационной сцене ставшего классикой фильма «Эта удивительная жизнь» 1946 года Джордж Бейли (его играет Джимми Стюарт) в отчаянии произносит, что его жизнь – полное фиаско, и что лучше бы он не родился. И тогда Клэренс Одбоди, его ангел-хранитель, показывает ему, насколько иной была бы жизнь в Бедфорд Фоллс, если бы Джорджа не было: его брат умер, друзья и родные несчастны, лишены дома или сидят в психушке. Корабль с солдатами тонет, а город становится прибежищем беззакония. Все было бы гораздо хуже без него, и Джордж понимает, что его жизнь прошла достойно, и отказывается от мыслей о самоубийстве. В итоге он избавляется от долгов, когда жители города приходят ему на помощь в благодарность за все его добрые дела.

В 2006 году американский институт кино назвал фильм «Эта замечательная жизнь» самым вдохновляющим фильмом всех времен. Стивен Джей Гулд, прославленный палеонтолог и биолог-эволюционист, относится к числу тех, кого вдохновила данная история, правда, совсем иным способом. Для него этот фильм – аллегория эволюционного характера жизни. И даже название для своей книги, вышедшей в 1989 году, – «Удивительная жизнь» – он взял из этого фильма. В книге Гулд отстаивал доминантную важность исторической вероятности, или контингентности, в процессе эволюции. Под контингентностью он подразумевал, что конкретная последовательность событий существенным образом определяет ход истории: А ведет к Б, Б ведет к В и так далее. Если вы в исторически вероятном мире измените А, то не дойдете до В. Если бы Джордж Бейли не родился, то события в Нью-Бедфорде развивались бы иначе.

Гулд утверждал, что жизнь полна событий, спровоцированных Джорджем Бейли. Какие-то из них значительные, в основном – мелкие, но любое из них могло повести жизнь совсем в другом направлении.

Удары молнии, поваленные деревья, упавшие астероиды и даже случайный выбор того, какой генетический набор передаст мать своей дочери, – любое из этих событий способно внести изменение, которое запустит дальнейшие ответвления, длящиеся на протяжении миллиардов лет. Вторя персонажам фильма «Эта удивительная жизнь», Гулд писал: «Любое проигрывание пленки [истории жизни] с внесенным в самом начале, казалось бы, незначительным штрихом произведет… результат совершенно иного порядка».

Эта точка зрения имеет важные импликации для понимания многообразия окружающей нас жизни. Если эволюция определяется контингентностью, то тогда не может быть ни предсказуемости, ни детерминизма Конвея Морриса. И, следовательно, конечный результат будет подвержен столь сильному влиянию случайных факторов, что никто не сможет предсказать в самом начале то, что произойдет в конце. Начни все сначала, и ты получишь совершенно иной результат. И, переходя к самой животрепещущей теме[12], Гулд делает вывод: «Проиграй пленку [жизни] миллион раз… и я сомневаюсь, что нечто подобное хомо сапиенсу могло бы появиться снова».

АРГУМЕНТАЦИЯ ГУЛДА, изящно и убедительно представленная, не может не откликнуться в сердцах каждого. Кто из нас не сожалел о том, что «если бы я не сделал это, то не случилось бы то», где «это» может быть чем-то незначительным (неправильно произнесенным именем) или значительным (выпил слишком много), а «то» – событие, которого вы не желали.

И все же какой бы разумной ни была аргументация, где доказательства? Существует только один вариант истории жизни. Как мы проверим повторяемость эволюции? Гулд предлагал провести мысленный эксперимент, который бы ответил на эти вопросы. Прокрутите пленку жизни, говорит он, вернитесь к тем же исходным условиям и посмотрите, последуют ли те же самые результаты. Такой умозрительный эксперимент имеет длинный послужной список в науке и в философии. Его применяли многие, и он оказался наиболее действенным методом.

Конвей Моррис и его коллеги, конечно же, не соглашаются с базовой предпосылкой Гулда: изменение некоего предшествующего события не обязательно повлечет за собой существенные изменения всей последующей цепочки событий. Они утверждают, что повсеместность конвергентной эволюции демонстрирует бессилие контингентности и что в большинстве случаев последует примерно одинаковый результат вне зависимости от исторической последовательности событий.

