На розвилках еволюції

Теорія еволюції виробила велику інтелектуальну революцію: людство не тільки дізналося багато нового про навколишній світ і про себе, але і виробило новий світогляд. Нагадаємо основні віхи становлення цієї теорії.

Еволюційні ідей висловлювали багато мислителів, починаючи від давньокитайських і античних філософів. Однак лише до початку дев’ятнадцятого століття виникла сприятлива для них інтелектуальна атмосфера. На 1809 рік припадає відразу дві важливі події: вихід у світ книги Ламарка «Філософія зоології» і народження Чарльза Дарвіна. У працях Жана Батіста Ламарка наведено безліч фактів, що підтверджують еволюцію. І все ж Ламарк не став засновником сучасної теорії. Причина цього — в його поглядах на механізм еволюції. Основною рушійною силою Ламарк вважав внутрішню активність організму, підсвідому потребу або волю. Зміни середовища породжують нові потреби. Відповідно змінюється поведінка і активність тих чи інших органів. Вправа органу веде до його розвитку і збільшення, не вправа — до редукції.

Забігаючи вперед, зауважу, що оригінальні погляди самого Ламарка не можна плутати з відверто віталістичними поглядами багатьох ламаркістів. Внутрішня потреба не могла, звичайно, бути основою еволюції. Але в інші часи вона могла все ж грати роль…

Однак по порядку. Сучасники Ламарка Жорж Кюв’є і Олександр Броньяр, вивчаючи геологію Паризького басейну, встановили чергування в геологічному розрізі морських і прісноводних опадів. Це призвело їх до ідеї послідовних вторгнень моря, що знищували все живе. Після відступу моря життя відновилося. Це вчення, назване згодом катастрофізмом, отримало велику популярність в першій половині дев’ятнадцятого століття. Пізніше воно було відкинуто прихильниками Ляйеля і Дарвіна, але слід віддати належне Кюв’є і Броньяру: в їх уявленнях, загалом, немає нічого фантастичного. І в наші дні багато палеонтологів визнають величезний вплив морських трансгресій і регресій на розвиток органічного світу.

Американські дослідники Зангерль і Річардсон, скрупульозно аналізуючи різні дані, встановили: великі приморські низовини палеозойської ери в районі Аппалачів були затоплені морем за кілька днів (а може бути, і за кілька годин). Катастрофа в повному сенсі слова! Спроби Кюв’є зв’язати свої висновки з біблійною легендою про всесвітній потоп були, звичайно, даниною часу. Головна його помилка полягала в тому, що він, не маючи схильності до подорожей і будучи надзвичайно самовпевненим вченим, надавав своїм локальним спостереженням в Паризькому басейні всесвітнє значення.

Цю помилку незабаром помітив молодий англійський юрист і геолог-любитель Чарльз Ляйель. Багато подорожуючи, він прийшов до висновку, що катастрофи Кюв’є могли мати лише приватне значення. Всі геологічні структури Землі сформувалися, на його думку, шляхом повільних, дуже поступових еволюційних процесів під впливом тих же сил, які діють в наші дні. Чарльз Дарвін, збираючись в кругосвітнє плавання на «Біглі», взяв з собою книгу Ляйеля і уважно вивчав її при вивченні геології океанічних островів. Таким чином, вчителем Дарвіна був не еволюціоніст Ламарк, а Ляйель, що дотримувався щодо органічного світу анти еволюціоністських поглядів. Втім, після опублікування дарвінівського «Походження видів» Ляйель, якому тоді вже було 62 роки, повністю відмовився від колишніх переконань і начисто переписав відповідні розділи своїх «Основ геології».

Дарвін успадкував від Ляйеля любов до невідворотно діючих механізмів, поступовості і огиду до всякого роду стрибків. Успіху його вчення сприяла виняткова простота відкритого ним механізму природного відбору.

