Текст книги "Странности нашей эволюции"
Автор книги: Кит Харрисон
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 12 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]
Взаимодействие генов
Случай с группами крови довольно сложен, хотя с другими генами дело обстоит еще сложнее. Некоторые признаки действительно зависят от одного-единственного гена (точнее, от одной генной пары), который получает удобное название, вроде «гена цвета глаз» или «гена высоты роста». Но в большинстве случаев признаки зависят от многих взаимодействующих друг с другом генов. В настоящее время известно, что цвет глаз определяют по меньшей мере три разные генные пары, причем есть подозрение, что их гораздо больше. Цвет кожи также зависит не от одного гена, что верно и для многих других особенностей нашего организма.
На этом сложности не заканчиваются. Было бы неверно рассматривать организм как запрограммированную генами машину, собираемую по четким инструкциям, подобно тому, как собирают машины на заводе. В отличие от них в биологических системах, таких как наш организм, многие «детали» не имеют жесткого крепления. Взаимодействующие между собой гены определяют не столько конечные признаки организма, сколько его развитие от зародыша до взрослой особи. Например, кожа вырастает не потому, что в ее гене заложена «инструкция по сборке кожи», а потому что ее клетки получают сигналы от соседних клеток, направляющие действие их генов в определенном порядке. Если это участок кожи на голове, то включаются гены роста волос, если это участок во рту, то гены роста волос выключаются. Гены, ответственные за рост волос, имеются во всех типах кожи, ведь по большому счету один и тот же набор генов присутствует практически во всех наших клетках. Наивно было бы полагать, будто гены в клетках рта и гены на макушке головы «знают», где они находятся. Многие виды тканей развиваются так, а не иначе не из-за содержащихся в них генах, а в ходе взаимодействия с другими окружающими их тканями. Наше тело – это не просто собранный на конвейере механизм, а скорее результат непрерывного взаимодействия и развития всего сообщества клеток и тканей, растущих и влияющих друг на друга на протяжении всей нашей жизни, особенно на тех порах, когда мы еще находимся в утробе матери.
Принимая во внимание всю сложность взаимодействия генов и учитывая то, что конечный результат зависит от огромного количества самых разных факторов, действующих в период развития организма, все известия о том, что в какой-то лаборатории удалось открыть «ген облысения» или «ген гомосексуальности» (эти сообщения в последнее время неоднократно появлялись в средствах массовой информации), можно смело причислить к жанру научной фантастики.
Глава пятая
Эволюция на практике
Форма тела особи любого вида представляет собой набор признаков, переданных ей по наследству от предков. Для того чтобы выжить в текущей среде обитания или приспособиться к новым условиям окружающей среды, популяции необходимо пройти через естественный отбор тех признаков, которые имеются в генофонде вида. Поскольку каких-то идеальных генов, соответствующих данным условиям, чаще всего не бывает, природа обходится тем, что есть. Здесь можно привести очередную аналогию.
Представьте себе, что вы совершали морское путешествие и потерпели кораблекрушение. Вам повезло, и вы выбрались на необитаемый остров, где вам придется полагаться только на то, что находилось в ваших карманах на момент кораблекрушения. Понятно, что идеальными в данных условиях были бы набор всевозможных инструментов и «Справочник по выживанию на необитаемом острове» (Автор Робинзон Крузо, 4-е издание). Но у вас ничего такого нет. Значит, нужно использовать то, что есть, иначе вы погибнете.
В кармане у вас завалялась монетка. Вы затачиваете ее края на камне и пользуетесь ею для обстругивания веток, с целью создания стрел для охоты и гарпунов для ловли рыбы. Конечно, для этого гораздо лучше подошел бы нож, но его у вас не было. Впрочем, с этим неплохо справляется и монетка, а благодаря выпуклым буквам и цифрам на поверхности она не так сильно скользит в руках. Позже вы придумываете еще один способ затачивать стрелы. Вам уже не нужен нож, но нужно грузило для удочки. Идеально для этого подошел бы кусочек свинца, но его у вас нет. Поэтому вы сгибаете монету пополам и прикрепляете ее к леске. Теперь выпуклые буквы помогают ей крепче держаться на леске. Итак, вы уже нашли два применения тому, что предназначалось совершенно для других целей и не имело никакого отношения к жизни на необитаемом острове. При этом монета – не самый совершенный инструмент, но он работает. Вы ловите рыбу и поддерживаете свое существование. Тем временем на монете остаются отметки, повествующие об ее истории. На ней до сих пор видны отчеканенные буквы с цифрами, она сохраняет округлую форму, а также острые края с того времени, когда служила режущим орудием. В данный момент чеканка используется совсем для другой цели, нежели изначально, а острые края уже не нужны, хотя никакого вреда от них тоже нет.