Когда Гулд писал свою книгу «Удивительная жизнь», проблема конвергенции и эволюционного детерминизма еще не была поднята. Однако, полемизируя[13] с Конвеем Моррисом, опубликовавшим свою книгу девять лет спустя, Гулд высказал очень простую мысль: значимость конвергенции «переоценена», и привел в качестве доказательства номер один Австралию.

Давайте еще раз обратимся к экспедиции капитана Кука в страны противоположных полушарий. Среди первых встреченных ими животных были кенгуру. Сегодня кенгуру – основные потребители растительной пищи в Австралии. Они выполняют похожую функцию, что и олени, бизоны и бесчисленное множество других травоядных, обитающих во всем мире. И все же, как отмечал Гулд (Стивен Джей, а не Джон), кенгуру не приблизились к другим видам травоядных – даже ребенок вам скажет, что кенгуру и олень – это разные животные.

А есть еще коала, этот милый, похожий на медвежонка зверь, что любит обнимать деревья и ведет медлительный образ жизни. Он спит по двадцать часов в сутки, так как в процессе сна нейтрализуются ядовитые вещества, содержащиеся в эвкалиптовых листьях, которыми они питаются (поэтому их шерсть пахнет ментолом). Никого подобного больше не существует[14] нигде в мире и, судя по ископаемым находкам, никогда не существовало[9].

Но когда мы говорим о единичных эволюционных случаях, то здесь есть только один король. Ядовитые шпоры на голенях, роскошная шкура, способность чувствовать электрические разряды, исходящие из мышц их жертвы электрорецепторами, расположенными у них на морде. Сильный плоский хвост, перепончатые ноги, откладывает яйца. Клюв, как у утки. Самое крупное в мире животное – утконос, сборная солянка из свойств, позаимствованных у всего животного царства.

Утконос

Животное столь обескураживающее, что когда первые образцы были доставлены в Англию в конце восемнадцатого столетия (их отгрузили из порта Сиднея и перевезли по Индийскому океану), ученые часами искали швы, с помощью которых умелые китайские купцы, вероятно, сшили свою подделку.

Эти примеры взяты из стран Южного полушария, но эволюционные единичные случаи происходят повсюду. Жирафы, слоны, пингвины, хамелеоны – все это виды, адаптировавшиеся исключительно к своим специфическим экологическим нишам без эволюционного копирования сейчас или в прошлом. (Обратите внимание, что эволюционные единичные случаи необязательно относятся к одному единственному виду животных. Так, в настоящее время существует три вида слонов, а еще большее их количество жило в прошлом – такие виды, как мастодонты и мамонты. Однако все виды слонов произошли от одного предка. Вот почему слонов можно считать эволюционно уникальным видом – хоботные животные эволюционировали только один раз).

КОНВЕРГЕНТНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ – это научный феномен, и можно было бы предположить, что к настоящему времени ученые уже смогли определиться в вопросе ее повсеместности. Но проблема в том, что узнать то, что произошло когда-то, не так просто. В школе нас учили, что такое научный метод: как с помощью наблюдений формулируется гипотеза, которая затем проверяется в окончательном эксперименте в лабораторных условиях. Эта формулировка в самом упрощенном виде фиксирует то, как работают науки, изучающие механизмы химической реакции, а именно науки, которые исследуют механизмы работы клетки или атома. Допустим, один конкретный

ген ответственен за возникновение определенного признака. Можно воспользоваться достижениями молекулярной биологии, чтобы блокировать этот ген, и посмотреть, разовьется ли в этом случае данный признак.

Но эволюционная биология – это историческая наука. Подобно астрономам и геологам мы, эволюционные биологи, пытаемся вычислить, что происходило в прошлом. И нас, так же как историков, сбивает с толку асимметрия направления времени – мы не можем вернуться в прошлое, чтобы увидеть, что происходило. Более того, процесс эволюции, как известно, происходит медленно, что делает невозможным наблюдение за ее ходом.