Дарвін не був знайомий з роботою свого геніального сучасника абата Грегора Менделя «Досліди над рослинними гібридами», опублікованій в 1866 році. Мендель, зі свого боку, добре знав книгу Дарвіна «Походження видів», але був про неї не надто високої думки.

Значення відкритого Менделем закону розщеплення і рекомбінації ознак при статевому розмноженні було усвідомлено лише на початку минулого століття. Перші послідовники Менделя вважали, що нові види виникають безпосередньо за допомогою мутації — змін «спадкових задатків» (генів). Якщо дещо спрощувати, то справу можна пояснити так: з’явилася мутація в будь-якому гені – виникає новий вид. Механізм мутації був протиставлений Дарвінівському природному відбору. Лише пізніше виникло уявлення про мутації як про джерело «сирого матеріалу» для відбору. Інакше кажучи, відбувся синтез ідей Дарвіна і Менделя; так був закладений фундамент сучасної синтетичної теорії.

Епітет «синтетична» відноситься не тільки до поєднання цих двох фундаментальних ідей, але і до синтезу даних, що поставляються різними науками — систематикою, генетикою, екологією, палеонтологією і т. д.

Сучасна синтетична теорія спирається на таку величезну кількість різноманітних фактів, що її практично неможливо спростувати. Це, втім, не означає, що вона невразлива для критики. Як і будь-яка інша теорія, вона ввібрала в себе і сильні і слабкі сторони вихідних посилок. Було б помилкою думати, що розробка теорії вже в основному завершена і залишилося лише відшліфувати деталі. Не можна не помітити, що і можливості проголошуваного нею синтетичного підходу далеко не вичерпані.

Мендель, як відомо, зробив найбільше відкриття за допомогою математичної обробки експериментальних даних. Дарвін теж не цурався точних наук. У листах він не раз висловлював думку, що закони розвитку життя – лише вираз більш загальних законів, керуючих Всесвітом. В цьому відношенні і Мендель, і Дарвін протистояли Ламарку, який був противником експерименту і математизації. Математичні методи відіграють велику роль в синтетичній теорії наших днів, вторгаючись навіть в такі області, де фактична основа ще не дуже надійна. І при цьому, іноді мимоволі, ігнорують ті дані, які поки не вкладаються в математичну теорію. Звідси прагнення звести складний розвиток біологічної системи до одних лише автоматичних процесів.

Механізм природного відбору, відкритий Дарвіном, заснований, як ми сказали б тепер, на автоматичній регуляції чисельності: із зростанням чисельності збільшується також опір середовища, що перешкоджає подальшому зростанню. У цьому, як мені здається, і сила, і слабкість теорії природного відбору. Вона може пояснити багато, так як автоматичні процеси дійсно широко поширені. Вона не може пояснити все, так як автоматичні процеси — не єдиний механізм регуляції чисельності.

В теорії природного відбору велику роль відіграє уявлення про біотичний потенціал — здатність організмів розмножуватися за умови, що збільшення чисельності не зустрічає перешкод. Нерідко про біотичний потенціал думають, як про щось загрозливе, мовляв, дай їм волю, так вони за кілька років заповнять весь світ своїм потомством. Де ж взяти їжі на всіх? Добре, що більшість гине і лише найбільш пристосовані виживуть в результаті природного відбору.

Останнім часом сарана, лемінги і миші завдали цій системі поглядів нищівного удару. Виявилося, що щільність населення найсильнішим чином впливає на поведінку, розмноження і навіть зовнішній вигляд тварин. Нешкідливі зелені саранові від скупченості «сіріють», перетворюються в стадну, приречену на загибель сарану і набувають ті грабіжницькі замашки, які здобули їм недобру славу.