То, что мы проделали с монеткой, эволюция автоматически делает с различными органами тела в ходе естественного отбора. Результат же получается примерно тот же. Тела многих животных сохраняют черты, которые сейчас используются совсем для других задач, нежели раньше. Зубы акулы – это видоизмененные чешуйки; крылья птицы – видоизмененные передние конечности; мембраны на крыльях летучих мышей сначала прикрывали тело, но позже стали использоваться для увеличения аэродинамической поверхности и т. д. Кроме того, некоторые черты, подобно заостренным краям монеты в нашем примере, сейчас не имеют никакого полезного свойства, хотя в прошлом были полезны для предков нынешних особей и передавались из поколения в поколение. Вы, вероятно, сейчас сидите на остатках хвоста, который возник у ваших предков и выполнял полезные функции, но в настоящий момент представляет собой лишь несколько костей на конце позвоночника. Другой пример – рудиментарный палец собак, который можно заметить у них высоко на ноге и который не касается земли. У предков собак было пять полноценных пальцев, но в процессе эволюции они стали бегать быстрее, так что один палец уменьшился в размерах и поднялся выше (сокращение числа пальцев на ноге распространено среди животных, которые быстро передвигаются по земле; см. рис. в гл. 12, раздел «Ступни»). Сейчас у собак только четыре функциональных пальца. Пятый палец ничего полезного не дает, и собаководы иногда даже удаляют его хирургическим путем. Вполне вероятно, если бы собаки и дальше жили сами по себе, а не рядом с человеком, который подвергает их искусственному отбору, и если бы естественный отбор среди них продолжился, то их пятый палец или совсем исчез бы, или не был бы виден снаружи, как остатки хвоста у людей.
Эволюция не стремится к совершенству
Если какой-то признак в ходе эволюции утрачивается, то восстановить его почти невозможно.
Естественный отбор действует только в отношении тех признаков, которые имеются в данный момент, так что изменения условий влияют только на те части тела особи, которые есть сейчас. Например, птицы произошли от древних пресмыкающихся, которые произошли от древних земноводных, а те в свою очередь произошли от древних рыб. У древних рыб, земноводных и пресмыкающихся были длинные хвосты, которые участвовали в движении, когда животные плавали. В процессе своей эволюции птицы утратили длинные костистые хвосты и приобрели вместо них хвосты в виде перьев. От первоначальных хвостов у них осталась только так называемая гузка. Когда некоторые птицы (например, пингвины) вернулись в водную среду обитания и начали плавать, у них не вырос такой же хвост, как был когда-то. Для плавания пингвины использовали конечности, с помощью которых ранее летали, то есть крылья, так что теперь они как бы летают под водой. В результате кости их крыльев стали больше и крепче, чем кости крыльев других птиц, ведь плотность воды значительно больше плотности воздуха и для передвижения в ней требуется больше усилий. Как следствие, пингвины утратили способность летать в воздухе. Они плавают на поверхности моря, но хвост для плавания у них так и не появился. Вместо этого пингвины гребут в воде перепончатыми лапами подобно тому, как отталкиваются ими, передвигаясь по земле.
Идеальным решением для передвижения птиц в воде был бы хвост, подобный хвосту рыб, но эволюция ничего не планирует и не продумывает заранее. Эволюция просто происходит в результате естественного отбора; это следствие, а не причина. Пингвины приспособились к новой среде обитания и выжили, потому что естественный отбор понемногу изменял облик особей каждого поколения. Благодаря долгой череде небольших изменений общая форма тела пингвинов изменилась так, как требуется для птиц, которые ловят рыбу в воде. Природа не требует идеального решения, она довольствуется тем, что работает.
