Необходимость эволюции заложена в самую сердцевину жизни, это ее основа, которую нельзя удалить, не уничтожив все здание
Революция в биологии, разделившая общество на эволюционистов и креационистов, произошла в 1859 году. Тогда в свет вышла знаменитая книга английского натуралиста Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».
Текст: Василий Голованов, фото: Андрей Семашко
За полтора века теория эволюции претерпела колоссальные изменения, вобрала в себя генетику, палеонтологию и палеоантропологию. Но страсти вокруг теории не утихают. Научный и особенно околонаучный мир по-прежнему разделен на два лагеря: сторонников синтетической теории эволюции (СТЭ – в нее переросла «классическая» теория Дарвина. – Прим. авт.) и так называемых теистических эволюционистов. И накал борьбы между ними не утихает. В чем же дело? Что представляет собой сегодня современная теория эволюции? Чем отвечает на вызовы? Об этом журналу «Русский мир.ru» рассказывает заведующий кафедрой эволюционной биологии биофака МГУ доктор биологических наук Александр Владимирович Марков.
– Александр Владимирович, Дарвин создал свое учение об эволюции тогда, когда эволюционистские идеи буквально носились в воздухе…
– Одну из первых теорий эволюции создал в начале XIX века французский ученый Жан-Батист Ламарк. Движущую силу эволюции он видел в якобы присущем всему живому «стремлении к совершенству». А механизмом эволюции считал наследование приобретенных признаков: если животное будет все время тянуться, приседая на задние ноги, то со временем шея у него станет длиннее, а задние ноги – короче. Так, по Ламарку, произошел жираф.
Дарвин пришел к идее эволюции не сразу. Поначалу он был религиозным молодым человеком и во время учебы в Колледже Христа Кембриджского университета довольствовался «Естественной теологией» Уильяма Пэйли. Только во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» в 30-х годах XIX века Дарвина начали посещать сомнения. Во-первых, он видел окаменелости древнего броненосца, и чутье натуралиста подсказало ему, что он имеет дело с древним, вымершим видом, а не с чудовищем, утонувшим во время Всемирного потопа. Во-вторых, его потрясла вспышка видообразования на Галапагосах, где на каждом острове обитал свой вид маленьких птичек – вьюрков, которые были, несомненно, родственны и друг другу, и вьюркам Южной Америки, но все же в чем-то явно отличались. Тем не менее, вернувшись в Англию, он вовсе не сразу взялся за книгу о происхождении видов. Дарвин вообще был очень осторожный человек. На протяжении ряда лет он наблюдал, как выводят различные породы скота и собак английские землевладельцы. Какие признаки наследуются, как происходит отбор – в данном случае искусственный, потому что породу создает человек. И, только убедившись в том, что его мысли совпадают с практикой искусственного отбора, он приступает к своей знаменитой книге «Происхождение видов путем естественного отбора…». Слово «отбор» – selection – было на слуху, оно было понятно потенциальным читателям: собственно, утверждал Дарвин, в природе происходит то же, что вы, читатели, делаете у себя в голубятнях, на псарнях и скотных дворах. Только это не искусственный, а естественный отбор. А движущими причинами его являются четыре принципа. Первый – борьба за существование: она происходит оттого, что каждый организм производит больше потомков, чем способно выжить. Второй – изменчивость: Дарвин еще не знал о генетике и не мог точно сформулировать причины и законы изменчивости, но он знал, что даже близкородственные животные все же немножко разные. Третий – выживание и избирательное размножение наиболее приспособленных – собственно естественный отбор. И, наконец, четвертая основа эволюции – это наследственность, благодаря которой свойства, обеспечившие данной особи победу в борьбе, передаются ее потомству.
– Насколько мне известно, Дарвин все же допустил одну ошибку: он читал статью Грегора Менделя, в которой изложены принципы генетики, но, как говорится, не придал ей большого значения.