Миші при досягненні певної щільності популяції майже перестають розмножуватися (без будь-якого зв’язку з виснаженням харчових ресурсів). Лемінгами опановує «занепокоєння — пристрасть до зміни місць». Збуджені тварини наполегливо просуваються вперед, поки не підійдуть до моря. Тут вони аж ніяк не зупиняються, а входять у воду так, ніби перед ними взагалі немає ніякої перешкоди. І гинуть тисячами. Ці приклади (їх число, зрозуміло, можна збільшити) показують, що крім зовнішньої автоматичної регуляції є й інші, більш тонкі механізми – внутрішня автоматика, коли тварини беруть активну участь в регуляції чисельності.

В останні роки було витрачено багато зусиль на створення математичних моделей біологічних процесів. Їх плідність не викликає ніяких сумнівів. І все ж доводиться визнати, що працюючі в цьому напрямку вчені досягли успіху головним чином в поясненні того, як біологічні системи зберігають стійкість і властиву їм мінливість або як збільшується їх пристосованість. А як виникають принципово нові типи організації? Моделювати цей процес поки не вдається, але ж він становить квінтесенцію еволюції.

Навіть якщо нове готується поступово, шляхом накопичення нейтральних для організму змін, то переломний момент від нейтрального до такого, що пристосовується, до селективно-позитивного — це стрибок. Що ж служить трампліном? Сучасна синтетична теорія, з властивою їй схильністю до “автоматичних” пояснень, робить ставку на географічну ізоляцію. Якщо, скажімо, частина континенту перетвориться на острів, то її населення опиниться в повній ізоляції. Згодом острівна популяція придбає помітні відмінності від континентальної. Нарешті, настане момент, коли остров’яни вже не зможуть схрещуватися зі своїми колишніми земляками, що залишилися на континенті. Виникає “хороший” новий вид. Такий механізм видоутворення цілком реальний, але аж ніяк не може претендувати на універсальність.

По-перше, геологічні процеси, відповідальні за ізоляцію, в більшості випадків розгортаються куди повільніше, ніж видоутворення. По-друге, відомо чимало прикладів, коли тривала ізоляція не дає зовсім ніяких результатів. Щоб не бути голослівним, наведу один з таких прикладів. Як в Старому, так і в Новому Світі споконвіку (а точніше, близько 70 мільйонів років) росте красиве широколистне дерево платан.

Хоча американські платани були відрізані від європейських в незапам’ятні часи, вони не тільки дуже схожі один на одного, але і дають при схрещуванні цілком життєздатне потомство. Доводиться допустити, що видоутворення набагато частіше починається не з географічної ізоляції. А з чого?

Згадаймо знову-таки злощасного буриданового осла, який здох з голоду, не в силах вибрати між двома оберемками сіна. Але осел далеко не найвибагливіша з тварин. Досліди гідробіологів показали, що навіть така, здавалося б, недолуга істота, як личинка усоногого раку, в квартирному питанні виявляє майже непристойний снобізм. Вона не поспішає почати осілий спосіб життя. Ретельно дослідивши яку-небудь ділянку дна, личинка капризно повертається і пливе геть. Так може повторюватися кілька разів. Якщо зробити на дні акваріума кілька концентричних борозенок, а в центрі — ямку, то личинка мине борозенки і осяде в центральній ямці. Якщо ямки немає, вона задовольниться борозенкою. Якщо немає і борозенки, то, наплававшись до знемоги, личинка прикріплюється де попало.

Можна припустити, що видоутворення без ізоляції починається з випадкових відмінностей у виборі місця проживання, дієти або іншої життєво важливої умови. А так як тварини, взагалі кажучи, без особливої потреби не залишають рідних місць, то випадковий вибір може з часом перетворитися на звичку, перевагу. З цього не починається, звичайно, утворення нового виду. Але з цього починається ізоляція. Фракції з різними уподобаннями все ж рідше схрещуються один з одним (можна б вибрати подругу життя з іншої фракції, та чи варто змінювати своїм звичкам?). До повної несумісності справа, може бути, і не дійде. Але якщо дійде, то з’явиться новий вид.

