Жизнь на Земле настолько сложна и разнообразна, что даже дух захватывает: более восьми миллионов живых видов от водорослей до слонов. Все виды произошли от общего одноклеточного предка около 3,5 миллиарда лет назад. Но означает ли это, что эволюция всегда и неизбежно порождает большее разнообразие и сложность, поэтому ее направление более чем предсказуемо?
Чарльз Дарвин сформулировал три ингредиента естественного отбора: индивиды должны быть разными, поэтому в популяции есть различия; они также должны быть в состоянии передать это разнообразие потомству; наконец, особи должны конкурировать за ресурсы, ограничивающие количество потомства, которое они могут произвести.
Эволюция также зависит от контекста и окружающей среды, которые, как известно, постоянно меняются непредсказуемым образом. Например, рыбы, которые начинают жить и развиваться в темных пещерах, часто теряют глаза, потому что затраты на их развитие перевешивают их преимущества.
Таким образом естественный отбор работает от поколения к поколению, не имея какой-то запланированной цели. Кроме того, не все эволюционные изменения являются реакцией на естественный отбор, они могут быть нейтральными или случайными. Нет никакой гарантии, что образуется больше видов, так как те, что эволюционировали какое-то время активно, могут вовсе исчезнуть из-за определенных обстоятельств. И как может все это богатство и разнообразие быть результатом бесцельного процесса?
Влияние экологии
Экология и эволюция — это две стороны одной медали. Окружающая среда — это не только неживые объекты, окружающие организм, но и другие биологические виды, с которыми он взаимодействует.
Мы можем проследить это взаимодействие с самого момента зарождения жизни. На протяжении миллиардов лет организмы пребывали в виде отдельных клеток внутри морей. Затем несколько групп независимо друг от друга развили многоклеточность, а первые животные, растения и грибы со сложным строением, различными тканями и органами появились только около 540 миллионов лет назад, в Кембрийский период, где наблюдается всплеск разнообразия.
Это могло быть вызвано повышением уровня кислорода в океанах, что, в свою очередь, было результатом фотосинтеза — процесса, посредством которого растения и другие организмы преобразуют солнечный свет в энергию, выделяя кислород. Гораздо более простые формы жизни до этого вырабатывали кислород в течение миллионов лет.
Как только животные достигли больших размеров и у них развились кишки, твердые части тела, челюсти, зубы, глаза и ноги, стали возможны сложные пищевые цепи, которые со стороны очень похожи на настоящие гонки вооружений между хищниками и добычей. Живые существа, которые обзавелись органами, позволяющими им выбраться на сушу, открыли еще больше возможностей для развития. Как только эти нововведения заявили о себе, их уже нельзя было игнорировать — все это способствовало развитию разнообразия.
Единственная диаграмма в книге Дарвина «О происхождении видов» показывает разделение видов во времени. Если появляется больше видов, чем исчезает, то видовое богатство растет. Дарвин задавался вопросом, может ли экологическое пространство однажды переполниться.
Но, насколько мы можем судить, количество видов увеличивается на протяжении большей части последних 250 миллионов лет. Даже прошлые естественные массовые вымирания были лишь временными неудачами, которые, возможно, создали еще больше возможностей для развития разнообразия в долгосрочной перспективе.
Разнообразие не случайно
По мере того, как организмы задействуют более сложные системы развития, они могут изменять некоторые аспекты своей анатомии. Отчасти это связано с тем, что гены, ткани и органы часто выполняют несколько различных функций, поэтому часто бывает невозможно улучшить одну из них, не ухудшив какую-то другую.
Например, почти все млекопитающие от жирафов до людей имеют всего семь шейных позвонков. Если же формируется другое число этих костей, то возникают другие анатомические проблемы. Птицы в этом вообще на нас не похожи: они с поразительной легкостью формируют разное количество шейных позвонков, например, у лебедей бывает от 22 до 25. Однако есть тенденция, заключающаяся в том, что гибкость строения тела уменьшается на фоне усложнения самого строения.
Довольно часто близкородственные виды в итоге отбираются по схожим алгоритмам. Более того, отклонение в развитии указывает на неслучайный характер анатомических изменений.
Возьмем для примера млекопитающих — произошли от общего предка и приняли поразительно похожие формы несмотря на то, что развивались на разных континентах. Этот пример говорит о том, что эволюция не является совершенно непредсказуемой. Просто существует множество решений одних и тех же физических и биологических задач: возможность видеть, летать или рыться в земле.
Будущее эволюции
В основе эволюционной биологии лежит явное противоречие. С одной стороны, механизмы эволюции не имеют предрасположенности к изменению в каком-либо определенном направлении. С другой стороны, если позволить этим механизмам работать без ограничений, созданные ими и переплетенные между собой экологические и развивающиеся системы будут производить все больше и больше видов, параллельно усложняя их строение.
Так можем ли мы ожидать большего разнообразия и сложности в будущем? Сейчас мы находимся на пороге шестого массового вымирания, вызванного людьми и не проявляющего никаких признаков остановки. Будут уничтожены результаты миллионов лет эволюции. Несмотря на это, сами люди слишком многочисленны, широко распространены и легко адаптируются, поэтому нам не грозит вымирание в ближайшее время. Гораздо более вероятно, что мы еще больше расширим наше присутствие, создав пригодные для жизни биосферы на других планетах.
На других планетах мы можем однажды обнаружить инопланетную жизнь. Будет ли она развиваться согласно той же эволюционной траектории, что и жизнь на Земле? Переход от одной клетки к многоклеточности будет легким стартом. Несмотря на то, что на Земле это произошло довольно поздно, это все-таки происходило не раз. Более сложное развитие различных видов ткани поддержало только несколько групп живых организмов на Земле, поэтому этот этап выглядит уже более сложным.
Если инопланетная жизнь преодолеет некоторые препятствия, то ее развитие, скорее всего, будет происходить по такому же сценарию, как это когда-то произошло на Земле. Но, возможно, доминирующие разумные виды, такие как мы, помешают развитию более молодых видов на других планетах.
Астроном Фрэнк Дрейк предложил уравнение для оценки возможного количества разумных цивилизаций в нашей галактике. В нем содержался термин, обозначающий время, которое такие цивилизации проживают прежде, чем уничтожить себя. Дрейк был настроен пессимистично — будем надеяться, что эта переменная станет лишней в подобных расчетах.
По материалам статьи «Evolution: why it seems to have a direction and what to expect next» The Conversation
Перевод: Анатолий Зиненко