Так мы подходим к ответу на давний вопрос, который задают себе многие женщины: «Почему рожать так больно?» Беспощадный в своей прямоте ответ звучит следующим образом: «Потому что роды вовсе не обязаны быть безболезненными». Эволюции все равно, доставляют роды боль или удовольствие; пока они выполняют свою задачу, все остается так, как есть. Пока рождается достаточное количество здоровых малышей, сопутствующая родам боль не имеет никакого значения для естественного отбора, вне зависимости от того, что думает по этому поводу мать. Та степень боли, которую испытывают женщины при родах, – это, скорее всего, относительно недавнее новшество, возникшее всего несколько миллионов лет назад с увеличением объема человеческого мозга. Голова современных младенцев крупнее голов их предков, а появляться на свет им приходится примерно по тому же родовому каналу. Пока большинство родов заканчиваются удачно, нет никаких предпосылок для того, чтобы путем естественного отбора увеличились размеры родового канала. В результате сохраняются родовые боли.
«Природа не терпит пустоты»
Биологи часто повторяют эту фразу, но ее значение не всегда так очевидно. Как заметил Дарвин, виды борются между собой за существование. Но лучше всего жить тем, у кого нет никаких конкурентов, поэтому, как только в природе появляется неисследованная возможность, кто-то обязательно ею воспользуется.
Мир природы похож на современный деловой мир. Если работники в офисах слишком заняты, чтобы ходить на обед, то обязательно появится тот, кто предлагает услуги по доставке обеда прямо на рабочие места. Торговцы сандвичами получают прибыль, заняв свою нишу на рынке, – можно придумать сотни подобных примеров из области коммерции, которая как нельзя лучше подходит для сравнения с тем, что происходит в природе. Такая «коммерческая ниша» это своего рода «пустота», которую ищут все вокруг. Это может быть идея, до которой еще никто не додумался, или монополия на производство какой-нибудь продукции. Наткнувшись на какую-нибудь «жилу», до которой еще не добрались конкуренты, можно получить значительную прибыль. Когда же появляются конкуренты, то основатели бизнеса меняют стратегию, стараясь выполнять свою задачу более эффективно (например, продавать сандвичи по более низкой цене), вносят изменения в свои действия (например, заодно предлагают и напитки) или просто пытаются пережить конкуренцию. Это и есть то, что в теории Дарвина называется «борьбой за существование» (в нашем примере выраженное через мир бизнеса). Бизнес эволюционирует так же, как и биологические виды.
В природе многие виды птиц питаются летающими насекомыми – пищей, богатой белкáми, но существуют насекомые, которые летают ночью, когда птицы спят. Природа не терпит пустоты, и эту нишу на рынке заполнили ночные млекопитающие, которые в процессе эволюции приобрели способность летать, – летучие мыши. У них даже возникли крылья, преобразовав передние конечности. Внешне летучие мыши походят на птиц, потому что ведут примерно такой же образ жизни.
В мире бизнеса происходит примерно то же самое – предприятия, ведущие похожие дела, организованы идентично, даже если между ними нет прямой связи. Благодаря одинаковым условиям среды они приобретают схожие признаки. В работе продавцов сандвичей, например, неизбежно много общего, даже если их места находятся на противоположных концах света: для производства сандвичей они используют хлеб и наполнители; у них должны быть помещения и повара для изготовления сандвичей; у них должны быть транспортные средства для доставки продукции клиентам; чтобы ее разносить, у них должны быть корзинки или тележки; нужно принимать оплату деньгами. Все это следствие выбранного продавцами образа жизни. Природа в этом отношении ничем не отличается от бизнеса.
Животные, занимающие схожие ниши в разных частях света, как правило, похожи друг на друга. Морские птицы Южного полушария, загребающие воду лапами, ныряющие за рыбой и перемещающиеся под водой при помощи своих крыльев (пингвины), имеют общие черты с морскими птицами Северного полушария, загребающими воду лапами, ныряющими за рыбой и перемещающимися под водой при помощи своих крыльев (кайры и гагарки). Млекопитающие, постоянно обитающие в воде, плавающие с большой скоростью и добывающие рыбу (дельфины), похожи на хищных рыб, ведущих такой же образ жизни, хотя и не являются рыбами. Вымершие ихтиозавры также походили на дельфинов и на хищных рыб, потому что вели схожий образ жизни, даже несмотря на то, что были пресмыкающимися (их название переводится как «рыба-ящерица»).