Таким чином, крім механічного поділу, діють більш тонкі механізми видоутворення, в яких активний вибір відіграє провідну роль. Не рахуватися з ними не можна.

Еволюційна теорія поки погано справляється не тільки з появою нових груп організмів, але і з вимиранням. Жахливі дракони — динозаври, які так часто стають героями пригодницьких романів, в дійсності вимерли приблизно за 60 мільйонів років до появи людини. Чим пояснити їх зникнення? Катастрофою або ж закономірним ураженням тих, хто менш пристосований до життєвої боротьби? Дарвін приймав друге пояснення. Він вважав вимирання процесом повільним і поступовим (до випадковостей він мав органічну огиду). Якщо людина довго хворіла, міркував Дарвін, то немає підстав підозрювати, що вона померла при кримінальних обставинах. Однак динозаври не “хворіли”, вимирання тут безпосередньо слідувало за розквітом і завершилося дуже швидко (в геологічному сенсі): 2-3 мільйони років – максимальна цифра.

Чимало зусиль було витрачено, щоб пояснити вимирання динозаврів конкурентною боротьбою. Їх конкурентами могли бути тільки примітивні ссавці крейдяного періоду – малосимпатичні істоти величиною з фокстер’єра. Вони явно не думали про зустріч з динозаврами у відкритому бою, але, можливо, пожирали їхні яйця. Крім того, вони були більш активні вночі, коли майже всі рептилії ціпеніли від холоду. Все це дуже правдоподібно, але біда в тому, що майже всі мезозойські ссавці вимерли одночасно з динозаврами. Виходить, вони здобули піррову перемогу?

Швидше за все, вимирання було викликане втручанням якогось зовнішнього фактора, зміною клімату, вмісту кисню в атмосфері або мікроелементів в грунті, радіоактивним опроміненням і тому подібним (на цей рахунок існують незліченні гіпотези). У той же час палеонтологи встановили, що у тварин, приречених на вимирання, нерідко спостерігається гіпертрофія того чи іншого органу, що перетворює їх на справжніх монстрів. Ясно, що “монстровість” якось пов’язана з вимиранням. Наприклад, гігантський олень льодовикового періоду мав настільки величезні і гіллясті роги, що це просто заважало йому рухатися. Як могло статися, що природа допустила подібну помилку?

Пояснення нерідко шукають в аллометричних закономірностях зростання. Припустимо, у тварини є роги, і вона виросла на один відсоток свого зросту. Роги теж виросли на один відсоток. Це пропорційне зростання. Тепер припустимо, що тварина зросла на один відсоток, а роги при цьому – на два відсотки довжини. Це аллометричне зростання. Плейстоценовий олень з покоління в покоління ставав все більшим, а роги збільшувалися ще швидше. І ось — сумний результат. Це — «автоматичне» пояснення, яке, як завжди, підкуповує своєю простотою. Однак є підстави підозрювати, що аллометричні пропорції не так вже непорушні, і якщо аллометричне позитивне зростання органу стає згубним для організму, то природний відбір змінить його на аллометричне негативне.

Тому слід врахувати «неавтоматичний» варіант, пов’язаний з статевим відбором. Статевий відбір — це область, де вищі тварини виявляють здатність вибирати, керуючись свого роду естетичним почуттям. Можливо, думка про естетичне почуття у тварин багатьом здасться незвичною. Нагадаю, що деякі птахи приваблюють самку не тільки яскравістю оперення, але і здатністю прикрашати гніздо такими чарівно привабливими предметами, як осколки пляшкового скла, кольорові камінці і навіть вкрадена у якого-небудь розяви брошка. Мавпи активно проявляють свою здатність до живопису.