– Последние данные говорят, что Менделя Дарвин все-таки не читал. Но в любом случае, не он один прошел мимо работы скромного австрийского монаха. Но когда законы генетики, уже в рамках «большой науки», были переоткрыты и, более того, выяснилась генетическая природа мутаций, это спровоцировало кризис дарвинизма в начале ХХ века. Зачем это дарвиновское медленное накопление небольших изменений, если мутации меняют облик живых существ мгновенно, в одно поколение? Понадобилось серьезное взросление генетики как науки, чтобы признать, что она только подтверждает теорию Дарвина. Учение об эволюции в 30-е годы ХХ века было поставлено на прочный генетический фундамент. Мутации в природе – дело обычное. Но почему одни мутанты постепенно исчезают, а другие, напротив, множатся от поколения к поколению? Да потому, что все они, согласно эволюционной теории, подвержены естественному отбору. Эти идеи нашли свое выражение в книге Рональда Фишера «Генетическая теория естественного отбора», вышедшей в 1930 году. Она стала одним из краеугольных камней синтетической теории эволюции в том виде, в котором она сформировалась к середине ХХ века. Сейчас это уже фактически музейный экспонат. А «теорией Дарвина» продолжают называть современную теорию эволюции только креационисты и религиозные фундаменталисты…
В 1960-е годы произошел важный научный прорыв. Была наконец расшифрована структура ДНК, стало понятно, как ДНК размножается – реплицируется, как наследственная информация считывается с нее и каким образом строение белков закодировано в генах. Наконец, был расшифрован генетический код. Это великая революция была, конечно, в биологии, которая одновременно являлась серьезной проверкой дарвиновской теории – теории эволюции. Потому что, когда Уотсон и Крик расшифровали структуру ДНК, в которой записана вся информация об организме, то самое красивое и сенсационное в этом открытии было как раз то, что молекула ДНК оказалась устроена таким образом, каким она должна была быть устроена в том случае, если Дарвин прав. То есть в самой структуре ДНК заложена способность к репликации этой молекулы и к возникновению мутаций, то есть к наследственной изменчивости. Иначе говоря, жизнь, основанная на такой молекуле наследственности, как ДНК, просто не может не эволюционировать «по Дарвину».
Креационисты иногда любят говорить, что теория эволюции якобы неопровергаема и непроверяема. На самом деле это совершенно не так, ибо эта теория многократно подвергалась проверке. В частности, в момент расшифровки ДНК. Это была одна из таких проверок.
– В начале XIX века английский геолог Родерик Мурчисон открыл «кембрийский взрыв»: в кембрийских осадочных породах древнего моря, плескавшегося над Англией 540 миллионов лет назад, он обнаружил многочисленные остатки древнего животного мира. Ниже, то есть раньше кембрия – ничего, пустота. Мурчисон решил, что кембрий и был временем, когда Господь сотворил жизнь на Земле. И это казалось неоспоримым. Сам Дарвин был озадачен: если жизнь развивалась постепенно естественным путем, то ископаемые остатки жизни должны обнаружиться и в докембрийских слоях; а если их там нет – что-то глубоко неверно во всей его теории… А что современная наука думает по этому поводу?
– Тогда в докембрийских слоях еще не умели обнаружить жизнь. Более того, на Земле не так уж много мест, где эти слои выходят на поверхность и с ними можно свободно работать, чтобы искать отпечатки ископаемой фауны. Сейчас установлено, что в позднем докембрии была весьма богатая жизнь. Причем когда креационисты говорят, что в палеонтологической летописи не хватает переходных форм, они кривят душой: и кембрийская, и докембрийская жизнь – это сплошь переходные формы к тем отрядам животных, их родам и видам, которые существуют сейчас. Есть и гораздо более древние находки – но все это в основном бактерии. Недавно вышла статья, в которой написано, что древнейшие химические остатки жизни обнаружены в Гренландии в слоях, возраст которых – 3,8 миллиарда лет.
– А возраст Земли?
– Четыре с половиной миллиарда лет…
– Получается, и миллиарда лет не прошло – а на Земле уже появилась жизнь?
– Может быть, она появилась и раньше. Может быть, она попала к нам из космоса, но об этом мы пока ничего не знаем наверняка. 4,2–3,9 миллиарда лет назад был период нестабильности в Солнечной системе, и была так называемая поздняя тяжелая бомбардировка, когда на Землю, на Марс, на Венеру, на Луну в больших количествах падали астероиды. Эта бомбардировка переплавила большую часть древней земной литосферы – коры, вместе со следами жизни, которые там могли быть. А как только бомбардировка кончилась и начали появляться осадочные породы древних морей, то в этих породах уже есть следы жизни. Что касается «переходных звеньев», между самыми первыми, примитивными формами жизни и знакомыми нам бактериальными клетками, то все они благополучно вымерли, не оставив после себя прямых потомков, за исключением одного-единственного – так называемого «последнего универсального общего предка» всех современных живых существ. Специалисты называют его «Лука» (Last Universal Common Ancestor, LUCА). Лука был уже довольно сложным организмом, напоминающим бактерию. Хотя мне ближе мысль, что Лука был не одним видом бактерий, а полиморфным микробным сообществом.