Таким образом, разные группы животных, обитающие в схожих условиях, уподобляются друг другу, даже не будучи близкими родственниками. Биологи называют такой эволюционный процесс сближения «конвергенцией», то есть «схождением», потому что разные животные обретают примерно одну и ту же форму тела независимо друг от друга, не наследуя признаки от своих общих предков.
Эволюция никогда не дремлет
Эволюция не прекращается ни на мгновение, она происходит всегда, хотя и не стремится к какой-то цели; это пассивная реакция на естественный отбор, который также не прекращается ни на мгновение. Люди никоим образом не являются «венцом творения», хотя некогда это было общепринятым мнением. У эволюции нет «венца», нет конечной точки, она продолжается всегда. Нас даже нельзя назвать самым совершенным видом современности, эволюция которого заняла больше всего времени. Каждый ныне существующий вид эволюционировал столько же времени, сколько и мы (начиная с момента появления жизни на планете), и все существующие ныне виды в равной степени выиграли борьбу за существование.
Время от времени ученые находят окаменелые останки предков некоторых современных видов (например, папоротников, акул или крокодилов), которые, как кажется, ничуть не изменились за прошедшие миллионы лет. Распространено даже мнение, что это своего рода примитивные формы жизни, застывшие во времени. Но эволюция определяет не только внешние черты животных или растений, она меняет и внутренние органы, а также их функции. Со временем меняется даже биохимический состав организма. То, что современные животные или растения выглядят примерно так же, как и их предки, обитавшие миллионы лет назад, еще не значит, что эволюция обошла их стороной. Любой садовник скажет, что папоротники очень устойчивы ко многим болезням и вредителям, обладая прекрасной химической защитой. Вполне вероятно, что у их предков не было такой защиты. За миллионы лет внутренние защитные механизмы папоротников могли очень сильно измениться, чего не скажешь об их внешней форме. Акулы также страдают лишь от некоторых заболеваний, как и крокодилы, раны которых на удивление быстро затягиваются в грязной воде. Сейчас медики даже пытаются найти особые вещества в крови этих животных, сражающиеся с бактериями и уничтожающие их подобно пенициллину.
Нельзя также утверждать, что современные виды в чем-то превосходят виды, жившие в прошлом. Каждый вид приспособлен к своей специфической среде обитания, поэтому мнение о том, что вымершие виды были лишь «переходным звеном» к современным, ошибочно. Для примера возьмем людей, живших 10 000 лет назад. Да, у них не были развиты технологии, у них было накоплено меньше знаний, они не могли похвастаться достижениями в области медицины или строительства, но, прежде чем называть их «примитивными», подумайте, каким мир будет через 10 000 лет. Люди будущего будут обладать знаниями и способностями, какие нам даже не снились. Станут ли они называть нас всего лишь «переходным звеном» от каменного века к их современности? Не думаю. Мы не существуем для того, чтобы проложить дорогу будущим поколениям. Мы реагируем на современные условия и пытаемся выжить, как можем, в окружающих условиях. То же самое происходит и в процессе эволюции. Каждый вид приспособлен к своему времени. Время это может быть коротким или долгим, но сам факт существования вида говорит о том, что он все-таки победил в борьбе за существование. Вспомним, для того чтобы появилась птица дронт, потребовалось три с половиной миллиарда лет. Птицы этого вида были прекрасно приспособлены для условий острова Маврикий в Индийском океане и вымерли только после того, как европейцы завезли туда виды животных со своего континента, к сосуществованию с которым дронт оказался неприспособлен. Это все равно что выпустить стаю львов в местном торговом центре – мы тоже окажемся неприспособленными для существования в новых условиях (дронты гнездились прямо на земле, и завезенные моряками свиньи быстро пожрали их яйца).
