На развилках эволюции

Эволюция животных

Теория эволюции произвела величайшую интеллектуальную революцию: человечество не только узнало много нового об окружающем мире и о себе, но и выработало новое мировоззрение. Напомним основные вехи становления этой теории.

Эволюционные идей высказывали многие мыслители, начиная от древнекитайских и античных философов. Однако лишь к началу девятнадцатого века возникла благоприятная для них интеллектуальная атмосфера. На 1809 год приходится сразу два важных события: выход в свет книги Ламарка «Философия зоологии» и рождение Чарльза Дарвина. В трудах Жана Батиста Ламарка приведено множество фактов, подтверждающих эволюцию. И все же Ламарк не стал основателем современной теории. Причина этого — в его взглядах на механизм эволюции. Основной движущей силой Ламарк считал внутреннюю активность организма, подсознательную потребность или волю. Изменения среды порождают новые потребности. Соответственно изменяется поведение и активность тех или иных органов. Упражнение органа ведет к его развитию и увеличению, неупражнение — к редукции.

Забегая вперед, замечу, что оригинальные воззрения самого Ламарка нельзя путать с откровенно виталистическими взглядами многих ламаркистов. Внутренняя потребность не могла, конечно, быть основой эволюции. Но в иные времена она могла все же играть роль…

Однако по порядку. Современники Ламарка Жорж Кювье и Александр Броньяр, изучая геологию Парижского бассейна, установили чередование в геологическом разрезе морских и пресноводных осадков. Это привело их к идее последовательных вторжений моря, уничтожавших все живое. После отступления моря жизнь возобновилась. Это учение, названное впоследствии катастрофизмом, получило большую популярность в первой половине девятнадцатого века. Позднее оно было отвергнуто сторонниками Ляйеля и Дарвина, но следует отдать должное Кювье и Броньяру: в их представлениях, в общем, нет ничего фантастического. И в наши дни многие палеонтологи признают огромное влияние морских трансгрессий и регрессий на развитие органического мира.

Американские исследователи Зангерль и Ричардсон, скрупулезно анализируя различные данные, установили: обширнейшие приморские низменности палеозойской эры в районе Аппалачей были затоплены морем за несколько дней (а может быть, и за несколько часов). Катастрофа в полном смысле слова! Попытки Кювье связать свои выводы с библейской легендой о всемирном потопе были, конечно, данью времени. Главная его ошибка заключалась в том, что он, не имея склонности к путешествиям и будучи в высшей степени самоуверенным ученым, придавал своим локальным наблюдениям в Парижском бассейне всемирное значение.

Мировой потоп

Эту ошибку вскоре заметил молодой английский юрист и геолог-любитель Чарльз Ляйель. Много путешествуя, он пришел к выводу, что катастрофы Кювье могли иметь лишь частное значение. Все геологические структуры Земли сформировались, по его мнению, путем медленных, очень постепенных эволюционных процессов под влиянием тех же сил, которые действуют в наши дни. Чарльз Дарвин, собираясь в кругосветное плавание на «Бигле», взял с собой книгу Ляйеля и внимательно штудировал ее при изучении геологии океанических островов. Таким образом, учителем Дарвина был не эволюционист Ламарк, а Ляйель, придерживавшийся в отношении органического мира антиэволюционистских взглядов. Впрочем, после опубликования дарвиновского «Происхождения видов» Ляйель, которому тогда уже было 62 года, полностью отказался от прежних убеждений и начисто переписал соответствующие разделы своих «Основ геологии».

Дарвин унаследовал от Ляйеля любовь к неотвратимо действующим механизмам, постепенности и отвращение ко всякого рода скачкам. Успеху его учения способствовала исключительная простота открытого им механизма естественного отбора.

Дарвин не был знаком с работой своего гениального современника аббата Грегора Менделя «Опыты над растительными гибридами», опубликованной в 1866 году. Мендель, со своей стороны, хорошо знал книгу Дарвина «Происхождение видов», но был о ней не слишком высокого мнения.

Значение открытого Менделем закона расщепления и рекомбинации признаков при половом размножении было осознано лишь в начале прошлого века. Первые последователи Менделя считали, что новые виды возникают непосредственно при помощи мутации — изменений «наследственных задатков» (генов). Если несколько упрощать, то дело можно объяснить так: появилась мутация в каком-либо гене — возникает новый вид. Механизм мутации был противопоставлен дарвиновскому естественному отбору. Лишь позднее возникло представление о мутациях как об источнике «сырого материала» для отбора. Иначе говоря, состоялся синтез идей Дарвина и Менделя; так был заложен фундамент современной синтетической теории.