– А как обстоит дело с человеком? Ведь Дарвин никогда не говорил, что человек произошел от обезьяны. Но сейчас вокруг этого вопроса бушуют жаркие споры. Креационисты умело используют эти настроения, чтобы утверждать, что никаких оснований говорить об общем предке нет…
– Давайте не говорить больше о креационизме. Это лженаука. Как говорил американский ученый русско-польского происхождения Феодосий Григорьевич Добржанский, «ничто в биологии не имеет смысла, иначе как в свете эволюции». На ней держится вся биология, выдерни стержень – и останется бесформенная груда необъясненных фактов. Так же и с человеком. Но креационисты, о которых я условился не говорить, опять кривят душой: палеоантропология шагнула так далеко вперед, что у нас сейчас избыток, а не недостаток костного материала, по которому реконструируются «промежуточные звенья». Мы знаем нашего непосредственного предка – это одно из ответвлений грацильных австралопитеков, у которых после нескольких миллионов лет прямохождения вдруг начал увеличиваться объем мозга. При этом австралопитеки были самыми настоящими обезьянами. И последующие за ними Homo habilis, Homo erectus – которых классификация относит уже к роду людей, окажись они в дне сегодняшнем, – стопроцентно сидели бы за решеткой зоопарка в обезьяннике. Знаменитый антрополог Ли Бергер нашел интересную переходную форму: там 120 признаков человеческих, 126 признаков австралопитека, но он отнес эту форму к роду австралопитеков, обезьян, назвав ее «Австралопитек седиба», хотя, в принципе, имел право назвать ее «Хомо седиба», потому что форма промежуточная. А после этого, обнаружив новый вид, в котором была такая же смесь признаков австралопитеков и хомо, он собственной волей решил: а это пусть будет Homo. Homo naledi. То есть когда один род плавно, постепенно переходит в другой в геологической летописи, где проводить границу между предковым видом и видом потомков? Когда-то было принято считать по объему мозга: если мозг менее 600 кубических сантиметров – значит, австралопитек, если более – то Homo. В Европе первыми людьми с мозгом «современного» объема были неандертальцы, предки которых некогда вышли из Африки, следуя за более древними волнами переселенцев. Неандертальцы расселились по Европе, на Ближнем Востоке, в Средней Азии… По сравнению с более древними людьми у них был колоссальный объем мозга: до 1700 кубических сантиметров. Они уже знали огонь, делали ритуальные захоронения, у них были украшения из ракушек. То есть они в полном смысле слова были уже людьми. Но затем, 45 тысяч лет назад, их накрыла из Африки же новая волна переселенцев, которые были уже людьми современного типа: Homo sapiens. Они расселялись по тем же параллелям и меридианам, что и неандертальцы – смешивались с ними, но и вытесняли их. Скажем, у сапиенсов было уже метательное оружие для охоты, а у неандертальцев – нет. Естественно, сапиенсы чисто технологически превосходили неандертальцев, почему те и проиграли в конкурентной борьбе за охотничьи угодья. И тем не менее в геноме современного человека находят до 4 процентов неандертальских генов…
– Давайте представим себе невозможное: что какой-то материк – например, та же Африка – на несколько миллионов лет будет оставлен людьми. Возможно ли там появление разумной жизни?
– Это не исключено, и даже очень вероятно. В эволюции некоторые события бывают уникальными, случаются один раз. А есть и повторяющиеся. Вот, скажем, среди наземных животных способность к активному полету возникала независимо четыре раза. Четыре раза в четырех разных группах в совершенно разное время. Насекомые, птерозавры, птицы и летучие мыши. Значит, это вполне вероятная вещь, достаточно, так сказать, простая.