Без вмешательства человека дронт, возможно, выжил бы и существовал по сей день. Но что значит «выжить»? Ответ на этот вопрос тоже неоднозначен. Ни один вид из обитавших на планете 400 миллионов лет назад сегодня не существует, но если бы все они вымерли, то никакой жизни сегодня не было бы. Виды исчезают по двум причинам: либо численность их представителей постепенно сокращается, пока не умрет самый последний (классический пример вымирания), либо вид постепенно эволюционирует и становится непохожим на своего дальнего предка. Примерно 4 миллиона лет назад в Африке обитал один вид, представители которого покинули ветви деревьев и принялись расхаживать по саванне. Сейчас этого вида не существует (если бы такое существо встретилось нам на улице, мы бы сразу поняли, что перед нами нечто непохожее на то, что мы видели до сих пор), но нельзя и сказать, что этот вид вымер. Как и многие другие виды, он выжил благодаря тому, что изменил свой облик, приспособившись к современным условиям. А теперь речь пойдет о его потомках.
Глава шестая
Когда мы были рыбами
Человек, продемонстрировавший такую удивительную способность к приспособлению, произошел от первых позвоночных. Это были бесчелюстные рыбы, фильтровавшие ил и появившиеся в древних морях более 500 миллионов лет назад. Бесчелюстные миксины и миноги (похожие на угрей, но с круглым ртом-присоской) существуют и в наше время, но они мало походят на своих древних бесчелюстных предков.
Твердая струна, идущая вдоль спины первых позвоночных, строго говоря, представляла собой не кость, а хорду – трубку из жесткой мембраны, заполненную жидкостью под давлением. Первые рыбы с костями появились лишь 100 миллионов лет спустя. Ученые так и называют их «костными», отличая их от акул и скатов, скелет которых состоит в основном из более мягкого хряща, который хорошо разгрызают хищные животные. Большинство же современных рыб – костные.
До появления рыб беспозвоночные имели ряд приспособлений для поддержки своего тела. Кольчатые черви, например, поддерживают постоянную форму тела, регулируя давление внутренней жидкости слоями мышц под кожей. У ракообразных имеется внешний скелет – своего рода броня, к которой изнутри прикреплены мышцы. У рыб же мышцы крепятся к внутреннему жесткому скелету.
Мышцы – это всего лишь группы клеток, которые в процессе эволюции приобрели способность сокращаться. Сокращаясь, мышца приближают ту структуру, что прикреплена к ее концу, и это единственная ее работа. Самостоятельно растягиваться и толкать что-либо она не умеет. В этом отношении мышцы можно сравнить с веревками, с помощью которых можно тянуть тяжелые объекты, но толкать эти объекты нельзя. Для того чтобы вернуть скелет позвоночного животного в исходное положение, мышцы должны работать парами: одна группа мышц сокращается с одной стороны центральной твердой струны, сгибая ее в одном направлении, другая сокращается с другой стороны, сгибая струну в другом направлении. Когда сокращается одна группа мышц, другая отдыхает и растягивается, подготавливаясь к последующему сокращению. Этот принцип сохранился и получил дальнейшее развитие во всех последующих поколениях позвоночных животных (особенно после того, как они покинули воду), но у древних рыб он прежде всего обеспечивал S-образное сгибание тела, благодаря чему они перемещались в воде, то есть плавали.
Рыба плавает, сгибая тело в противоположные стороны и отталкиваясь от воды боками. Это похоже на свободную с одного конца веревку, которую трясут так, чтобы она изгибалась из стороны в сторону. Для такого движения у животного должны по очереди сокращаться группы мышц, расположенные с противоположных сторон позвоночника. Вода поддерживает тело рыбы в вертикальном положении, так что единственная функция позвоночника – это не дать рыбе изогнуться подковой или сложиться пополам, когда сократятся мышцы с одной стороны тела. На этой стадии эволюции центральная струна тела была довольно слабой и исполняла роль опоры для мышц совершавших волнообразные движения. Древние рыбы плыли вперед исключительно благодаря волнообразным движениям, но движения рыб не были особенно точными, да и положение в пространстве не отличалось устойчивостью, ведь они могли легко перевернуться. Вскоре у рыб появились новые приспособления для передвижения и для сохранения равновесия, а именно плавники, и некоторые из них впоследствии преобразились в руки и ноги.