Эпитет «синтетическая» относится не только к сочетанию этих двух фундаментальных идей, но и к синтезу данных, поставляемых разными науками — систематикой, генетикой, экологией, палеонтологией и т. д.

Современная синтетическая теория опирается на столь огромное количество разнообразных фактов, что ее практически невозможно опровергнуть. Это, впрочем, не означает, что она неуязвима для критики. Как и всякая другая теория, она впитала в себя и сильные и слабые стороны исходных посылок. Было бы заблуждением думать, что разработка теории уже в основном завершена и осталось лишь отшлифовать детали. Нельзя не заметить, что и возможности провозглашаемого ею синтетического подхода далеко не исчерпаны.

Мендель, как известно, сделал величайшее открытие с помощью математической обработки экспериментальных данных. Дарвин тоже не чуждался точных наук. В письмах он не раз высказывал мысль, что законы развития жизни — лишь выражение более общих законов, управляющих Вселенной. В этом отношении и Мендель, и Дарвин противостояли Ламарку, который был противником эксперимента и математизации. Математические методы играют большую роль в синтетической теории наших дней, вторгаясь даже в такие области, где фактическая основа еще не слишком надежна. И при этом, иногда поневоле, игнорируют те данные, которые пока не укладываются в математическую теорию. Отсюда — стремление свести сложное развитие биологической системы к одним лишь автоматическим процессам.

Механизм естественного отбора, открытый Дарвином, основан, как мы сказали бы теперь, на автоматической регуляции численности: с ростом численности увеличивается также сопротивление среды, препятствующее дальнейшему росту. В этом, как мне кажется, и сила, и слабость теории естественного отбора. Она может объяснить многое, так как автоматические процессы действительно широко распространены. Она не может объяснить всего, так как автоматические процессы — не единственный механизм регуляции численности.

В теории естественного отбора большую роль играет представление о биотическом потенциале — способности организмов размножаться при условии, что увеличение численности не встречает препятствий. Нередко о биотическом потенциале думают, как о чем-то угрожающем — мол, дай им волю, так они за несколько лет заполнят весь мир своим потомством. Где же взять еды на всех? Хорошо, что большинство погибает и лишь наиболее приспособленные выживут в результате естественного отбора.

В последнее время саранча, лемминги и мыши нанесли этой системе взглядов сокрушительный удар. Оказалось, что плотность населения сильнейшим образом влияет на поведение, размножение и даже внешний облик животных. Безобидные зеленые саранчовые от скученности «сереют», превращаются в стадную, обреченную на гибель саранчу и приобретают те грабительские замашки, которые снискали им недобрую славу.

Мыши при достижении определенной плотности популяции почти перестают размножаться (без всякой связи с истощением пищевых ресурсов). Леммингами овладевает «беспокойство — охота к перемене мест». Возбужденные животные упорно продвигаются вперед, пока не подойдут к морю. Здесь они отнюдь не останавливаются, а входят в воду так, как будто перед ними вообще нет никакого препятствия. И гибнут тысячами. Эти примеры (их число, разумеется, можно увеличить) показывают, что помимо внешней автоматической регуляции есть и другие, более тонкие механизмы — внутренняя автоматика, когда животные активно участвуют в регуляции численности.

лемминги

В последние годы было затрачено много усилий на создание математических моделей биологических процессов. Их плодотворность не вызывает никаких сомнений. И все же приходится признать, что работающие в этом направлении ученые преуспели главным образом в объяснении того, как биологические системы сохраняют устойчивость и присущую им изменчивость или как увеличивается их приспособленность. А как возникают принципиально новые типы организации? Моделировать этот процесс пока не удается, а ведь он составляет квинтэссенцию эволюции.

Даже если новое подготавливается постепенно, путем накопления нейтральных для организма изменений, то переломный момент от нейтрального к приспособительному, к селективно положительному — это скачок. Что же служит трамплином? Современная синтетическая теория, с присущей ей склонностью к «автоматическим» объяснениям, делает ставку на географическую изоляцию. Если, скажем, часть континента превратится в остров, то ее население окажется в более или менее полной изоляции. Со временем островная популяция приобретет заметные отличия от континентальной. Наконец, наступит момент, когда островитяне уже не смогут скрещиваться со своими бывшими земляками, оставшимися на континенте. Возникает «хороший» новый вид. Такой механизм видообразования вполне реален, но отнюдь не может претендовать на универсальность.

Во-первых, геологические процессы, ответственные за изоляцию, в большинстве случаев разворачиваются куда медленнее, чем видообразование. Во-вторых, известно немало примеров, когда длительная изоляция не дает ровным счетом никаких результатов. Чтобы не быть голословным, приведу один из таких примеров. Как в Старом, так и в Новом Свете испокон веков (а точнее, около 70 миллионов лет) растет красивое широколиственное дерево платан.