С разумом не все так просто. Скажем, у млекопитающих в течение кайнозоя в целом во многих отрядах идет процесс усложнения поведения и прогрессивного развития мозга, и во многих группах возникают такие достаточно сообразительные большеголовые виды. Это китообразные с их сложнейшей системой коммуникации, сложнейшей социальной структурой. Слоны какие-нибудь… Среди птиц – врановые тоже обладают поразительными когнитивными способностями.
То есть в целом у млекопитающих и даже у некоторых птиц эволюция в сторону «поумнения» в течение последних 60 миллионов лет прослеживается. Поэтому я бы сказал, что если бы сейчас человек потеснился и дал место для эволюции других животных, то с большой вероятностью мог бы появиться другой разумный вид млекопитающих или, может быть, птиц. Могли бы появиться. Не то чтобы прямо все станут «умненькими» – все не станут, конечно. Дело в том, что большой мозг, сложный мозг – это очень дорогая штука. Она жрет много энергии, она чревата всякими побочными последствиями, слишком много ума тоже может быть плохо. Но главное, нужно много калорий, чтобы поддерживать функционирование большого мозга. Я думаю, если бы эволюции удалось изобрести какие-то «дешевые» мозги без побочных эффектов, то многие виды стали бы умниками. Даже на дрозофилах были показательные эксперименты. Дрозофил отбирали на способность быстро обучаться чему-то. То есть выбирать из двух запахов тот, который сулит что-то хорошее, и избегать другого запаха. И удалось вывести породу быстро обучающихся, умненьких мух. Но это привело к целой куче побочных эффектов. У них снизилась жизнеспособность, продолжительность жизни, то есть они стали умными, но слабыми и больными. И это, скорее всего, не случайность, а общая тенденция, что развитый мозг – это дорогая вещь. Но все-таки весьма полезная. Особенно в такой переменчивой среде.
– Вот, кстати, о современности. Сейчас, когда природные климатические изменения приобрели глобальный характер, когда условия обитания животных меняются на протяжении жизни одного поколения – возможна ли новая вспышка видообразования? Я читал, что на Аляске те белые медведи, которые не успели уйти на лед – из-за быстрого таяния береговой кромки, – остаются на суше и смешиваются с медведями гризли. Может ли это привести к образованию нового вида?
– Теоретически может. Это может даже привести к слиянию двух видов, разошедшихся несколько сотен тысячелетий назад – белого и бурого медведя, – обратно в единый вид. Но есть более близкие примеры, они касаются городов. Вернее, приспособления животных к жизни в городах. Скажем, городские комары уже появились. Их пока не выделяют в отдельный вид, но по многим важным признакам они уже отличаются от диких комаров. Для них кровососание стало не совсем обязательным. То есть самка этого комара может разок отложить яйца без кровососания. Потому что их личинки развиваются в подвалах, в сточных водах, очень богатых органикой, личинки хорошо питаются по сравнению с дикими комарами, которые растут в естественных, чистых водоемах. Потом – они отказались от роения. Нормальные комары спариваются только во время роения. А городские комары от этого отказались. Они могут спариться даже в пробирке без всякого роения. Диким комарам обязательна зимняя спячка – иначе они не выживут, а городские комары приспособились жить в домах, в подвалах – и отказались от зимней спячки.
– А за полтора века так и не появилось теории, которая могла бы конкурировать с СТЭ? Вот я читал про эпигенетическую теорию. В чем ее смысл?
– Простейшая эволюционная модель у нас такая: происходит мутация, она как-то проявляется в фенотипе (облике живого), и, если изменение оказывается полезным, отбор ее поддерживает и мутация распространяется. А эпигенетическая теория эволюции предлагает такую модель: происходит сильное, стрессовое изменение среды, что приводит к дестабилизации развития, так что вместо нормального фенотипа начинают получаться какие-то аберрантные фенотипы, уроды – то, что называется «морфозы». На первых порах это ненаследственная аномалия. Что делал Конрад Уоддингтон? Он брал личинок дрозофил, обрабатывал их парами эфира, то есть вызывал резкое стрессовое воздействие – реакцию на яд. После этого среди дрозофил стали появляться иногда мухи с четырьмя крыльями вместо двух. Если дальше взять четырехкрылых мух, получить от них потомство, опять личинок обработать эфиром, опять в потомстве появится какой-то процент четырехкрылых уродливых мух, опять их отобрать и так в ряду поколений обрабатывать личинок эфиром, то со временем эти четырехкрылые уроды будут появляться все чаще и чаще, нужно будет все меньше и меньше паров эфира для этого. И в конце концов можно вывести породу мух, у которых четыре крыла будут получаться вообще без эфира. Эволюция может идти и таким вот непростым путем.