Останнім часом біологи серйозно зацікавилися малюнками мавп. Виявилося, що ці малюнки аж ніяк не безладна мазня, як здавалося деяким скептикам. У них явно переважають певні мотиви — колоподібні фігури і пучки ліній, що розходяться. Яке походження цих мотивів? Вважають, що найбільш яскраве перше враження новонародженого — це схилене над ним обличчя (коло) і простягнуті долоні рук (пучок ліній — пальців). Дві руки, симетрично розташовані очі породжують почуття симетрії. Якщо дати мавпі-художнику асиметричний малюнок, вона додасть лінії, що роблять його більш симетричним. Діти теж люблять симетрію і люблять малювати розчепірені пальці, що стирчать прямо з кола — голови. Так що не буде занадто сміливим припустити, що художні нахили у нас і у мавп мають одне і те ж джерело.

Якщо тепер читач відкинув сумніви щодо естетичного почуття у тварин, то повернімося до наших монстрів.

Той же гігантський олень міг, звичайно, попрямувати в глухий кут еволюції не через естетичне почуття самок, але просто тому, що гігантські роги, даремні і навіть, як виявилося, смертельно небезпечні для виду, давали перевагу в шлюбних битвах.

У крейдяному періоді жили своєрідні травоїдні рептилії з невідповідно потовщеними лобовими кістками. Можна подумати, що твердолобість допомагала їм захиститися від хижих динозаврів, але таке пояснення навряд чи правильне. По-перше, всі рептилії, незалежно від товщини лобових кісток, мало чутливі до ударів по голові. З іншого боку, було б наївно сподіватися відбити напад гігантського хижака за допомогою удару чолом, яким би міцним він би не був. Порятунок, мабуть, міг бути тільки у втечі. Тут вже важкий череп був швидше перешкодою. Ми, ймовірно, знову стикаємося з протиріччям між статевим відбором (розростання лобових кісток могло бути прикрасою або зброєю в сутичках між самцями) і адаптацією, яка вимагала вміння швидко бігати. Це протиріччя могло бути причиною недовговічності твердолобих рептилій.

І, нарешті, ще один біологічний курйоз, побічно пов’язаний з статевим відбором. Ви, напевно, не раз помічали, що метелики схожі на квіти, а квіти — на метеликів. А чому? Логіка підкаже вам, що метелики маскуються під квіти (для камуфляжу). У багатьох випадках так і є, але буває і навпаки. Ви, напевно, чули про сирен — звабливих створінь, які заманювали мореплавців, приймаючи вигляд їх коханих. Так ось, є квіти, які так само підступно чинять з крилатими повітроплавцями. Приймаючи квітку-сирену за даму свого виду, крилатий кавалер поспішає галантно укласти її в обійми. На помилках вчаться, але не всі і не відразу. Помиляючись кілька разів поспіль, комаха переносить пилок з квітки на квітку і мимоволі сприяє тому, щоб «сирени» плодилися і розмножувалися.

Можна подумати, що комаха, здатна сплутати квітку з самкою свого виду, дуже нерозбірлива в коханні. Це було б несправедливим звинуваченням. Просто подруга життя видається йому у вигляді якогось геометричного символу, і якщо сирена-квітка зуміє відтворити цей символ, вона вже може не турбуватися про натуралістичні подробиці. Наївний кавалер залишиться її вірним лицарем, але ж саме в цьому і полягає мета витонченого шахрайства. Рослини, що розмножуються за допомогою комахо опилення, змушені вжити заходів, щоб захистити себе від занесення чужого пилку і небажаної гібридизації. Отже, необхідно обмежити свободу вибору комах-запилювачів, змусити їх відвідувати квітки тільки свого виду і ніякого іншого. Це досягається різними засобами, імітація самки — один з них.

Теорія еволюції, як ми бачили, має свою історію, і в ній чималу роль грав логічний принцип переваги найбільш простого вирішення проблеми. Але в науці про життя, як ні в якій іншій, справедливий вислів, що істина рідко буває абсолютною і ще рідше — простою.

Автор: В. Красилов.