платан

Хотя американские платаны были отрезаны от евразиатских в незапамятные времена, они не только очень похожи друг на друга, но и дают при скрещивании вполне жизнеспособное потомство. Приходится допустить, что видообразование гораздо чаще начинается не с географической изоляции. А с чего?

Вспомним опять-таки злосчастного буриданова осла, который подох с голоду, не в силах выбрать между двумя охапками сена. Но осел — далеко не самое привередливое из животных. Опыты гидробиологов показали, что даже такое, казалось бы, несмышленое существо, как личинка усоногого рака, в квартирном вопросе проявляет почти неприличный снобизм. Она не торопится начать оседлый образ жизни. Тщательно исследовав какой-нибудь участок дна, личинка капризно поворачивается и уплывает прочь. Так может повторяться несколько раз. Если сделать на дне аквариума несколько концентрических бороздок, а в центре — ямку, то личинка минует бороздки и осядет в центральной ямке. Если ямки нет, она удовольствуется бороздкой. Если нет и бороздки, то, наплававшись до изнеможения, личинка прикрепляется где попало.

Можно предположить, что видообразование без изоляции начинается со случайных различий в выборе местожительства, диеты или другого жизненно важного условия. А так как животные, вообще говоря, без особой надобности не покидают родных мест, то случайный выбор может со временем превратиться в привычку, предпочтение. С этого не начинается, конечно, образование нового вида. Но с этого начинается изоляция. Фракции с разными предпочтениями все же реже скрещиваются друг с другом (можно бы выбрать подругу жизни из другой фракции, да стоит ли изменять своим привычкам?). До полной несовместимости дело, может быть, и не дойдет. Но если дойдет, то появится новый вид.

Таким образом, кроме механического разделения, действуют более тонкие механизмы видообразования, в которых активный выбор играет ведущую роль. Не считаться с ними нельзя.

Эволюционная теория пока плохо справляется не только с появлением новых групп организмов, но и с вымиранием. Ужасные драконы — динозавры, которые так часто становятся героями приключенческих романов, в действительности вымерли примерно за 60 миллионов лет до появления человека. Чем объяснить их исчезновение? Катастрофой или же закономерным поражением тех, кто менее приспособлен к жизненной борьбе? Дарвин принимал второе объяснение. Он считал вымирание процессом медленным и постепенным (к случайностям он питал органическое отвращение). Если человек долго болел, рассуждал Дарвин, то нет оснований подозревать, что он умер при криминальных обстоятельствах. Однако динозавры не «болели», вымирание здесь непосредственно следовало за расцветом и завершилось очень быстро (в геологическом смысле): 2—3 миллиона лет — максимальная цифра.

динозавры

Немало усилий было затрачено, чтобы объяснить вымирание динозавров конкурентной борьбой. Их конкурентами могли быть только примитивные млекопитающие мелового периода — малосимпатичные существа величиной с фокстерьера. Они явно не помышляли о встрече с динозаврами в открытом бою, но, возможно, пожирали их яйца. Кроме того, они были более активны ночью, когда почти все рептилии цепенели от холода. Все это очень правдоподобно, но беда в том, что почти все мезозойские млекопитающие вымерли одновременно с динозаврами. Выходит, они одержали пиррову победу?

Скорее всего, вымирание было вызвано вмешательством какого-то внешнего фактора, изменением климата, содержания кислорода в атмосфере или микроэлементов в почве, радиоактивным облучением и тому подобным (на этот счет существуют бесчисленные гипотезы). В то же время палеонтологи установили, что у животных, обреченных на вымирание, нередко наблюдается гипертрофия того или иного органа, превращающая их в настоящих монстров. Ясно, что «монстровость» как-то связана с вымиранием. Например, гигантский олень ледникового периода имел столь огромные и ветвистые рога, что это просто мешало ему двигаться. Как могло случиться, что природа допустила подобную оплошность?

Объяснение нередко ищут в аллометрических закономерностях роста. Допустим, у животного есть рога, и оно выросло на один процент своего роста. Рога тоже выросли на один процент. Это пропорциональный рост. Теперь допустим, что животное выросло на один процент, а рога при этом — на два процента длины. Это аллометрический рост. Плейстоценовый олень из поколения в поколение становился все крупнее, а рога увеличивались еще быстрее. И вот — печальный результат. Это — «автоматическое» объяснение, которое, как всегда, подкупает своей простотой. Однако есть основания подозревать, что аллометрические пропорции не так уж незыблемы, и если аллометрически положительный рост органа становится губительным для организма, то естественный отбор изменит его на аллометрически отрицательный.