В ходе развития работают определенные гены. В том числе есть такой определенный ген – ультрабиторакс. Когда мы обрабатываем личинку парами эфира, этот эфир нарушает систему регуляции этого гена в третьем сегменте груди, он у некоторых особей не срабатывает, и получаются вот эти четырехкрылые мухи. Когда мы начинаем вести отбор, отбираем вот этих четырехкрылых уродов из поколения в поколение, фактически мы ведем отбор на неустойчивость, на уязвимость системы регуляции гена ультрабиторакс.
– А чем эта теория противоречит СТЭ?
– Вот то-то и оно. Ничем. Мы всего лишь наблюдаем один из возможных путей появления новых признаков. Так иногда бывает в природе – стрессовые воздействия. Сторонники эпигенетической эволюции почему-то, по невнятным для меня причинам, выставляют это как альтернативу, как нечто опрокидывающее имеющиеся представления.
На мой взгляд, ничего они не опрокидывают. То, о чем они говорят, это реальная вещь. Так бывает с рыбами, попавшими в пещерные воды, например: подземная вода «выводит из строя» белок HSP90, функция которого состоит в том, что он не дает проявляться в фенотипе многим мутациям. Отключение HSP90 приводит к проявлению скрытой изменчивости. В частности, получаются рыбы с маленькими глазами, слепые рыбы… Но это, конечно, не опровержение имеющихся классических представлений об эволюции, это интересное дополнение, дальнейшее развитие эволюционной биологии.
– Хотелось бы какого-то заключительного слова про современную теорию эволюции.
– Жизнь больше не представляется нам обреченной всегда двигаться вслепую и наугад. Отбор удачных вариантов из множества случайных изменений оказывается хоть и очень важным, первичным, но все-таки далеко не единственным способом придания эволюции направленности и смысла. Способность к эволюции, более того, необходимость эволюции заложена в самую сердцевину жизни, это ее основа, которую нельзя удалить, не уничтожив все здание. И мы видим, что земная жизнь эволюционирует не как множество разрозненных объектов, каждый из которых озабочен лишь собственным выживанием и должен полагаться только на себя – так полагали в 1930-е годы. Жизнь развивается как единое целое. Как это непохоже на старые представления о всеобщей безжалостной борьбе и изолированном, одиноком пути каждого отдельного вида! Мы видим, как по мере развития биологической науки бывшие индивидуальные организмы превращаются в симбиотические сверхорганизмы. Механизмы эволюции совершенствуются. Куда это может привести? Не появится ли у эволюции возможность предвидеть результаты генетических изменений и проектировать их на основе этого предвидения? Создается впечатление, что эволюция в данный момент как раз работает над решением этой проблемы. Она уже произвела на свет – может быть, в качестве первой пробы – довольно необычный вид животных, который не только научился основам генной инженерии, но и, кажется, стоит на пороге понимания последствий своих поступков. Впрочем, эта тема выходит за рамки нашего разговора…
Что еще? Возникло особое междисциплинарное направление исследований – Универсальная История, или Big History. Один из его основоположников – профессор Дэвид Кристиан из университета Сан-Диего. При взгляде на историю мироздания «с высоты птичьего полета» создается впечатление, что каждый новый шаг в эволюции Вселенной логически вытекал из предыдущего и, в свою очередь, предопределял следующий. Возникновение жизни предстает уже не случайностью, а закономерным итогом развития. Вселенная словно была изначально спроектирована так, чтобы в ней появилась жизнь, и проект был чрезвычайно точен. Даже небольшое изменение базовых физических констант сделало бы жизнь невозможной (по крайней мере, такую жизнь, как наша). Впрочем, в такой Вселенной некому было бы и рассуждать о мудрости ее устройства. Кто знает, может быть, существует много разных Вселенных и только в нашей все так удачно сложилось? Физики относятся к такой возможности вполне серьезно. Вы чувствуете, как это захватывающе?!