Поэтому следует учесть «неавтоматический» вариант, связанный с половым отбором. Пововой отбор — та область, где высшие животные проявляют способность выбирать, руководствуясь своего рода эстетическим чувством. Возможно, мысль об эстетическом чувстве у животных многим покажется непривычной. Напомню в этой связи, что некоторые птицы привлекают самку не только яркостью оперения, но и способностью украшать гнездо такими неотразимо заманчивыми предметами, как осколки бутылочного стекла, цветные камешки и даже украденная у какого-нибудь ротозея брошь. Обезьяны активно проявляют свою способность к живописи.

обезьяна рисует

В последнее время биологи серьезно заинтересовались рисунками обезьян. Оказалось, что эти рисунки — отнюдь не беспорядочная мазня, как казалось некоторым скептикам. В них явно преобладают определенные мотивы — кругообразные фигуры и расходящиеся пучки линий. Каково происхождение этих мотивов? Полагают, что наиболее яркое первое впечатление новорожденного — это склоненное над ним лицо (круг) и протянутые ладони рук (пучок расходящихся линий — пальцев). Две руки, симметрично расположенные глаза порождают чувство симметрии. Если дать обезьяне-художнику асимметричный рисунок, она добавит линии, делающие его более симметричным. Дети тоже любят симметрию и любят рисовать растопыренные пальцы, торчащие прямо из круга — головы. Так что не будет слишком смелым предположить, что художественные наклонности у нас и у обезьян имеют один и тот же источник.

Если теперь читатель отбросил сомнения относительно эстетического чувства у животных, то вернемся к нашим монстрам.

Тот же гигантский олень мог, конечно, направиться в тупик эволюции не из-за эстетического чувства самок, но просто потому, что гигантские рога, бесполезные и даже, как оказалось, смертельно опасные для вида, давали преимущество в брачных битвах.

битва оленей

В меловом периоде жили своеобразные травоядные рептилии с несоразмерно утолщенными лобными костями. Можно подумать, что твердолобость помогала им защититься от хищных динозавров, но такое объяснение едва ли правильно. Во-первых, все рептилии, независимо от толщины лобных костей, мало чувствительны к ударам по голове. С другой стороны, было бы наивно надеяться отразить нападение гигантского хищника с помощью удара лбом, каким бы прочным он бы ни был. Спасение, по-видимому, могло быть только в бегстве. Тут уж тяжелый череп был скорее помехой. Мы, вероятно, снова сталкиваемся с противоречием между половым отбором (разрастание лобных костей могло быть украшением или оружием в схватках между самцами) и адаптацией, требовавшей умения быстро бегать. Это противоречие могло быть причиной недолговечности твердолобых рептилий.

И, наконец, еще один биологический курьез, косвенно связанный с половым отбором. Вы, наверное, не раз замечали, что бабочки похожи на цветы, а цветы — на бабочек. А почему? Логика подскажет вам, что бабочки подделываются под цветы (для камуфляжа). Во многих случаях так и есть, но бывает и наоборот. Вы, наверное, слышали о сиренах — обольстительных созданиях, которые заманивали мореплавателей, принимая облик их возлюбленных. Так вот, есть цветы, которые так же коварно поступают с крылатыми воздухоплавателями. Принимая цветок-сирену за даму своего вида, крылатый кавалер спешит галантно заключить ее в объятия. На ошибках учатся, но не все и не сразу. Ошибаясь несколько раз подряд, насекомое переносит пыльцу с цветка на цветок и поневоле способствует тому, чтобы «сирены» плодились и размножались.

Можно подумать, что насекомое, способное спутать цветок с самкой своего вида, слишком неразборчиво в любви. Это было бы несправедливым обвинением. Просто подруга жизни представляется ему в виде какого-то геометрического символа, и если сирена-цветок сумеет воспроизвести этот символ, она уже может не беспокоиться о натуралистических подробностях. Наивный кавалер останется ее верным рыцарем, а ведь именно в этом и заключается цель изощренного плутовства. Растения, размножающиеся с помощью насекомоопыления, вынуждены принять меры, чтобы оградить себя от заноса чужой пыльцы и нежелательной гибридизации. Следовательно, необходимо ограничить свободу выбора насекомых-опылителей, заставить их посещать цветки только своего вида и никакого другого. Это достигается разными средствами, имитация самки — одно из них.

Теория эволюции, как мы видели, имеет свою историю, и в ней немалую роль играл логический принцип предпочтительности наиболее простого решения проблемы. Но в науке о жизни, как ни в какой другой, справедливо изречение, что истина редко бывает абсолютной и еще реже — простой.

Автор: В. Красилов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *