Александр Марков. «Эволюция человека»

 

Полный текст

 

Ссылки на другие источники

Авторские издания: «Рождение сложности» (2010)

Сайт «Проблемы эволюции» (http://evolbiol.ru)

Доказательства эволюции: http://evolbiol.ru/evidence.htm

 

С. А. Бурлак «Происхождение языка» (2011)

О неандертальцах:

Л. Б. Вишняцкий. «Неандертальцы: история несостоявшегося человечества» (2010)

С. В. Дробышевский. «Предшественники. Предки? Палеоантропы. Издание 2»  (2010)

подробнее об исследованиях, связанных с чтением мыслей, рассказано в статье Елены Наймарк «Увидеть мысль», http://www.nm1925.ru/Archive/Journal6_2010_11/Content/Publication6_205/Default.aspx

 

Часть 1. Обезьяны, кости, гены

 

Пищевая химия:

«Кроме появления каменных орудий было еще одно важное изменение, которое состояло в том, что ранние Homo, по-видимому, начали систематически включать в свой рацион мясо крупных животных. Каменные орудия они использовали для разделки туш и соскребания мяса с костей. Для того-то их и делали».

«левые» аминокислоты, из которых состоят белки всех живых организмов, стечением времени рацемизируются, т.е. превращаются в смесь «правых» и «левых» форм.

 

Что ни говори, а главным нашим отличием от ближайших родственников — шимпанзе или, скажем, австралопитеков — является огромный мозг. При всех очевидных преимуществах этого эволюционного приобретения оно имеет и оборотную сторону: мозг потребляет уйму калорий, которые надо где-то добывать. На содержание мозга уходит 60% всей энергии, используемой новорожденным младенцем. У взрослых расходы снижаются до 20—25%, но и это непомерно много по сравнению с другими человекообразными обезьянами (8%). При этом, однако, люди в целом потребляют не больше калорий, чем обезьяны того же размера. За счет чего достигается экономия? В случае с современным человеком ответ хорошо известен: мы питаемся пищей, которая гораздо легче усваивается, — это позволяет снизить энергетические затраты на пережевывание и переваривание. А как обстояло дело у наших предков?

 

Для троллинга изоляционистов:

Возможно, именно этим механизмом объясняется удивительная и трагичная судьба аборигенов Тасмании. Около 8 тыс. лет назад, когда в Северном полушарии растаяли ледники, уровень океана поднялся, и Тасмания оказалась отрезанной от Австралии, с которой прежде составляла единое целое. Тасманийцы оказались в полной изоляции. В течение последующих тысячелетий их культура катастрофически деградировала. От уровня, характерного для австралийских аборигенов того времени (приблизительно соответствующего верхнему палеолиту), тасманийцы быстро «скатились» чуть ли не до нижнепалеолитического состояния. Они разучились делать костяные орудия, теплую одежду, каменные орудия с деревянными рукоятками, сети, рыболовные гарпуны, копьеметалки и бумеранги. Все это, по археологическим данным, было у них 8000 лет назад, но полностью исчезло к моменту появления европейцев (Нenrich, 2004).

 

Биологическая классификация:

Многое можно узнать о человеке, если проследить, как он использует местоимение "мы". Каждое "мы", произнесенное вслух или набранное на клавиатуре, — результат ответственного решения. Осознать и открыто выразить свою принадлежность к некоей группе, неизбежно отрекаясь при этом от принадлежности ко многим другим группам, — не шутка. Мы (современные люди) принимаем такие решения ежеминутно, походя, не отдавая себе отчета в сложнейших калькуляциях, которые наш мозг при этом выполняет.

 Но иногда отдать себе отчет бывает полезно: сразу замечаешь много интересного. Например, можно заметить, что в основе этих вычислений часто лежат не логические умозаключения, а эмоции. "Мы животные" звучит обидно. Многие готовы долго и яростно доказывать, что это не так, что люди не животные. "Мы обезьяны" — совсем уж вызывающее заявление, от которого попахивает нигилизмом и общественным вызовом. При этом фразы "мы млекопитающие", "мы позвоночные", "мы многоклеточные" воспринимаются спокойно. В самом деле, кто станет спорить, что наше тело состоит из множества клеток, что у нас есть позвоночник, что мы кормим детенышей молоком? Но не смейте обзывать человека животным, тем более обезьяной!

 Между тем с биологической точки зрения все эти утверждения одинаково верны. Вот несколько разных "мы", узаконенных современной биологической наукой. Мы живые существа. Мы эукариоты. Мы заднежгутиковые. Мы животные. Мы вторичноротые. Мы хордовые. Мы позвоночные. Мы челюстноротые. Мы четвероногие. Мы амниоты. Мы синапсиды. Мы млекопитающие. Мы плацентарные. Мы приматы. Мы обезьяны (или, что то же самое, антропоиды). Мы узконосые обезьяны. Мы человекообразные обезьяны, или гоминоиды (по-английски apes). Мы большие человекообразные обезьяны (great apes). Мы большие африканские человекообразные обезьяны (african great apes). Наконец, мы люди.

 

Доказательство эволюции

интеллектуальные способности особенно сильно зависят от объема так называемой кратковременной рабочей памяти (КРП).  Ключевое значение имеет емкость КРП, измеряемая количеством идей, образов или концепций, с которыми исполнительный компонент рабочей памяти может работать одновременно. Специально для читателей с высоким уровнем компьютерной грамотности поясню, что компьютерным аналогом КРП является не оперативная память (которая больше похожа на ДРП, хотя сходство очень неполное), а регистры процессора.

 Эту важнейшую характеристику рабочей памяти называют объемом кратковременной рабочей памяти (ОКРП) (по-английски — short-term working memory capacity, ST-WMC). Многочисленные эксперименты показали, что у человека ОКРП ~ 7 (хотя некоторые исследователи склоняются к более осторожным оценкам и предпочитают говорить о величине 7 ± 2).

У наших ближайших родственников шимпанзе и бонобо ОКРП <= 3. . В целом интеллектуальное развитие человека и шимпанзе остается более или менее сравнимым примерно до трехлетнего возраста. После этого развитие шимпанзе резко затормаживается, и люди начинают их стремительно опережать. Для шимпанзе все заканчивается в возрасте около четырех лет при уровне ОКРП = 2 или, самое большее, 3. Люди же продолжают развиваться по прежней "траектории", достигая уровня ОКРП — 7 примерно к 12 годам.

Рид предполагает, что у Homo habilis, овладевшего техно­логией четвертого уровня (олдувайские галечные орудия с одним режущим краем), величина ОКРП составляла около 4. У Homo erectus с его обоюдоострыми ашельскими рубилами (уровень 5) ОКРП достиг пяти. У неандертальцев и древнейших сапиенсов, овладевших технологиями шестого уровня, ОКРП была примерно равна шести. Наконец, первые признаки "подлинно человеческой" культуры, появившиеся около 70 тыс. лет назад в Африке, а также несколько более позднее появление технологий седьмого уровня, возможно, маркируют распространение в популяциях Homo sapiens генетических вариантов (аллелей), увеличивших производительность исполнительного компонента рабочей памяти и поднявших ОКРП до семи, что открыло перед сапиенсами все возможности полноценного рекурсивного мышления.

 

 

Как изучение эволюции человека позволяет найти лекарство против ВИЧ

«Затем исследователи решили выяснить, какие изменения в белке TRIM5a обеспечили его эффективность по отношению к PtERV1. Ранее было установлено, что важную роль в распознавании белком TRIM5a тех или иных вирусов играет маленький участок белковой молекулы длиной в десять аминокислот, с 330-й по 339-ю позицию. Внимание исследователей привлекла позиция 332. У предков человекообразных здесь стояла аминокислота глутамин (Q). Это предковое состояние сохранилось у гиббонов, орангутанов и горилл, а у человека и шимпанзе глутамин заменился аргинином (R).

 Исследователи модифицировали человеческий белок TRIM5a, заменив аргинин в 332-й позиции «предковым» глутамином. Результат превзошел все ожидания: модифицированный белок стал в 30 раз хуже защищать клетки от ископаемого вируса PtERV1, но зато приобрел способность защищать их от ВИЧ! (комментарий: изучение эволюции человека поможет найти лекарство от ВИЧ)»

 

Для троллинга расистов:

«Итак, следы древних смешанных браков остались в генах современных людей. Каким бы мизерным ни было это наследие, но все же нельзя теперь утверждать без некоторых философских оговорок, что неандертальцы полностью вымерли. Кроме того, теперь мы знаем, что подлинные, чистокровные сапиенсы — это чернокожее население Африки к югу от Сахары. Все прочие — слегка метисы».

 

«Следя за приключениями наших предков, мы постепенно переходили от «еще обезьян» к «уже не совсем обезьянам», «то ли обезьянам, то ли людям», «почти людям» и наконец добрались до «совсем уж точно людей». Мы увидели, что человеческие черты развивались понемногу, не все сразу, что они не образуют единого комплекса неразрывно связанных друг с другом признаков. Постепенно на этом пути снижалась роль биологических факторов (генов, мутаций, отбора) и на первый план выходили факторы культурные — накопление знаний и традиций, передающихся из поколение в поколение негенетическим путем».

 

Часть 2. Обезьяны, нейроны и душа

 

«Можно ли сегодня всерьез относиться к идее о том, что человеческий разум есть «отражение» разума божественного? По мнению редакции, крайне маловероятно, что существо, способное создать Вселенную, может обладать разумом, хотя бы отдаленно похожим на наш. Ведь наш-то разум устроен в точности так, как и должен быть устроен разум, развившийся эволюционным путем у «прямоходящей обезьяны, приспособившейся к жизни в маленьких, тесно сплоченных коллективах в условиях африканской саванны» (подробнее о несовершенстве нашего разума мы поговорим в главе «Жертвы эволюции»).

 

Способ преподавания в цифровую эру:

Более полную и подробную информацию о работе нейронов читатель может без труда найти в соответствующих учебниках, справочниках или в интернете. Достаточно сделать поиск по словам «нейрон», «синапс» и «потенциал действия». (примечание: способ преподавания в электронную эру)»

 

«Чем мозг отличается от компьютера

Некоторые отличия мы уже знаем. В компьютере все сигналы, которыми обмениваются элементы логических схем, имеют одну и ту же природу — электрическую, и сигналы эти могут принимать только одно из двух значений — 0 или 1. Передача информации в мозге основана не на двоичном коде, а скорее на троичном. Если возбуждающий сигнал соотнести с единицей, а его отсутствие — с нулем, то тормозящий сигнал, пожалуй, можно уподобить минус единице».

 

Еще легче, чем слова, «считываются» с томограммы мозга зрительные образы, например, геометрические фигуры. Не исключено, что в совсем уже недалеком будущем можно будет просматривать сны на экране компьютера. Ложитесь спать в шлеме, а утром достаете из дисковода DVD-диск со всеми увиденными за ночь сновидениями. Представляете, как удобно: вместо того чтобы пересказывать сон своими словами (согласитесь, многие сны в пересказе как-то блекнут), можно будет просто выложить его в YouTube ().

 

 В 2008 году группа американских нейробиологов, медиков и робототехников сообщила о сенсационном результате: им удалось научить двух макак резусов брать пищу и отправлять ее в рот при помощи механической руки с мысленным управлением (Velliste et al., 2008).

 

В других экспериментах обнаружился еще один удивительный эффект перназального введения окситоцина — повышение доверчивости. Мужчины, которым ввели окситоцин, оказываются более щедрыми в "игре на доверие" (подробнее см. ниже, в разделе "Доверчивость и благодарность — наследственные признаки"). Они дают больше денег своему партнеру по игре, если партнер — живой человек, однако щедрость не повышается от окситоцина, если партнером является компьютер.

 Два независимых исследования показали, что введение окситоцина может приводить и к вредным для человека последствиям, потому что доверчивость может стать чрезмерной. Нормальный человек в "игре на доверие" становится менее щедрым (доверчивым) после того, как его доверие один раз было обмануто партнером. Но у мужчин, которым закапали в нос окситоцин, этого не происходит: они продолжают слепо доверять партнеру даже после того, как партнер их "предал".

 

 

 

 Недавно было проведено еще одно важное исследование, касающееся гена OXTR. На этот раз проверялось влияние другого снипа — rs53576 — на склонность искать моральной поддержки у знакомых ("плакаться в жилетку") при всяческих жизненных неприятностях (Kim et al., 2010). В этом исследовании, как и в случае с влиянием гена DRD4 на политические взгляды, отчетливо выявилось совместное влияние генов и среды (в данном случае — национальных культурных традиций) на поведенческий признак.

 Исследование проводилось на жителях США и Кореи. В американской культуре плакаться в жилетку друзьям считается в принципе нормальным поведением, даже скорее хорошим, чем плохим. Тем самым люди демонстрируют близким свое доверие и укрепляют дружеские связи, общее состояние которых в современной западной цивилизации вызывает серьезные опасения. В Корее к такому поведению относятся хуже, считают его скорее асоциальным.

 Что же выяснилось? В Америке люди с генотипами ГГ и АГ, находясь в состоянии стресса, чаще ищут моральной поддержки у знакомых, чем носители генотипа АА. В Корее такой зависимости нет: обладатели всех трех генотипов плачутся в жилетку одинаково редко.

 От чего зависит это различие — от культурной среды или, может быть, от каких-то других генов, различающихся у корейцев и американцев? Оказалось, от культурной среды. Авторы показали это, протестировав группу граждан США корейского происхождения (то есть носителей корейских генов и американской культуры). У этих людей зависимость оказалась такая же, как и у прочих американцев.

 Получается, что генотипы ГГ и АГ — это не "гены плача в жилетку". Если уж надо дать им "журналистское" название, то это скорее "гены плача в жилетку в том случае, если такое поведение одобряется обществом".

 

 

 

Понятия "ответственность" и "вина" не являются абсолютными, они не даны нам свыше, более того — попытки их абсолютизации неизбежно сталкиваются с серьезными логическими трудностями (как и в случае со "свободой воли"). Они тем не менее необходимы для нормальной жизни общества. Что поделаешь, мир несправедлив, и генетический полиморфизм людей — яркое тому подтверждение. Кому-то больше повезло с генами, кому-то меньше; кому-то приятно совершать хорошие поступки, кому-то приходится себя заставлять. Но спрос со всех один, и это правильно. Приведу один наглядный пример. Знаете ли вы, что генетики нашли в геноме человека фрагмент, присутствие которого в несколько раз повышает вероятность того, что человек станет убийцей? Такой фрагмент действительно найден, и статистические данные, подтверждающие его влияние на вероятность совершения тяжких преступлений, обширны и убедительны. Значит ли это, что мы должны давать поблажку преступникам — обладателям этого генетического фрагмента? Судить их менее строго? Ведь они не виноваты, что им достался такой геном. Им действительно труднее воздерживаться от убийств, чем остальным людям. Или, может быть, нужно срочно разработать какие-то медицинские средства, препятствующие работе этого генетического фрагмента? Подозреваю, что правильный ответ на все эти вопросы — твердое "нет". Почему — станет ясно каждому, когда я скажу, как называется этот фрагмент генома. Он называется игрек-хромосома.

 

 

 

 

 

Прогрессивное развитие мозга и умственных способностей у приматов неразрывно связано с общественным образом жизни, с необходимостью предвидеть поступки соплеменников, манипулировать ими, учиться у них, а также оптимально сочетать в своем поведении альтруизм с эгоизмом. Такова точка зрения большинства специалистов на сегодняшний день. Идея о том, что разум у приматов развился для эффективного поиска фруктов или, скажем, выковыривания пищи из труднодоступных мест (гипотеза экологического интеллекта), сейчас имеет мало сторонников. Она не может объяснить, зачем приматам такой большой мозг, если другие животные (скажем, белки) отлично справляются с очень похожими задачами по добыче пропитания, а мозг у них при этом остается маленьким.

Британский антрополог Робин Данбар обнаружил у обезьян положительную корреляцию между размером мозга (точнее, относительным размером неокортекса — коры больших полушарий) и размером социальной группы. Чем сильнее развита кора, тем более крупные (в среднем) коллективы могут образовывать обезьяны. На основе этой корреляции Данбар рассчитал, какой максимальный размер группы мог быть у наших предков. Для австралопитеков получилось около 60 особей в группе, для хабилисов — 80, для эректусов — примерно 100-120, для неандертальцев и современных людей — около 150.

 Эти занятные расчеты, правда, несколько компрометируются тем обстоятельством, что археологические и этнографические данные не дают абсолютно никаких оснований предполагать, что у гоминид по мере роста мозга происходило увеличение размера групп. Охотники-собиратели, по-видимому, во все времена жили небольшими коллективами — порядка 15—30, от силы 40—50 человек.

 

 

 Причины положительной связи между размером группы и объемом мозга у приматов вполне очевидны. Приматы, в отличие от большинства стадных животных, знают всех своих соплеменников "в лицо" и с каждым имеют определенные взаимоотношения. А личные отношения — это самый ресурсоемкий вид интеллектуальной деятельности. Просчитать реакции сородича — возможно, сложнейшая из вычислительных задач, стоящих перед мозгом примата.

 

 

 В обществе с крайне жесткой иерархией, основанном на подчинении и деспотизме, альфа-самец может монополизировать доступ ко всем самкам группы. В этой ситуации подчиненные самцы, насильственно отстраненные от участия в размножении, заинтересованы в том, чтобы научиться "договариваться" друг с другом и образовывать альянсы с целью свержения тирана. Дело это рискованное и к тому же требующее от заговорщиков немалых умственных усилий. Каждый из них заинтересован в том, чтобы, с одной стороны, максимизировать шансы на успех предприятия, с другой — поменьше рисковать самому, то есть по возможности загребать жар чужими руками. С третьей стороны, нельзя, чтобы товарищи по заговору заподозрили, что их подставляют: нужно еще и заботиться о своей репутации среди заговорщиков. С четвертой, нужно позаботиться о выгодном для себя "переделе власти" в случае успеха (желательно, конечно, самому занять место низложенного тирана, потеснив товарищей по заговору).

 Тиран, со своей стороны, может использовать несколько разных стратегий для того, чтобы свести к минимуму вероятность бунта. Он может заблаговременно изгонять из группы всех молодых самцов — тогда получатся небольшие разрозненные гаремные коллективы, как у горилл. Это приемлемо до тех пор, пока между группами нет острой конкуренции и пресс хищников не слишком велик. Если внешние угрозы усиливаются, ослаблять группу изгнанием молодежи становится невыгодно. Вожак может действовать и более тонко, например, заручаясь поддержкой низкоранговых самцов — своеобразных "шестерок", которые в обмен на благосклонность вождя охотно помогут ему удерживать среднеранговых самцов в рамках дозволенного. Так действовал, к примеру, Иван Грозный, опираясь на опричников в борьбе с боярами. Эта стратегия очень типична для тиранов.

 

 

 Для эффективной колки орехов достаточно иметь определенный, фиксированный уровень интеллекта. Если вы его уже достигли — можете расслабиться и наслаждаться жизнью. Для того чтобы занять высокое положение в обществе закоренелых интриганов — последователей Макиавелли, нужен не просто интеллект, нужно интеллектуальное превосходство над окружающими.

 Такое превосходство в принципе не может быть долгим и устойчивым, как превосходство шимпанзе над орехами. Никакой достигнутый вами уровень интеллекта не обеспечит каждому вашему потомку хорошие шансы на размножение на все времена. Вместо этого запустится процесс, называемый эволюционной гонкой вооружений. Возникнет положительная обратная связь, которая может привести к стремительному, взрывообразному росту мозга и интеллекта в череде поколений. Если в популяции появится мутант с более крупным мозгом, он получит репродуктивное преимущество, и мутация распространится в генофонде. Сменится несколько поколений — и вот уже все особи в популяции обладают этой мутацией, и никому она больше не дает преимущества, потому что стала всеобщим достоянием. Интеллектуальный уровень популяции подрос, все стали чуть умнее. Но что толку, если для повышения собственного репродуктивного успеха нужно быть хоть чуточку, но умнее других! И снова обезьяны из кожи вон лезут, напрягают мозги, придумывают хитрости. Любая мутация с минимальным положительным влиянием на интеллект сразу поддерживается отбором, распространяется, становится общим достоянием — и тотчас перестает давать преимущество, потому что ее носители уже не самые умные, а как все.

 

 

Предполагается, что как способность к обучению, так и емкость памяти — дорогие "признаки". Рост каждого из этих показателей требует увеличения мозга, а мозг, как мы знаем, орган весьма дорогой. У Homo sapiens он составляет всего 2% веса тела, но при этом потребляет примерно 20% всех калорий, расходуемых организмом.

(прим. 1) мало калорий – плохо, 2) материальная основа для анекдотов про тупых блондинок

 

 

«интеллект уже позволяет иногда изобрести какую-то полезную хитрость, повышающую социальный статус, но еще недостаточно силен, чтобы перенять такую хитрость, наблюдая за поведением другого самца. Это не так уж неправдоподобно. Например, известен случай, когда молодой низкоранговый самец шимпанзе быстро поднял свой социальный статус, украв у антропологов две пустые канистры и научившись громко колотить ими друг об друга. Оглушительный грохот произвел такое впечатление на высокоранговых самцов, что они признали новатора равным себе. Однако никто не перенял полезную уловку (один самец, кажется, попытался обучиться трюку с канистрами, но дело у него не заладилось)».

(как появился первый первый религиозный культ)

 

 

Рекордные показатели среднего объема мозга были достигнуты сапиенсами в начале верхнего палеолита (около 40-25 тыс. лет назад). С тех пор и до сегодняшнего дня средний объем мозга людей если и менялся, то в сторону уменьшения. По данным С. В. Дробышевского, около 27—25 тыс. лет назад средний объем мозга людей начал уменьшаться. … Верхнепалеолитическая "культурная революция" привела к резкому увеличению объема полезной информации, передающейся из поколения в поколение путем культурного наследования. Иными словами, люди стали получать гораздо больше ценных знаний и навыков от родителей и соплеменников. Культурная среда так насытилась полезными мемами, что в дальнейшем людям для выживания и успешного воспроизводства, по-видимому, уже не требовался такой высокий интеллект, как прежде. Если не нужно до всего доходить своим умом и огромный объем готовых полезных знаний тебе в детстве взрослые скармливают с ложечки, то можно обойтись и мозгом поменьше, раз уж это такой дорогой орган. То же самое можно сформулировать в более оптимистичной манере: благодаря развитию культуры люди стали использовать свой мозг эффективнее, и поэтому его масса стала менее важна, чем "качество наполнения".

 Кроме того, по мере развития трудовой специализации знания и навыки распределялись между членами общины. Не обязательно все помнить самому, если в любой момент можно спросить у "специалиста". Все это могло привести к тому, что наметившаяся свыше двух миллионов лет назад эволюционная тенденция к увеличению мозга дала "задний ход" с расцветом культуры.

 

 

 

Джон Холдейн (Тоже великий биолог. Прославился своими афоризмами. Однажды в ответ на заявление некой дамы, которая не могла поверить, что "из одноклеточного организма даже за миллиарды лет может развиться такое сложнейшее существо, как человек", Холдейн сказал: "Мадам, вы сами это проделали. И у вас ушло на это всего девять месяцев". В другой раз на вопрос одного богослова, какая черта личности Создателя наиболее ярко проявилась в его Творении, Холдейн ответил: "Необычайная любовь к жукам" (жуки - самая разнообразная группа живых существ, их известно более 300 000 видов)

 

 

Вспомним, например, социальную жизнь бактерии Pseudomonas fluorescens, о которой говорилось в книге "Рождение сложности". Эта бактерия — удобный объект для изучения эволюции в пробирке.

 В жидкой среде бактерии Pseudomonas развиваются сначала как одиночные клетки и постепенно занимают всю толщу бульона. Когда в среде становится мало кислорода, получают преимущество бактерии-мутанты, которые выделяют вещества, способствующие склеиванию клеток. Такие бактерии после деления не могут "отклеиться" друг от друга. Фокус тут в том. что одиночные клетки плавают в толще бульона, а склеившиеся всплывают на поверхность, где кислорода гораздо больше, Производство клея — дело дорогостоящее, однако общая награда (кислород) с лихвой покрывает расходы.

 Возникновение таких колоний — само по себе большое достижение. Но до настоящей социальности, а тем более до настоящего многоклеточного организма тут еще очень далеко… Создается впечатление, что эволюция неоднократно "пыталась" создать из социальных бактерий или простейших, умеющих собираться в плотные скопления, многоклеточный организм, но дело почему-то не пошло дальше плазмодиев и довольно просто устроенных плодовых тел. Все по-настоящему сложные многоклеточные организмы формируются иным путем — не из множества индивидуальных клеток со своими особенными геномами, а из потомков одной-единственной клетки. Это гарантирует генетическую идентичность всех клеток организма. Величина R становится равной единице, что создает идеальные условия для родственного отбора.

 

 

 

Даже если быть эгоистом безусловно выгоднее, чем альтруистом, развитие альтруизма может идти за счет той пользы, которую получает от альтруистов вся популяция в целом, в сочетании со странным статистическим эффектом, который называется парадоксом Симпсона.

 В результате совместного действия этих двух факторов может возникнуть ситуация, которая интуитивно кажется невозможной: в каждой отдельной популяции процент носителей "генов альтруизма" неуклонно снижается (альтруисты всегда проигрывают в конкуренции своим эгоистичным сородичам), но если мы рассмотрим все популяции в целом, то окажется, что в глобальном масштабе процент альтруистов растет.

 

 

Можно ли создать общество, в котором альтруизм будет поддерживаться без насилия и при этом не будет обманщиков? Ни осам, ни людям это пока не удалось. Но некоторые кооперативные системы, существующие в природе, указывают на то, что в принципе можно не допустить самого появления обманщиков.

 Для этого нужно свести генетическое разнообразие особей в коллективе к полному нулю. Тогда симбионты просто не смогут конкурировать друг с другом за то, кто из них ухватит себе больший кусок общего пирога. Если все симбионты генетически идентичны, эгоистическая эволюция внутри системы становится невозможной, потому что из минимального набора условий, необходимых для эволюции, — дарвиновской триады "наследственность, изменчивость, отбор" — исключается один из компонентов, а именно изменчивость.

 Именно поэтому эволюции так и не удалось создать нормальный многоклеточный организм из генетически разнородных клеток, но удалось создать его из клонов — потомков одной-единственной клетки.

 

 

 

 

Известно, что люди сильно различаются по степени выраженности эмоции первичного отвращения: одни чуть в обморок не падают при виде таракана или неспущенной воды в унитазе, а другим хоть бы что. Блум и его коллеги обнаружили значимую корреляцию между этим показателем и политическими убеждениями. Люди, склонные испытывать сильное отвращение к "первичным" стимулам, чаще придерживаются консервативных взглядов и являются убежденными противниками клонирования, генно-модифицированных продуктов, гомосексуализма, мини-юбок, искусственного осеменения и прочих безобразий. Люди с пониженной брезгливостью, напротив, обычно имеют либеральные взгляды и просто не могут понять, отчего все вышеперечисленное может кому-то казаться отвратительным.

 

 

По мнению Ричарда Докинза (2005), распространение компьютерных вирусов, обычных биологических вирусов и различных идей (мемов), в том числе всевозможных суеверий, основано на одном и том же механизме. "Эгоистичный" и вовсе не обязательно приносящий пользу своему носителю фрагмент информации может самопроизвольно распространяться в системах, специально предназначенных для исполнения и копирования определенных инструкций. Главное, чтобы код "информационного паразита" совпадал с тем, к которому приспособлено данное считывающе-копирующее устройство.

 Клетка идеально приспособлена для выполнения и копирования инструкций, записанных в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК. Поэтому живые клетки — идеальная среда для распространения информационных паразитов (вирусов), представляющих собой записанные тем же кодом инструкции: "размножай меня", "синтезируй для меня белки, которые позволят мне проникнуть в другие копировальные устройства".

 Компьютер специально предназначен для выполнения и копирования инструкций, записанных в виде условных последовательностей нулей и единиц. Поэтому компьютеры — идеальная среда для распространения паразитических программ, записанных тем же кодом и содержащих инструкции: "размножай меня", "выполни такие-то действия, которые обеспечат мне проникновение в другие копировальные устройства".

 Наконец, человеческий мозг (особенно детский) специально приспособлен для усвоения, выполнения и последующей передачи другим людям инструкций, "записанных" при помощи тех средств коммуникации, которые присущи человеку. Дети охотнее верят тому, что говорят им взрослые, нежели собственным глазам (см. ниже). Могут ли в подобном "копировальном устройстве" не завестись вирусы?

 Типичный пример вирусов мозга — это всем известные "письма счастья": "Кто разошлет это письмо десяти своим друзьям, у того сбудется самая заветная мечта! Кто этого не сделает, того постигнет несчастье!" Нетрудно заметить, что большинство религий используют схожие средства воздействия на "копировальное устройство": верные спасутся, неверных ожидает жестокая кара.

 

 

 

 

Таким образом, происхождение религии не является чем-то абсолютно уникальным, да и в мозге нет специального отдела, "заведующего" религиозными идеями. Разные мозговые структуры отвечают за разные аспекты религиозного мышления и поведения (моделирование отношений с отсутствующими или воображаемыми лицами, ритуализованные действия, демонстрации лояльности). По мнению Буайе, идея бога кажется нам убедительной по одним причинам, ритуалы привлекательны по другим, моральные нормы кажутся "естественными" по третьим.

Канадские психологи Ара Норензаян и Азим Шариф из Университета Британской Колумбии наряду с другими экспертами полагают, что религиозность вполне могла развиться как полезная адаптация, способствующая сплоченности коллективов (Norenzayan, Shariff, 2008). Действительно, большинство религиозных систем открыто поощряет просоциальное поведение (то есть заботу об общем благе, в том числе и с ущербом для себя). Поэтому мысль о том, что религия могла возникнуть как адаптация, повышающая репродуктивный успех индивидов, живущих большими коллективами, кажется вполне правдоподобной.

… Корреляция между религиозностью и просоциальностью обычно выявляется лишь в таких контекстах, где на первый план выступают вопросы репутации. …  Во многих других экспериментах также было показано, что религиозные люди ведут себя более просоциально, чем неверующие, только в том случае, если за их поведением кто-то наблюдает. В анонимных экспериментах уровень альтруизма не зависел от религиозности.

 Но как может верующий оказаться в "анонимной" ситуации, если, по его мнению, за всеми его поступками наблюдает бог? Оказалось, что вера в божественное всеведение действительно способствует просоциальности, но только в том случае, если об этом всеведении человеку своевременно напомнят. Например, в экономических играх верующие ведут себя более просоциально, если перед игрой их знакомят с текстом, где упоминается что-нибудь божественное. Впрочем, точно такой же эффект дает и напоминание о светских институтах, контролирующих законность и мораль.

 

 

 

Среди социологов нет единого мнения о том, какую роль — положительную или отрицательную — играет религия в современных высокоразвитых обществах. Одни авторы утверждают, что массовая вера в бога или богов, поощряющих высокоморальное поведение и наказывающих за грехи, способствует общественному благополучию (снижению преступности, коррупции, экономическому процветанию). Другие доказывают, что разумная политика светских правительств гораздо важнее для процветания общества, чем массовая религиозность населения. Некоторые факты указывают и на возможное негативное влияние религиозности. Серьезных научных исследований по данному вопросу проведено на удивление мало. Отчасти это связано с тем, что изучение подобных вопросов часто наталкивается на разнообразные препятствия морально-этического и политического характера.

 В 2009 году этот пробел попытался восполнить Грегори Пол — независимый американский исследователь с широким кругом интересов, простирающихся от палеонтологии (Пол известен как авторитетный специалист по динозаврам) до социологии и религиоведения. Пол провел комплексный кросснациональный анализ, целью которого была проверка двух альтернативных гипотез о влиянии массовой религиозности на общественное благополучие (Paul, 2009). Первая из этих гипотез постулирует сильное положительное влияние массовой веры в бога (богов), неравнодушных к вопросам морали, на социально- экономическое благополучие общества. Вторая гипотеза предполагает, что религиозность в современных развитых обществах является, наоборот, негативным фактором, тормозящим рост социального благополучия. Теоретически возможен и третий вариант: религиозность вообще не оказывает влияния на ключевые социально-экономические показатели или ее влияние полностью перекрыто" и замаскировано другими, более важными факторами. Первая гипотеза предсказывает наличие положительной корреляции между религиозностью общества и общественным благополучием, вторая предсказывает отрицательную корреляцию, третья — отсутствие значимой корреляции.

 В действительности, конечно, все сложнее, и пространство логических возможностей не исчерпывается перечисленными гипотезами. Например, уровень религиозности может быть не причиной, а следствием того или иного уровня общественного благополучия, которое, в свою очередь, зависит от каких-то иных факторов. Тогда мы будем наблюдать значимую корреляцию между религиозностью и благополучием, но эта корреляция не будет свидетельствовать о влиянии первой на второе. То же самое может наблюдаться и в том случае, если какой-либо "третий фактор" одновременно влияет и на религиозность, и на благополучие общества. Как обойти эти методологические трудности? Один из возможных путей — включить в анализ как можно больше переменных, в идеале — учесть все доступные социально-экономические показатели, которые могут иметь отношение к делу. В этом случае вероятность того, что из поля зрения исследователя выпадут ключевые факторы, так или иначе связанные с интересующими нас показателями (религиозностью и общественным благополучием), станет минимальной.

 Именно это и попытался сделать Пол. В анализ он включил только данные по благополучным, процветающим демократическим государствам "первого мира" с населением около 4 млн человек или более. Всего было учтено 17 стран, данные по которым в международных базах и опубликованных сводках являются наиболее полными, достоверными и взаимно сравнимыми: США, Ирландия, Италия, Австрия, Швейцария, Испания, Канада, Новая Зеландия, Австралия, Нидерланды, Норвегия, Англия, Германия, Франция, Дания, Япония, Швеция. Список приведен в порядке убывания комплексного показателя религиозности населения (см. ниже): от самых религиозных стран к наиболее светским. Пол не включил в анализ страны второго и третьего мира, потому что это привело бы к трудноразрешимым методологическим проблемам. Например, среди этих стран наименьший уровень религиозности характерен для ряда посткоммунистических государств, но при этом очевидно, что низкий уровень религиозности связан не столько с уровнем общественного благополучия, сколько с последствиями длительного насаждения коммунистической идеологии. Кроме того, в странах, включенных в анализ, люди могут более или менее свободно выбирать мировоззрение, тогда как в некоторых странах третьего мира за публичный отказ от общепринятой религии могут и голову отрубить — тут уж не до кросскультурного анализа.

 Для оценки уровня религиозности населения использовалось около дюжины показателей, в том числе: доля людей, безоговорочно верящих в бога-творца (или богов-творцов); "библейских литералистов" — людей, настаивающих на буквальном понимании Библии; регулярных участников коллективных богослужений; регулярно молящихся; верящих в загробную жизнь, рай и ад; доля атеистов и агностиков; доля людей, признающих происхождение человека путем эволюции от низших животных, и т.д.

 Для оценки уровня благополучия общества Пол отобрал 25 наиболее достоверных социально-экономических показателей, в том числе число убийств и самоубийств (отдельно рассматривались самоубийства среди молодежи), детская смертность, продолжительность жизни, частота заболеваний гонореей и сифилисом (отдельно — среди подростков), число абортов среди несовершеннолетних, число родов в возрасте 15—17 лет, число бракосочетаний и разводов, потребление алкоголя, уровень удовлетворенности жизнью, доход на душу населения, уровень имущественного неравенства (так называемый индекс Джини), бедности, коррупции, безработицы и др. Из всех этих показателей Пол сконструировал комплексный "индекс общественного благополучия", который использовался в исследовании наряду с индивидуальными социально-экономическими показателями. Кроме того, были учтены показатели, отражающие уровень разнородности (фракционализации) общества, число иммигрантов, экологическую ситуацию в стране.

 Пол обнаружил сильную и статистически достоверную положительную корреляцию между благополучием общества и уровнем его "светскости". Эта корреляция хорошо видна при сопоставлении как комплексных, так и индивидуальных показателей религиозности и социально-экономического благополучия. Оказалось, что чем выше религиозность населения, тем ниже уровень общественного благополучия в стране, и наоборот.

 Большинство индивидуальных показателей общественного благополучия согласуются с этой общей закономерностью, однако есть и исключения. Так, уровень убийств положительно коррелирует с религиозностью только за счет США, поскольку в этой наиболее религиозной стране число убийств на душу населения намного выше, чем в любом другом государстве "первого мира". Если исключить из рассмотрения США, корреляция пропадает, так как в остальных 16 странах уровень убийств, по-видимому, уже приблизился к своему потенциально достижимому минимуму.

 Уровень самоубийств, по данным Пола, практически не зависит от религиозности населения (результаты по самоубийствам среди молодежи чуть-чуть в пользу светских стран, по самоубийствам среди людей всех возрастов — в пользу религиозных). Слухи об аномально высоком уровне самоубийств в малорелигиозных скандинавских странах — не более чем слухи.

 Сильная положительная корреляция обнаружилась между религиозностью населения и детской смертностью: чем религиознее страна, тем выше детская смертность. Корреляция между религиозностью и продолжительностью жизни направлена в ту же сторону, но выражена слабее.

 Число абортов среди несовершеннолетних достоверно ниже в светских странах, чем в религиозных. Достоверных корреляций между религиозностью и потреблением алкоголя не выявлено. Результаты по бракосочетаниям и разводам неоднозначны; в целом здесь небольшое преимущество на стороне религиозных стран (хотя религиозные США по числу разводов отстают только от совершенно не религиозной Швеции). Уровни удовлетворенности жизнью и безработицы не коррелируют с религиозностью, по уровню коррупции ситуация чуть лучше в менее религиозных странах.

 По производству ВВП религиозные страны чуть впереди, однако по уровню имущественного равенства нерелигиозные страны их резко опережают (чем выше уровень религиозности, тем выше индекс Джини, отражающий неравномерность распределения материальных благ среди населения). В соответствии с этим и процент бедняков в религиозных странах выше. Итоговый баланс — однозначно в пользу нерелигиозных стран.

 Из этого автор делает вывод, что гипотезу о сильном положительном влиянии массовой религиозности на социально- экономическое благополучие общества можно уверенно отвергнуть.

 Обсуждая природу выявленных корреляций, автор опирается не только на свои результаты, но и на множество дополнительных фактов и литературных данных. По мнению Пола (как и ряда других авторов), все указывает на то, что между уровнем массовой религиозности и общественным благополучием действительно существует причинная связь, однако направлена она не от религиозности к благополучию, а в обратную сторону. Иными словами, чем увереннее и спокойнее чувствуют себя люди (прежде всего представители среднего класса) в своем социальном окружении, чем меньше они тревожатся за свое экономическое благополучие, тем слабее их потребность искать утешение и защиту в религии….  Если вывод об отрицательной корреляции между религиозностью и общественным благополучием верен, то это должно быть видно и в исторической перспективе. По мере улучшения жизненных условий в той или иной стране уровень религиозности должен снижаться, и наоборот. Чтобы это проверить, нужно иметь достоверные и, главное, сравнимые количественные данные по разным историческим эпохам, а с этим дело пока обстоит туго. Те данные, которые есть в распоряжении исследователей сегодня, в целом подтверждают выводы Пола. Например, в США со времени окончания Второй мировой войны число людей, не верящих в бога, выросло почти втрое и соответственно сократилось число верующих (хотя на сегодняшний день США — самое религиозное из 17 исследованных государств). Другие данные, несмотря на свою неполноту, показывают, что процесс секуляризации неуклонно идет в последние десятилетия практически во всех странах "первого мира". Пол подчеркивает, что атеизм — единственное из мировоззрений, которое в наши дни эффективно распространяется в "первом мире" путем конверсии, то есть обращения (переубеждения) сторонников иных взглядов. Динамика численности приверженцев религий, напротив, зависит в основном от рождаемости среди верующих и миграционных процессов.

… Полученные результаты, по мнению автора, скорее свидетельствуют о том, что религиозность — относительно "поверхностный", гибкий, переменчивый психологический механизм, помогающий справляться со стрессом и тревожностью в малоэффективном обществе с низким уровнем социально-экономической стабильности и защищенности. Массовый отход от веры в бога-творца в свою очередь является естественной реакцией людей на улучшение жизненных условий.

 

 

Мы не произошли от обезьян. Мы — обезьяны, но обезьяны особенные, культурные (в том смысле, что наше поведение определяется культурой, а не только генами) и к тому же умные, аж с семью регистрами кратковременной рабочей памяти. С какой стати нам брать пример с шимпанзе, этих реликтовых лесных гоминоидов, не способных изготовить простейший олдувайский отщеп? Мы ведь даже со своих совсем недавних предков — палеолитических охотников-собирателей, людей бронзового века или средневековых европейцев — если и берем пример, то очень избирательно. И правильно делаем. Эти ребята считали "добром" многое из того, что сегодня является безусловным злом.

 Если серьезно, то я считаю, что десакрализация и демистификация человеческой психики, вскрытие ее подлинных эволюционных и нейробиологических корней — это путь к переводу нашего самосознания на новый, более высокий уровень. Многие считают, что главная отличительная черта человека — способность к рефлексии, осознанию собственного существования. Этого мало. Следующим шагом должно стать осознание собственной природы и происхождения. Честно говоря, я надеюсь, что когда-нибудь парадоксальная фраза "человек происходит от Дарвина" будет восприниматься как банальная истина.

 Наша внутренняя "модель себя", эта первооснова нашего социального интеллекта, очищенная наконец-то от примитивных сказок и страшных призраков, а заодно и от чрезмерно раздутого чувства собственной важности, с переписанными и учтенными скелетами в шкафах, станет куда более эффективным рабочим инструментом, чем тот полуфабрикат, с которым эволюция выпустила нас в мир культуры. А ведь на "модели себя" основано все то, что издавна считалось хорошим (пусть и в узком, "парохиальном" смысле): взаимопонимание, любовь, сочувствие. Мы сможем лучше понимать друг друга. Мы сможем стать великодушнее.

 Да, способность манипулировать ближними тоже основана на этой модели, но вы попробуйте применить свои макиавеллиевские штучки к собрату, который не хуже вас все знает о макиавеллиевских штучках.

 Хватит уже быть жертвами эволюции, друзья. Хватит чуять нутром и думать желудком. У нас есть семь регистров, мы еще не окончательно угробили эту планету, мы уже поняли, откуда мы взялись, и мы уже гуляли по Луне. Все еще может быть не так плохо.

Величие

Редкий автор популярной книги об эволюции сумеет воздержаться от цитирования заключительной фразы дарвиновского "Происхождения видов". Я тоже не сдержусь. Вот она:

Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.

Что касается "Творца", то в первом издании "Происхождения" его еще не было. Вместо "Творец вдохнул" стоял безличный оборот. В последующих изданиях Дарвин не только добавил слово "Творец", но и под давлением критики внес в книгу много других изменений, которые с позиций сегодняшнего дня выглядят неудачными. Кто-то даже пошутил, что шестое издание правильнее было бы назвать "Происхождение видов путем естественного отбора и множеством всяких других путей". Добавленное в текст упоминание Творца смущало Дарвина, судя по его письмам. Вообще-то он склонялся к мысли, что жизнь могла сама зародиться "в каком-нибудь теплом пруду". Но аргументов у него не было, и он решил поберечь свою репутацию. Ну да ладно, не в том дело. Дело в величии.

 Просто удивительно, как удается до сих пор некоторым людям не замечать подлинного величия, захватывающей дух красоты научной картины мира. В том числе — уже во многом прояснившейся благодаря усилиям ученых истории нашего собственного биологического вида.

 Человечество в своем культурном развитии породило много волнующих, талантливых, эстетически привлекательных мифов о происхождении и устройстве мира. Я и сам их люблю с детства. Эти истории отбирались по способности воздействовать на психику: самые впечатляющие запоминались и пересказывались, скучные забывались. Неудивительно, что некоторые из них обладают завораживающим, гипнотическим действием. Завладев мозгом, они не хотят его отпускать. Они приспособлены именно к этому.

 Выводы науки не отбираются по своей чарующей силе. Они отбираются по соответствию фактам. Казалось бы, уже по одной этой причине у них не может быть шансов на победу в конкурентной борьбе мемов за овладение массовым сознанием. Но не тут-то было. Картина мира, складывающаяся постепенно из открытий науки, оказывается изысканно сложной, гармоничной и величественной. Словом, не менее чарующей, чем специально отбиравшиеся по этому признаку мифы и сказания. Удивительно! А может быть, и нет. Разве мог мир, породивший такую замысловатую обезьяну, как Homo sapiens, оказаться скучным и некрасивым?

 К счастью, все больше людей начинают это понимать. Вот, например, чудесная цитата из "Живого Журнала" пользователя zlata_gl (публикуется с разрешения автора):

Меня подвигли на эту тему разговоры с людьми, гордящимися тем, что сам Бог их сотворил. Посему декларирую: Я горжусь своими славными предками!

Я горжусь обезьяной, которая додумалась взять камень и разбить им орех. Может быть, у нее были больные зубы... Это очень сложная операция для объема мозга обезьяны. На пределе способностей. Как для нас — Ньютон или Эйнштейн. Нужно объединить три предмета в одном месте: камень, на который кладут орех, камень, которым бьют, ну и сам орех. Я горжусь питекантропом, который первым подошел к страшному зверю — огню, ужасу всех зверей. Он взял в руку горящую ветку и понес. И стал подкармливать огонь другими ветками. Его смелость сравнима с подвигами всех героев исторических времен.

Я горжусь неандертальцем, который впервые стал ухаживать за раненым сородичем или товарищем. Мы знаем о нем из раскопок в Шанидаре, где найдены останки людей, проживших долгое время после тяжелых ранений. Один из них был инвалидом без руки и глаза. Никакое животное не смогло бы жить с такими увечьями.

Я горжусь кроманьонцами, разрисовавшими стену пещеры картинами охоты на оленей. И людьми неолита, бросившими в землю зерна.

Их реальные подвиги — выше и интереснее всех чудес религиозной мифологии.

То же самое следует сказать и о тайнах человеческой души, открываемых нейробиологией и экспериментальной психологией. Они оказались куда интереснее и глубже любых мистических фантазий. Интереснее хотя бы потому, что их действительно можно открывать. Их можно проверять фактами и экспериментами, а не просто придумывать и принимать на веру. Глубже — хотя бы потому, что любые тайны мистического свойства, если проследить их до основания, очень быстро упираются в какую-нибудь "беспричинную первопричину" или другой абсурд и непознаваемость. Поначалу это завораживает, но вскоре становится скучно. Сети из миллиардов нейронов, между которыми связей больше, чем звезд в Галактике, завораживают куда сильнее, стоит только начать в них разбираться.

 Наука не убивает душу. Она ее открывает и даже в каком-то смысле создает. А еще — берет ее за ручку и выводит из детского сада со сказочными картинками на стенах в огромный и прекрасный мир реальности.

 

 

«Рождение сложности»

 

  «Наверное, читатель уже догадался, что мы в этой книге не будем «опровергать дедушку Дарвина», равно как и других уважаемых и заслуженных «дедушек». В последнее время это стало слишком модно (правда, не столько в научном мире, сколько за его пределами). Что само по себе должно служить предостережением. Мода — не лучший ориентир для ученого. К тому же сами опровергающие порой весьма смутно себе представляют, какую именно из идей основоположника дарвинизма они опровергают и высказывал ли он вообще такую идею. Доходит до смешного: под броским заголовком «Дарвин был не прав» или «Теория Дарвина опровергнута» можно прочесть о том, что не все мутации случайны, или что приобретенные признаки, возможно, иногда наследуются, или что человек умелый (Homo habilis) мог и не быть прямым предком современного человека. Между тем Дарвин знать не знал ни о человеке умелом (его тогда еще не нашли), ни о мутациях в нынешнем понимании этого слова (генетики еще не было), а наследование приобретенных признаков Дарвин полагал вполне вероятным и даже очевидным. Подобные «опровержения» не свидетельствуют ни о чем, кроме дурного вкуса авторов подобных броских заголовков».

 Теоретик-эволюционист Ю. В. Чайковский (известный, кстати, своими нетрадиционными взглядами на развитие органического мира) в своей последней книге (Ю. В. Чайковский, Наука о развитии жизни, 2006. http://rogov.zwz.ru/Macroevolution/chaik2006.djvu Должен оговориться, что с некоторыми идеями этой книги я категорически не согласен, что, в прочем, не лишает их права на существование) выделяет четыре основных направления эволюционной мысли:

1. ламаркизм (наследование приобретенных признаков, возможность передачи информации от фенотипа к генотипу);

2. жоффруизм (изменение под прямым воздействием среды, в особенности изменение ранних зародышевых стадий);

3. дарвинизм (естественный отбор случайных отклонений);

4. номогенез (развитие на основе закономерностей, а не случайностей).

 Яростные споры между ортодоксальными сторонниками этих направлений и по сей день время от времени сотрясают научную атмосферу, но ускоряют ли они развитие науки? Выдающийся палеонтолог С. В. Мейен, работавший над объединением учений № 3 и 4, говорил, что в спорах рождается только склока, а истина рождается в работе. Точнее не скажешь!

 И Жан-Батист Ламарк, и Этьен Жоффруа Сент-Илер, и Чарльз Дарвин, и Лев Семенович Берг (автор теории номогенеза), и большинство их последователей были, право же, не глупее нас с вами. В чем-то каждый из них ошибался, но в главном они все были правы. Потому что опирались в первую очередь на научные факты, во вторую — на логику, а идеология и «партийная принадлежность» получающихся выводов интересовала их значительно меньше. В наши дни фактов стало больше, и на них тем более следует полагаться, так что мне совершенно непонятен ход мысли тех ученых, которые, услышав рассказ о результатах какого-нибудь эксперимента, заявляют: «Да вы хоть понимаете, что это чистейший ламаркизм?!» (дарвинизм, кладизм, полифилизм... нужное подчеркнуть).

 Эволюция — факт. В этом отношении биологи вполне единодушны. То, что эволюция идет самопроизвольно, без контроля со стороны разумных сил, по естественным (а не сверхъестественным) причинам, — это общепринятая, отлично работающая гипотеза, отказ от которой крайне нежелателен (пока не обнаружены факты, требующие этого), потому что он сделал бы живую природу в основном непознаваемой. Детали, механизмы, движущие силы, закономерности, пути эволюции — вот главный предмет исследований биологов-теоретиков в наши дни.

 Пытаться запихнуть весь гигантский массив биологических фактов и обобщений, накопленных к сегодняшнему дню, в какой-то отдельно взятый «-изм» (один из вышеперечисленных или любой другой) — исключительно неблагодарное занятие».

 

«Популяризаторская деятельность для ученых в современном мире (и в России особенно) — это никакая не благотворительность, а общественный долг и необходимое средство самосохранения.

 Ученые обычно настолько увлечены своей наукой, что не замечают многого из происходящего вокруг и только когда за ними уже пришли, начинают что-то взволнованно бормотать, подобно Архимеду с его сакраментальным «не испорти мои чертежи».

Неприятие научного знания уходит корнями в детскую психологию. Надо сказать, что проблема растущего отрыва науки от общества актуальна отнюдь не только для России. В других странах положение ничуть не лучше, а порой и хуже. … Согласно недавно проведенным опросам, 42% взрослых американцев убеждены, что люди и животные существуют в своем нынешнем виде с начала времен. Среди меньшинства, признающего эволюцию и естественный отбор, лишь очень малая часть в состоянии внятно объяснить, что это такое. Как правило, наивные эволюционисты полагают, что эволюция — это некий загадочный закон природы, в силу которого дети лучше приспособлены к среде обитания, чем их родители. «Сопротивление науке» затрагивает не только эволюцию: огромное число людей верит в научно не подтвержденные «медицинские» практики, в привидения, в астрологию и т. д.

 Казалось бы, пусть себе верят! В конце концов, благодаря научному прогрессу большая часть народонаселения в развитых странах имеет полную возможность комфортно жить, вообще ничего не зная и не понимая в науке. Но ведь есть еще и политическая сторона вопроса. В современном демократическом обществе именно от этих невежественных налогоплательщиков зависит в конечном счете государственная политика в таких наукоемких областях, как изменения климата, генетически модифицированные организмы, стволовые клетки, клонирование, вакцинация и т. д. …»

 

«Мировое научное сообщество считает, что имеющиеся на сегодняшний день доказательства эволюции являются настолько неопровержимыми и всеобъемлющими, что эволюция — это уже давно не «гипотеза» и не «теория», а твердо установленный научный факт. Отрицать его, оставаясь в рамках науки, сегодня невозможно. Перечислять отдельные доказательства эволюции нет смысла: многие из них общеизвестны и очевидны, другие мы рассмотрим ниже по мере необходимости. В действительности вся совокупность фактов и открытий, о которых рассказано в этой книге, является хорошим подтверждением реальности эволюции. К каждому отдельному примеру всегда можно при желании придраться (этим и занимаются креационисты — люди, отрицающие реальность эволюции), но сила эволюционного учения в том, что с ним согласуются миллионы фактов. Главное же как раз очень удачно и выразил Добржанский в вышеприведенном афоризме: эволюция придает смысл, логику и стройность всему гигантскому массиву накопленных биологией знаний. Попробуйте выкинуть из биологии эволюционное учение — и биология превратится в бессмысленную и бесполезную кучу разрозненных, необъясненных фактов».

 

«Креационизм на сегодняшний день не является научной теорией (хотя вполне мог рассматриваться в качестве таковой еще 100-150 лет назад). Ни в одном приличном научном журнале ни в одной стране мира, где такие журналы издаются, сегодня нельзя найти не только креационистских статей, но и никаких дискуссий о реальности факта эволюции. Почему? Да по той же причине, по которой физические журналы не принимают к рассмотрению статьи с описаниями вечных двигателей, а географические или геологические издания не рассматривают рукописи, основанные на идее о плоской Земле, покоящейся на трех слонах.

 Именно поэтому в этой книге не будет прямой дискуссии с креационистами. Однако сам по себе беспристрастный рассказ о новейших научных открытиях в разных областях биологии — практически о любых открытиях — уже служит превосходным доказательством правоты эволюционистов и ошибочности взглядов креационистов. Читателям, желающим подробнее ознакомиться с доводами креационистов и с ответами ученых на эти доводы, я могу порекомендовать следующие ссылки:

http://evolbiol.ru/paperlist.htm#creatio — большая подборка материалов по дискуссии креационистов с эволюционистами; 

http://evolbiol.ru/religion.htm — обзор «Эволюция и религия» с сайта «Проблемы эволюции»;

Николай Борисов. Неполитические дебаты: у науки нрав неробкий? http://www.humanism.al.ru/ru/articles.phtmlPnum=000482 — рассказ о первом в России телевизионном диспуте креационистов с эволюционистами».

 

«Неотъемлемое свойство науки — самой себе создавать проблемы. С витализмом было покончено, но все дивиденды достались не науке, а... церкви. Живое не может самозарождаться? Превосходно! Но откуда тогда вообще появилась жизнь? Одно из двух: либо она существовала изначально (эту точку зрения позже отстаивал В.И. Вернадский), либо сотворена Богом (так полагал и сам Луи Пастер). Второе, конечно, вероятнее: представить себе «изначальность» жизни (как и вечность Вселенной) довольно трудно. А вот теория божьего творения проста и понятна каждому.

 Нелегкая задача встала перед теми учеными, которые не соглашались с Луи Пастером и не хотели привлекать сверхъестественные силы для объяснения природных явлений. После того как была доказана невозможность самозарождения, они должны были теперь долго и мучительно доказывать его возможность. Пусть не здесь и сейчас, а очень давно, и не за час-другой, а за миллионы лет.

 Поначалу дело казалось безнадежным, ведь химики еще не умели получать органические вещества из неорганических. Грань между живой и неживой материей казалась непреодолимой. Правда, еще в 1828 г. Фридрих Велер синтезировал мочевину, но это никого не убедило: подумаешь, мочевина! Не органика, а так, «отход жизнедеятельности». Однако в 1854 г. Пьер Эжен Марселей Бертло сумел искусственно получить липиды, а в 1864 г. А. М. Бутлеров открыл реакцию синтеза углеводов из формальдегида. Вскоре химики научились получать и многие другие органические вещества из неорганических.

 Стало ясно, что между живой и неживой материей на химическом уровне нет непреодолимой грани. Это был первый крупный успех теории абиогенеза (происхождения живого из неживого естественным путем). Ученые поняли, что, хотя прямое самозарождение живых существ невозможно, жизнь могла появиться постепенно в результате долгой химической эволюции».

 

«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. И потом, развитие жизни идет по пути приспособления, адаптации, так что вполне естественно, что жизнь в нашей Вселенной соответствует ее законам. В другом мироздании и жизнь была бы другой. С этой точки зрения соответствие земной жизни земным условиям не более удивительно, чем соответствие формы воды, налитой в сосуд, форме сосуда».

 

«Молодая Земля могла иметь в своем составе большое количество органики с самого начала своего существования. Абиогенный синтез органики продолжался уже на Земле. Экспериментально показана возможность синтеза аминокислот и других органических соединений в тех условиях, которые предположительно могли существовать на планете в дни ее молодости (См. «Эксперимент Миллера-Юри», http://elementy.ru/trefil/21169)».

 

«Между химическими реакциями возникала своеобразная конкуренция — борьба за одни и те же субстраты (исходные вещества, необходимые для их проведения). В такой борьбе всегда побеждает та реакция, которая идет быстрее. Так что среди химических процессов начинается настоящий естественный отбор. Медленные реакции постепенно затухают и прекращаются, вытесняемые более быстрыми.

 Важнейшую роль в этом соревновании играли катализаторы — вещества, ускоряющие те или иные химические превращения. Огромное преимущество должны были получать реакции, катализируемые своими собственными продуктами. Такие реакции называют автокаталитическими или цепными. Типичный пример автокаталитической реакции — так называемая реакция Бутлерова, в ходе которой из формальдегида образуются сахара, которые сами и являются катализаторами этой реакции. Это значит, что после появления в реакционной смеси первых молекул сахаров процесс превращения формальдегида в сахара начинает самопроизвольно ускоряться и становится лавинообразным (В. Пармон Естественный отбор среди молекул // Наука из первых рук №0 2004 с. 33-40 http://evolbiol.ru/npr_parmon.pdf).

 Следующий этап — формирование автокаталитических циклов, в ходе которых происходит не только синтез катализаторов, но и частичное возобновление расходуемых субстратов. От сложного и эффективного автокаталитического цикла уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей — это самоподдерживающийся, автокаталитический процесс.»

 

«Общепринятого определения жизни не существует (в биологии вообще с определениями трудно — обычно чем строже определение, тем хуже оно работает). Одни ученые полагают, что жизнь — скорее процесс, чем структура, и определяют ее, например, как «процесс сохранения неравновесного состояния органической системы извлечением энергии из среды». Такому определению могут соответствовать и системы, не имеющие четких пространственных границ, — автокаталитические циклы, «живые растворы». Другие подчеркивают обязательную дискретность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм». Третьи подчеркивают информационную природу жизни и определяют ее как способность некого фрагмента информации («репликатора») к самокопированию с использованием ресурсов внешней среды. Под это определение подходят не только биологические вирусы, но и компьютерные и даже распространяющиеся в обществе слухи, верования и т. п. (Ричард Докинз. Вирусы мозга, http://elementy.ru/lib/164594). Но это, пожалуй, чересчур широкий взгляд на жизнь».

 

«Какая из трех молекул появилась первой? Одни ученые говорили: конечно, белки, ведь они выполняют всю работу в живой клетке, без них жизнь невозможна. Им возражали: белки не могут хранить наследственную информацию, а без этого жизнь и подавно невозможна! Значит, первой была ДНК!

Ситуация казалась неразрешимой: ДНК ни на что не годна без белков, белки — без ДНК. Получалось, что они должны были появиться вместе, одновременно, а это трудно себе представить. Про «лишнюю» РНК в этих спорах почти забыли. Ведь она, как тогда думали, не может без посторонней помощи ни хранить информацию, ни выполнять работу.

 Потом, правда, выяснилось, что у многих вирусов наследственная информация хранится в виде молекул РНК, а не ДНК. Но это посчитали курьезом, исключением. Переворот произошел в 80-х годах XX века, когда были открыты рибозимы — молекулы РНК с каталитическими свойствами. Рибозимы — это РНК, выполняющие активную работу, то есть то, что должны делать белки. Среди рибозимов были найдены и катализаторы репликации (копирования, размножения) молекул РНК — своих собственных или чужих.

 В итоге РНК из «почти лишней» стала «почти главной». Оказалось, что она, и только она, может выполнять сразу обе главные жизненные задачи — и хранение информации, и активную работу. Стало ясно, что возможен полноценный живой организм, не имеющий ни белков, ни ДНК, в котором все функции выполняются только молекулами РНК. Конечно, ДНК лучше справляется с задачей хранения информации, а белки — с «работой», но это уже детали. РНК- организмы могли приобрести белки и ДНК позже, а поначалу обходиться без них.

 Так появилась теория РНК-мира, согласно которой первые живые существа были РНК-организмами без белков и ДНК. А первым прообразом будущего РНК-организма мог стать автокаталитический цикл, образованный самовоспроизводящимися молекулами РНК — теми самыми рибозимами, которые способны катализировать синтез собственных копий.

 

 Теория РНК-мира, вначале чисто умозрительная, очень быстро «обрастает» экспериментальными данными. Химики научились получать рибозимы чуть ли не с любыми желаемыми характеристиками. Делается это так. Например, мы хотим создать молекулу РНК, которая способна безошибочно узнавать вещество X и связываться с ним. Для этого синтезируют большое количество разных цепочек РНК, соединяя рибонуклеотиды друг с другом в случайном порядке. Раствор, содержащий полученную смесь молекул РНК, наливают на поверхность, покрытую веществом X. После этого остается лишь отобрать и исследовать те молекулы РНК, которые прилипли к поверхности. Технология незамысловата, но она действительно работает.

 

 

 

 

 

Древнейшие формы жизни поначалу активно использовали для осуществления необходимых химических реакций простые неорганические катализаторы, в первую очередь соединения железа и серы. Постепенно эти катализаторы замещались более эффективными органическими — то есть белками, и вполне естественно предположить, что первые белки включали в себя атомы железа как неотъемлемые структурные и функциональные компоненты. В дальнейшем, когда живые организмы стали осваивать другие местообитания, они сразу же столкнулись с резким дефицитом доступного железа, и отбор стал способствовать замене старых железосодержащих белков другими, не нуждающимися в железе для выполнения своих функций. В конце концов железо сохранилось только в тех белках, которые без него совсем уж никак обойтись не могут».

 

«До самого недавнего времени многим экспертам казалось, что загадка происхождения рибосом вряд ли когда-нибудь будет разгадана. Ведь в природе не осталось никаких «переходных звеньев», то есть более простых молекулярных комплексов, которые могли бы претендовать на роль «предков» рибосом. Однако в начале 2009 года канадские биохимики, похоже, нашли ключик к этой тайне в самой структуре рибосом современных организмов (Konstantin Bokov, Sergey V. Steinberg A hierarchical model for evolution of 23S ribosomal RNA // Nature. 2009. V. 457 p. 977-980).

 Они сосредоточились на самой главной части рибосомы — на молекуле РНК, которая называется 23S-pPHK и является основой большой субъединицы рибосомы. Эта молекула весьма велика: она состоит почти из 3000 нуклеотидов. В клетке она сворачивается в сложный трехмерный «клубок». Разные петли, выступы и другие элементы структуры этого «клубка» обеспечивают выполнение разных функций: связь с рибосомными белками, присоединение малой субъединицы, присоединение и удерживание в нужных позициях молекул транспортных РНК (тРНК), которые несут на своих «хвостиках» аминокислоты, необходимые для синтеза белка.

 Проведенные ранее эксперименты показали, что рибосомные белки играют в рибосоме вспомогательную роль: они делают ее более стабильной и повышают эффективность ее работы, однако все главные действия, необходимые для синтеза белка, осуществляются не белками, а рибосомными РНК. Это значит, что изначально рибосомы могли состоять только из рРНК, а белки добавились позже. Самый главный этап трансляции — присоединение аминокислот к синтезируемой белковой молекуле — осуществляется молекулой 23S-pPHK. Поэтому логично предположить, что все началось именно с этой молекулы.

 Однако молекула 23S-pPHK слишком велика и сложна, чтобы появиться в готовом виде в результате случайного комбинирования нуклеотидов. Таким образом, ключевой допрос состоит в том, могла ли 23S-pPHK произойти от более простой молекулы-предшественницы в результате постепенной эволюции, то есть путем последовательного добавления новых фрагментов. Ученым удалось показать, что структура 23S-pPHK свидетельствует именно о таком ее происхождении.

 Целостность трехмерной структуры молекулы 23S-pPHK поддерживается разнообразными связями между ее участками. Некоторые части молекулы сворачиваются в двойные спирали. К двойным спиралям «приклеиваются» другие участки молекулы, состоящие из нескольких идущих подряд аденозинов. Связи, возникающие между двойными спиралями и «стопками» аденозинов, необходимы для поддержания стабильной трехмерной структуры той части молекулы, к которой принадлежит аденозиновая «стопка», но они не влияют на стабильность той ее части, к которой принадлежит двойная спираль. Иными словами, если мы разорвем какую-нибудь из этих связей, это нарушит структуру той части молекулы, где находится аденозиновая «стопка», но не причинит вреда той части, где расположена двойная спираль. Таким образом, если 23S-pPHK развивалась постепенно из простой молекулы-предшественницы, то сначала должны были появляться двойные спирали, и только потом к ним могли «пристраиваться» аденозиновые стопки.

 Изучая структуру 23S-pPHK, исследователи обратили внимание, что в одной части молекулы имеется скопление двойных спиралей и почти нет аденозиновых стопок. Это наблюдение навело ученых на мысль, что эволюция молекулы 23S-pPHK могла начаться именно с этого фрагмента молекулы.

 Но если этот фрагмент был той «затравкой», с которой началась эволюция 23S-pPHK, то следует ожидать, что именно в нем находится какой-то важный функциональный центр молекулы. Так ли это? Оказывается, это действительно так: именно этот участок молекулы 23S-pPHK играет ключевую роль в присоединении аминокислот к синтезируемому белку. Он удерживает в правильных позициях «хвосты» двух молекул тРНК (той, что принесла предыдущую аминокислоту, уже присоединенную к белку, и той, что принесла следующую аминокислоту). Именно этот участок молекулы обеспечивает сближение новой аминокислоты с предыдущей, уже присоединенной к белку, и катализирует соединение аминокислоты с белком.

 Обнаружив эти факты, исследователи перешли к более тонкому анализу структуры 23S-pPHK. Они подразделили молекулу на более тонкому анализу. Они подразделили молекулу на 60 относительно самостоятельных структурных блоков и детально проанализировали характер связей между ними. Фактически они рассматривали молекулу как сложный трехмерный «пазл» и пытались выяснить, поддается ли он сборке и разборке без поломки деталей. Оказалось, что молекулу действительно можно постепенно «разобрать», ни разу не нарушив структуру остающихся блоков. Сначала можно отделить 19 блоков, причем структура оставшихся блоков остается неповрежденной. После этого отделяются еще 11 блоков, затем еще 9, 5, 3, 3, 2, 2, 2; наконец, еще три блока можно отделить последовательно по одному. После этого остается «неразобранным» лишь маленький фрагмент молекулы, составляющий 7% от ее общей массы. Этот неразобранный фрагмент представляет собой тот самый каталитический центр, ответственный за удерживание двух молекул тРНК и присоединение аминокислот к белку».

 

«Взаимовыгодное сотрудничество» РНК и белков (пептидов), вероятно, складывалось постепенно. Можно предположить, что изначально химические циклы с участием РНК и пептидов формировались порознь, возможно, в несколько разных условиях. Об этом свидетельствует химический состав этих веществ. В РНК много фосфора: остатки фосфорной кислоты вместе с остатками рибозы составляют «скелет» молекулы. Сера в состав РНК не входит. В белках, наоборот, нет фосфора, зато имеется сера, которая играет весьма важную роль в поддержании пространственной структуры белковой молекулы».

 

«Типичным примером примитивизации дарвиновских идей является широко распространенное по сей день мнение о том, что в основе эволюции лежат исключительно эгоизм, конкуренция и безжалостная «борьба за существование». Каждый за себя, кто смел — тот и съел, побеждает сильнейший... Одним словом, сплошной «закон джунглей».

 Сколько раз недобросовестные публицисты — и особенно креационисты — ставили биологам в вину эти взгляды, утверждая, что дарвинизм якобы подвел научную базу под самые несправедливые и бесчеловечные политические системы, такие как фашизм или, скажем, колониализм. Забывая при этом, что дело ученых (по крайней мере, ученых-естественников, с гуманитариями ситуация сложнее) — искать истину, а не решать, что хорошо, а что плохо. Даже если бы эволюция и впрямь основывалась исключительно на «праве сильного» (что, как мы видели в предыдущей главе, далеко не всегда так), из этого вовсе не следует, что на таком же принципе должны строиться законы человеческого общества. В конце концов, не следует же из закона всемирного тяготения, что мы все должны лежать пластом, никогда не пытаясь встать!

 Конкуренция, конечно, играет весьма важную роль и в биологической, и в социальной эволюции. Однако в конечном счете, как правило, в выигрыше оказываются не те, кто сумел добиться безраздельного господства в той или иной сфере и уничтожить всех конкурентов, а те, кому удалось наладить взаимовыгодное сотрудничество с ними и превратить врагов в друзей.

 Если уж на то пошло, для социальной эволюции «закон джунглей» характерен даже в большей степени, чем для эволюции биологической. История полна примеров безжалостного истребления и вытеснения одними народами других, и этническое разнообразие человечества в целом скорее снижается, чем растет (особенно это заметно в наши дни из-за так называемой глобализации). Для биологической эволюции такие явления менее характерны. Новые «прогрессивные» группы обычно не вытесняют старые, а добавляются к ним, что ведет к неуклонному росту биологического разнообразия. Кстати, рост биологического разнообразия, как выяснилось, хорошо описывается гиперболической функцией, точно так же, как и рост численности (но не разнообразия!) человечества.

 Например, появление многоклеточных организмов вовсе не привело к вытеснению одноклеточных. Этого и не могло произойти, потому что высшие организмы изначально развивались в среде, населенной низшими; эти последние составляли важнейшую часть тех «внешних условий», к которым должны были адаптироваться высшие. В результате низшие организмы и по сей день остаются жизненно необходимы для существования высших. Если сегодня на Земле вдруг исчезнут все одноклеточные, биосфера испытает немедленный коллапс. Растительность придет в упадок, потому что никто на свете, кроме некоторых микроорганизмов, не умеет фиксировать атмосферный азот (см. главу «Планета микробов»). А если бы даже каким-то чудом уцелели растения, это не спасло бы животных, ведь они не способны переваривать самые массовые виды растительной пищи без помощи кишечных микроорганизмов. Если же исчезнут многоклеточные, на процветании мира микробов это отразится в гораздо меньшей степени.

 Без сотрудничества, кооперации, симбиоза не может существовать (и тем более развиваться) ни одна живая система. Даже для самых жестоких человеческих коллективов (изолированных, так называемых карцерных, где всплывают на поверхность самые дремучие инстинкты и «архаическое мышление») не характерны взаимоотношения по принципу «каждый против каждого». Неизбежно будут складываться какие-то группировки, союзы, альянсы».

 

«Однако как бы ни были тесны связи в симбиотическом содружестве микробов, сообщество не становится настоящим целостным организмом, потому что оно не может размножаться как единое целое (подробнее об этом см. врезку «Появлению многоклеточности мешают обманщики» в главе «Рождение сложности», стр...). Каждый из микробов сохраняет способность «сбежать» из сообщества и перейти к самостоятельной жизни, если где-то сложатся подходящие для этого условия; каждый размножается сам по себе и имеет свой собственный индивидуальный геном, который и передает своим потомкам. Поэтому естественный отбор продолжает действовать на уровне отдельных клеток, а не на уровне сообщества. Любая мутация, повышающая жизнеспособность данного конкретного микроба, будет поддержана отбором даже в том случае, если это вредно для сообщества как целого. Чаще всего вред для сообщества будет означать и вред для данного микроба, но, увы, не всегда — иначе не было бы на свете паразитов и обманщиков. Поэтому эволюция прокариот в основе своей остается эгоистической.

 Чтобы преодолеть эти ограничения, прокариотическим клеткам нужно было сделать еще один шаг — вполне естественный и логичный — в сторону дальнейшего усиления интеграции, сплоченности сообщества. Они должны были по-настоящему слиться в единый организм, отказаться от своей клеточной индивидуальности и объединить свои персональные хромосомы в один большой общий геном.

 Именно это и случилось в начале протерозойского эона (вероятно, около 2,0-2,2 млрд лет назад) (в 1999 году в отложениях возрастом 2,7 млрд лет были найдены следы присутствия эукариот - фрагменты органических молекул (мембранных стеролов), которые ни у кого, кроме эукариот, не встречаются. Поэтому до самого недавнего времени многие эксперты считали, что эукариоты появились еще в конце архейской эры. Однако в октябре 2008 года ученые, открывшие древние стеролы, сами же и «закрыли» свое открытие. Они установили, что стеролы просочились в древние породы из вышележащих, более молодых слоев). Сообщество прокариот, слившееся в единый организм — эукариотическую клетку, — стало новым базовым «строительным блоком», усовершенствованным «кирпичиком» в том великом конструкторе, из которого эволюция по сей день продолжает собирать новые формы жизни.

 Воскрешенные белки рассказывают о климате древнейших эпох. Для реконструкции древнейших этапов эволюции очень важно хотя бы примерно представлять, в каких условиях происходили эти события. Одним из самых спорных является вопрос о том, каким был климат на планете в течение архейского и протерозойского эонов.

 Как правило, о климате столь отдаленных эпох судят по изотопному составу углерода, кислорода, кремния, серы и других элементов в осадочных породах земной коры. Эти данные порой допускают неоднозначное толкование. Иногда предположения о протерозойских температурах базируются на присутствии в породах ископаемых остатков тех или иных бактерий, но и эти данные считаются не вполне надежными и обычно вызывают массу возражений. Как и в случае с абсолютными геохронологическими датировками (Популярный обзор современных методов геохронологии см. в статье А.В. Марков Хронология далекого прошлого http://elementy.ru/lib/430055), для повышения надежности и точности палеоклиматических реконструкций огромное значение имеет привлечение разных источников данных. Если каждый метод в отдельности не очень надежен, нужно использовать сразу несколько независимых методов и смотреть, сходятся ли результаты. Вплоть до самого последнего времени палеоклиматические реконструкции, относящиеся к архею и протерозою, казались весьма сомнительными. Однако в феврале 2008 года в журнале Nature появилась статья американских исследователей, которая сильно изменила ситуацию к лучшему.

 Ученые из Фонда прикладной молекулярной эволюции, факультета биохимии и молекулярной биологии Флоридского университета и компании «ДНК 2.0м (DNA 2.0 lnс) провели многоступенчатое исследование, в результате которого удалось получить весьма правдоподобную реконструкцию температуры земной поверхности в архейские и протерозойские времена, то есть 3,5-0,5 млрд лет назад.

 Ученые подошли к проблеме с совершенно новой и неожиданной стороны. Их идея состояла в том, чтобы восстановить белки древнейших бактерий и проверить, к каким температурам эти белки лучше всего приспособлены — благо современная молекулярная биология уже способна выполнить такие удивительные маневры, как реконструирование исчезнувших белков. Тогда диапазон температур, в которых реконструированные белки будут устойчивы, как раз и покажет температурные условия, к которым были приспособлены бактерии.

 В качестве белков-индикаторов решено было восстановить ферменты, участвующие в последовательном присоединении аминокислот к синтезируемой молекуле белка (этот процесс называется элонгацией и представляет собой основной этап трансляции). Ферменты этого этапа трансляции называются факторами элонгации. Они должны всегда присутствовать в клетке в большом количестве, пока клетка жива, и всегда должны быть наилучшим образом приспособлены к окружающей среде, иначе белки в клетке будут синтезироваться слишком медленно. Исследователи остановили свой выбор на одном из трех основных факторов элонгации, присутствующих у прокариот, — EF-Tu (elongation factor thermo-unstable).

 Исходя из строения факторов элонгации и, соответственно, кодирующих их генов у разных групп современных бактерий, а также у хлоропластов и митохондрий были реконструированы наиболее вероятные предковые гены факторов элонгации, соответствующие основным узлам (точкам ветвления) эволюционного древа бактерий. Эта стандартная статистическая задача сейчас легко решается: банки данных с расшифрованными генными последовательностями, в том числе и гены белков — факторов элонгации, находятся в открытом доступе. Для реконструкций были использованы две альтернативные схемы эволюции бактерий, так что генные последовательности пред- ковых белков получились немного разные. Затем эти гипотетические белки изготовили в лаборатории: собрали кодирующие их гены, внедрили их в клетки кишечной палочки, и бактерия вынужденно синтезировала необходимые ученым белки. После чего можно было спокойно изучать термостойкость этих воскрешенных белков».

 

«Но потом цианобактерии «изобрели» кислородный фотосинтез (см. предыдущую главу), начали выделять кислород, и спокойному существованию пришел конец. Для всех древних форм земной жизни — и для всех без исключения членов нашего древнего сообщества — кислород был опаснейшим ядом. Даже самим цианобактериям было не очень приятно жить в отравленной — с их точки зрения — среде. Но возможность наконец-то избавиться от «сероводородной зависимости» перевешивала все прочие соображения. Конечно, цианобактерии поступили крайне эгоистично — ради собственной независимости они чуть не отравили все живое на планете, но в конечном счете их эгоизм оказался полезен для биосферы. Ведь без него наша Земля и по сей день оставалась бы «планетой микробов».

 К счастью для цианобактерий, они очень быстро нашли способ обезвреживать ядовитые продукты собственной жизнедеятельности. И тот же самый способ — причем даже с большей эффективностью — применили для защиты от яда обитатели второго слоя, пурпурные бактерии. Скорее всего, тут не обошлось без горизонтального обмена генами. В чем же состоял этот способ? Как обычно, эволюция слепила новую молекулярную «машинку» из того, что первым подвернулось. Для эволюции это очень характерный и легко узнаваемый стиль. Поскольку в данном случае дело касалось фотосинтезирующих микробов, в ход пошел аппарат фотосинтеза. Небольшая модификация некоторых частей этого аппарата привела к возникновению системы кислородного дыхания.

 Как клетки научились дышать. Упрощенно говоря, в процессе фотосинтеза квант света выбивает из молекулы хлорофилла электрон. Этот «возбужденный» электрон затем передается «из рук в руки» по цепочке белков, постепенно теряя свою энергию, которая идет на синтез АТФ. В конце концов электрон возвращается на место, то есть передается молекуле хлорофилла — той же самой или другой.

 «Генеральная идея» кислородного дыхания состоит в том, что электрон берется не у хлорофилла, а у какой-нибудь другой органической молекулы (например, у пирувата — уже упоминавшейся пировиноградной кислоты), затем точно так же передается по цепочке белков-переносчиков и, наконец, торжественно «вручается» конечному получателю. Только в случае дыхания это опять-таки не хлорофилл, а другая молекула. Какая — попробуйте угадать. Ну конечно, это молекула кислорода! Получив необходимое количество электронов, ядовитый кислород тотчас присоединяет к себе соответствующее количество протонов (Н+) и превращается в безобидную воду. Так хитрая клетка убивает сразу двух зайцев: обезвреживает опасный яд и запасается энергией. Ведь система синтеза АТФ за счет энергии передаваемого «с рук на руки» электрона была унаследована дыхательной «молекулярной машинкой» от аппарата фотосинтеза (наш рассказ о появлении дыхания, конечно, весьма упрощен. В частности, считается, что эффективно использовать дыхание для получения энергии клетка научилась не в один миг. Поначалу, возможно, приходилось сжигать ценную органику «почти даром», только для того, чтобы обезвредить кислород).

 У цианобактерий до сих пор перенос электрона и в процессе фотосинтеза, и при дыхании осуществляется одними и теми же белковыми комплексами, так что между двумя процессами существует даже нечто вроде конкуренции за «право пользования» белками — переносчиками электронов».

 

«Линейные хромосомы — причина старения? Линейные хромосомы имеют один «недостаток» по сравнению с кольцевыми: при каждой репликации (копировании) они немножко укорачиваются, поскольку ДНК-полимераза не может скопировать самый кончик хромосомы, к которому она прикрепляется и с которого начинает репликацию. Кончики хромосом — их называют теломерами — не содержат полезных генов и состоят из коротких, многократно повторяющихся последовательностей нуклеотидов. С каждым клеточным делением теломеры укорачиваются. Когда теломеры становятся слишком короткими, клетка уже не может поделиться, не лишившись части полезной генетической информации. Поэтому клетки многоклеточного организма могут поделиться лишь ограниченное число раз. Возможно, в этом состоит одна из причин старения у многоклеточных эукариот (хотя эта гипотеза оспаривается многими экспертами). При образовании половых клеток теломеры приходится восстанавливать, достраивать. Для выполнения этой функции эукариоты приспособили «прирученные» мобильные элементы — ретротранспозоны (см. главу «Наследуются ли приобретенные признаки?»).»

 

« Чрезвычайно широко распространены также симбиозы животных с микробами, помогающими усваивать растительную пищу. Потребление органики, производимой растениями в ходе фотосинтеза, — главная «экологическая роль» животных в биосфере, однако, как это ни парадоксально, сами по себе животные практически не способны справляться с этой задачей. Подавляющее большинство растительноядных животных попросту лишены ферментов для расщепления растительных полимеров (главным из которых является целлюлоза). Поэтому практически все животные-фитофаги — это на самом деле симбиотические комплексы из животного-хозяина и разнообразных бактерий, грибов или простейших (причем в последнем случае симбиотические простейшие зачастую сами имеют бактериальных симбионтов). Скорее всего, растительноядность изначально была симбиотическим феноменом».

 

«Излюбленным аргументом креационистов является утверждение о невозможности самопроизвольного развития сложных структур из простых на основе случайных изменений. Действительно, здравый смысл вроде бы подсказывает, что, сколько бы мы ни ворошили лопатой кучу мусора, ничего полезного и принципиально нового из обрывков и обломков само собой не соберется. Креационисты очень любят приводить эту аналогию (она известна во многих вариантах). Часто в этом контексте поминают также второе начало термодинамики, согласно которому якобы невозможен самопроизвольный рост упорядоченности — сам собой нарастать может только хаос.

 Все это, сказать по правде, полная ерунда. Подобные рассуждения изобилуют логическими ошибками: аналогии не соответствуют объясняемому феномену, а физические законы привлекаются не к месту, то есть делается попытка применить их за пределами установленной для них области применимости. Например, второе начало термодинамики справедливо только для изолированных систем, которые не получают энергии из внешней среды. Живые организмы, напротив, всегда получают энергию извне и, расходуя часть этой энергии на повышение упорядоченности внутри себя, создают при этом порядочный хаос снаружи. Суммарная неупорядоченость (энтропия) всей системы (организм + среда) при этом растет. Поэтому никакого противоречия между развитием жизни и вторым началом термодинамики попросту не существует. Возможность самоорганизации — самопроизвольного рождения порядка из хаоса — показана экспериментально и обоснована теоретически для самых разных типов открытых неравновесных систем.

 Кроме того, говоря о «случайности», якобы лежащей в основе предполагаемых механизмов эволюции, креационисты занимаются откровенным передергиванием. Они спекулируют на многозначности и расплывчатости термина «случайность». В действительности эволюция основана не на случайностях, а на вполне строгих закономерностях (о которых мы еще будем говорить). Даже мутации, которые до недавнего времени действительно было принято считать случайными, на самом деле далеко не всегда таковы (см. главу «Управляемые мутации»). Дарвиновский механизм естественного отбора сам по себе вполне достаточен для того, чтобы придать эволюционному процессу упорядоченность. Пусть даже первичные изменения (мутации) происходят случайно — благодаря действию отбора запоминание системой произошедших изменений происходит уже не случайно, а строго закономерно. Это избирательное запоминание и производит новую информацию и новую сложность. Между прочим, математикам хорошо известна так называемая S-теорема Ю. Л. Климонтовича, представляющая собой строгое математическое доказательство того, что новая информация (или «отрицательная энтропия», упорядоченность) порождается, сочетанием случайного изменения состояния системы с последующим необходимым (избирательным) запоминанием результатов изменения. Иными словами, эволюционный механизм, предложенный Дарвином, является совершенно адекватным и достаточным объяснением самопроизвольного усложнения живых систем в ходе эволюции — как с точки зрения биологии, так и с точки зрения физики и математики (См. Н.М. Борисов Эволюция, случайность, энтропия (о том, как Дарвин и Клаузиус оказались правыми одновременно) http://evolbiol.ru/evidence10.htm#borisov1).

 Чтобы убедиться своими глазами в возможности самозарождения сложного из простого, налейте в ванну воды и выньте пробку слива (тем самым превратив закрытую систему в открытую). Вскоре хаотическое движение молекул воды под воздействием силы тяжести на ваших глазах породит довольно сложную, упорядоченную структуру — воронку-водоворот. Когда видишь это впервые в жизни (я помню свое впечатление из раннего детства), возникает ощущение чуда. Почему? Да просто наше мышление так устроено: оно специализировано для целеполагания, мы привыкли планировать свои действия, ориентируясь на ожидаемый результат. Поэтому нам и кажется, что если чего-то не предусмотришь, не проконтролируешь, то ничего хорошего и не выйдет — только разруха и хаос. Раз за разом нас подводит эта «инструментальная» направленность нашего мыслительного процесса. Так, в высокоразвитых сельскохозяйственных цивилизациях Мексиканского нагорья царило убеждение, что если пустить дело на самотек, то ни солнце утром не взойдет, ни лето в положенный срок не настанет, а потому необходимо регулярно подкармливать жертвенной кровью тех светлых богов, что в непрестанной героической борьбе с силами хаоса поддерживают привычный нам миропорядок. Ныне те боги, хочется верить, уже умерли с голоду, но на смене дня и ночи это, как видим, не отразилось.

 Аналогии с мусорной кучей и лопатой, или с землетрясением, которое может только разрушить здание, но никогда не соберет его из камней, или с мартышкой, которая, случайно нажимая на клавиши, никогда не напишет «Войну и мир», имеют примерно такое же отношение к эволюции, как ритуальная практика ацтеков — к вращению Земли вокруг солнца. Те эволюционные процессы, в результате которых рождается новая сложность, очень мало похожи на эти воображаемые ситуации. Если какое-то сходство и есть, то очень неполное, ограниченное отдельными признаками, поверхностное и ничего не говорящее о сути дела».

 

«Была раньше такая хорошая игрушка — радиоконструктор (что-то вроде нынешнего «Лего», только из конденсаторов, ламп, катушек и прочих радиодеталей). Простые работающие устройства — такие, например, как детекторный приемник — из этого конструктора собирались с достаточно высокой вероятностью путем абсолютно случайного, произвольного соединения деталек. Этот пример показывает, что если «детальки» хороши, то даже случайное их комбинирование вполне может породить что-то полезное и жизнеспособное. А в «эволюционном конструкторе» детальки, несомненно, самого высшего сорта — отшлифованные естественным отбором, проверенные и испытанные многими поколениями живых «испытателей».

 Кроме того, геном организма или отдельный ген — это далеко не «Война и мир», а нечто гораздо более помехоустойчивое. Если мы заменим случайным образом букву, слово или предложение в талантливом романе, то наверняка хоть чуть-чуть, но испортим произведение. Если мы заменим в гене нуклеотид или в белке аминокислоту, с очень большой вероятностью не произойдет абсолютно ничего плохого (более того, есть даже вполне реальный шанс, что изменение окажется полезным, но об этом чуть позже)».

 

«Белки с одинаковой функцией могут сильно различаться по структуре. Вот аминокислотная последовательность фермента фруктозо-бисфосфат альдолазы жгутиконосца Euglena gracilis. Это один из ферментов гликолиза — важного биохимического процесса, в ходе которого, как мы помним, клетка тратит часть энергии, заключенной в молекуле глюкозы, для синтеза двух молекул АТФ без использования кислорода. Каждая буква соответствует определенной аминокислоте (Р — пролин, D — аспарагиновая кислота, F — фенилаланин, К — лизин и т.д.):

PDFPKDLKGV LDGNQVRTLF DFAQKKGFAI PAVNCTSSSTVNWLERARD THNPVIIQVS QGGAAFYCGK GVKDEKLIAS VDGSVALAHH VRAVAHTMAP VWHSDHCAK KLLPWFDGML DADGEIFCEH GVPLFSSHML DLSEENDEED IGTCVKYFTR MAKLNLWLEM EIGMTGGVED GVDNSGVAND KLYTSSEQVF AVHKALGASS PNFSIAAAFG NVHGVYKPGN VKLQPNLLKE HQDYARKQLS SSEDHPLYLW FHGPSGSTDA EIHEAVRNGVVKMNLDTDMQ WAYWDGLRQF EAKKHDYLQG QIGNPEGPDK PNKNYYDPRK WIREAELGML ARVKVAFKAV ELPGGLKEFI GIP (Все «расшифрованные» последовательности генов и белков лежат в Интернете в открытом доступе. Данная последовательность доступна по адресу: http://www.ebi.uniprot.org/entry/Q42729_euggr.).

А вот тот же самый фермент бактерии Mycoplasma pneumoniae:

MLVNIKQMLQ HAKQHHYAVP HININNYEWA KAVLTAAQQA KSPIIVSTSE GALKYISGHQ VWPMVKGLV DALKITVPVA LHLDHGSYEG CKAALQAGFS SIMFDGSHLP FQENFTKSKE LIELAKQTNA SVELEVGTLG GEEDGIVGQG ELANIEECKQIATLKPDALA AGIGNIHGLY PDNWKGLNYE LIEAIAKATN LPLVLHGGSG IPEADVKKAI GLGISKLNIN TECQLAFAKA IREYVEAKKD LDTHNKGYDP RKLLKSPTQA IVDCCLEKMQ LCGSTNKA (http://www.ebi.uniprot.org/entry/alf_mycpn).

На первый взгляд заметить сходство между этими белками очень непросто. На второй, впрочем, тоже. А ведь это, по молекулярно-генетическим меркам, весьма похожие друг на друга, близкородственные белки! У них есть длинный сходный участок (от 16-й до 333-й аминокислоты первой молекулы и от 5-й до 265-й аминокислоты второй), в пределах которого совпадает целых 25% аминокислот. Кроме того, некоторые другие аминокислоты в двух белках хотя и разные, но близкие по своим химическим свойствам.

Реакция, которую катализирует фермент фруктозо-бисфосфат альдолазы.

 Для того чтобы обнаружить это сходство и оценить его количественно, можно воспользоваться специальной программой BLAST, свободно доступной в Интернете по адресу http://www. ncbi.nlm.nih.gov/blast/bl2seq/wblast2.cgi. TaM надо просто вставить две аминокислотные последовательности в два окошка и нажать кнопку.

 Такой уровень сходства при сравнении белков представителей разных надцарств живой природы (мы сравнивали эукариот с бактериями) считается очень высоким. В данном случае, возможно, этот результат объясняется тем, что предки эвглены сравнительно недавно приобрели соответствующий ген путем горизонтального переноса от каких-то бактерий. У высших эукариот фруктозо-бисфосфат альдолазы этого семейства вообще не встречаются. У нас с вами, например, они совсем другие.

 Читатель может попробовать самостоятельно сравнить между собой фруктозо-бисфосфат альдолазы различных организмов (найти их можно, например, в базе данных PFAM http://pfam.sanger.ac.uk/, осуществив поиск по ключевым словам «fructose bisphosphate aldolase»).»

 

«Параллелизмом, или параллельной эволюцией, называют независимое появление похожих признаков у разных организмов. Параллелизмы очень широко распространены в природе, и биологи-теоретики уделяют много внимания этому явлению. В нем отчетливо проявляется закономерный (неслучайный) характер эволюции. Одной из основных причин параллелизмов является ограниченность возможных путей эволюционного преобразования организма. Сформулированный Н. И. Вавиловым «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости» (http://evolbiol.ru/vavilov.htm) позволил связать это явление с закономерностями внутривидовой изменчивости. У близких видов встречаются одинаковые вариации — например, у большинства злаков есть остистые и безостые формы. Палеонтология дает много ярких примеров схожести путей эволюции в разных группах (мы поговорим об этом подробно в главе «Направленность эволюции»).

Яркий пример параллельной эволюции: сумчатый саблезубый тигр Thylacosmilus из плиоцена Южной Америки (вверху) и «обычный* саблезубый тигр Smilodon из плейстоцена Северной Америки.

Пути эволюции предопределены на молекулярном уровне

В наши дни бурное развитие молекулярной биологии привело к тому, что многие важные биологические закономерности, в том числе явление параллельной эволюции, временно оказались как бы за рамками «настоящей серьезной науки» — просто потому, что их пока не удается объяснить на молекулярном уровне.

 Поэтому предпринятая учеными из Гарвардского университета попытка найти молекулярные основы канализированности (ограниченности возможных путей) и повторяемости эволюции имеет большое теоретическое значение (Daniel M. Weinreigh, Nigel F. Delaney, Mark A. DePristo, Daniel L. Hartl Darwinian evolution can follow only few mutational paths to fitter proteins // Science. 2006. v.312. p.111-114). В качестве модели исследователи выбрали адаптацию бактерий к антибиотикам — сравнительно простой эволюционный процесс, высокодетерминированный и повторяемый и к тому же имеющий большое практическое значение. Исследование наглядно показало, что в эволюции может быть реализована лишь очень небольшая часть из общего числа теоретически существующих путей «из точки А в точку Б».

 Бактерии приспосабливаются к антибиотикам из группы бета-лактамов (к которым относится, в частности, пенициллин) благодаря изменениям гена, кодирующего фермент бета-лактамазу. Предполагается, что мутации возникают случайно, причем вредные мутации отсеиваются отбором, а полезные закрепляются.

 В ходе адаптации бактерий к цефотаксиму — антибиотику третьего поколения из группы бета-лактамов — в исходный вариант гена бета-лактамазы вносится пять вполне конкретных мутаций, в результате чего устойчивость к антибиотику возрастает в 100 000 раз. Но такой эффект дают только все пять мутаций вместе. Понятно, что одновременное появление сразу пяти «нужных» мутаций невероятно: они должны появляться и фиксироваться последовательно, одна за другой. Значит, на пути к конечной цели организм должен пройти через четыре промежуточных состояния. Если хотя бы одно из них окажется менее выгодным, чем предыдущее, оно будет забраковано отбором, и конечная цель не будет достигнута.

 Теоретически существует 5(!) = 120 различных траекторий движения от исходного состояния (отсутствие устойчивости к цефотаксиму) к конечному, то есть к очень высокой устойчивости. Экспериментальным путем ученые установили, что из 120 теоретически возможных путей последовательного приобретения пяти мутаций большинство (102) вообще не могут реализоваться, так как требуют на каком-то этапе временного снижения приспособленности (в данном случае под «приспособленностью» понимается устойчивость к цефотаксиму). Оставшиеся 18 путей очень сильно различаются по вероятности своей реализации. Расчеты показали, что в 99% случаев эволюция «выберет» один из 10, а в 50% случаев — один из двух наиболее вероятных путей.

 Вполне возможно, что это правило распространяется и на эволюцию других белков. Это значит, что молекулярной эволюции свойственны высокие повторяемость и предсказуемость. Разные организмы должны независимо друг от друга двигаться по одним и тем же «разрешенным» эволюционным траекториям. Не исключено, что аналогичные ограничения могут направлять и канализировать дарвиновскую эволюцию и на более высоких уровнях организации живого».

 

«Ход развития и строение взрослого многоклеточного животного «закодирован» в геноме примерно в той же степени и в том же смысле, в каком причудливые морозные узоры на стекле «закодированы» в структуре молекулы воды. В обоих случаях между наследственным кодом и его воплощением (генотипом и фенотипом) лежат сложнейшие, трудно поддающиеся изучению процессы самоорганизации. Эта аналогия помогает понять, почему генетики, даже имея полные тексты геномов многих видов, так медленно продвигаются к пониманию «генетических основ» сложных биологических объектов и явлений».

 

«Очень важно помнить, что геном работает не на уровне организма, а на уровне клетки. По сути дела он реально кодирует лишь биохимию и поведение одной клетки. Никакой «программы развития организма» в оплодотворенном яйце нет: там есть программа поведения клетки, не более. Что же касается «программы развития», то она самозарождается из взаимодействия делящихся клеток уже в ходе самого развития (примерно так же, как это происходит у Protozoon)».

 

«В самом начале кембрийского периода, примерно 542 млн лет назад, многие группы животных почти одновременно стали обзаводиться твердым минерализованным скелетом. Поскольку в ископаемом состоянии обычно сохраняются именно такие скелеты, а мягкие части бесследно исчезают, это событие в палеонтологической летописи выглядит как внезапное, «взрывное» появление многих групп животных (моллюсков, членистоногих, губок, археоциат, брахиопод, к которым несколько позже присоединяются иглокожие, кораллы, мшанки и другие). Отсюда и общепринятое название этого события — «кембрийский взрыв».

 Вся та палеонтология, о которой мы говорили до сих пор, — палеонтология докембрия, то есть изучающая архейский и протерозойский эоны со всеми биомаркерами, окремненными цианобактериями, акритархами, городискиями и мягкотелыми животными венда, — стала интенсивно развиваться лишь сравнительно недавно. До этого момента докембрийские толщи казались ученым практически мертвыми, не содержащими почти никаких следов жизни. «Кембрийский взрыв» выглядел внезапным появлением множества разнообразных организмов словно бы из ниоткуда. Поэтому докембрий назвали криптозоем — временем «скрытой жизни», а последний этап развития биосферы, начавшийся с кембрия и включающий палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, носит название фанерозоя (время «явной жизни»)».

 

«Пришло время поговорить о параллелизмах подробнее. Некоторые примеры общеизвестны. Так, представители разных классов позвоночных животных, перешедшие к активному плаванию в толще воды, независимо друг от друга приобрели обтекаемую рыбообразную форму тела и плавники (рыбы, ихтиозавры, дельфины). Еще более интересны примеры возникновения почти идентичных наборов «жизненных форм» на разобщенных континентах. Например, Южная Америка долгое время была изолирована от других материков, но еще до отделения туда проникли примитивные плацентарные млекопитающие кондиляртры — «древние копытные». Эволюция кондиляртр протекала далее независимо в Южной и Северной Америке, причем последняя время от времени соединялась с Евразией сухопутным мостом — Берингией. В результате на «Большой Земле» (в Северной Америке и Евразии) кондиляртры дали начало отрядам парно- и непарнокопытных, куда относятся всем известные лошади, носороги, антилопы, олени, гиппопотамы и т. д. В Южной Америке расцвели другие отряды копытных, произошедшие от тех же кондиляртр — нотоунгуляты (Нотоунгуляты, по-видимому, появились в Азии, а оттуда проникли в Северную и Южную Америку еще от ее отделения. Но на «Большой Земле» они быстро вымерли, вытесненные более совершенными группами, а в Южной Америке сохранились, размножились и дали много разнообразных, удивительных форм), литоптерны, астрапотерии и пиротерии. Среди этих «южных копытных» появились формы, поразительно схожие с настоящими лошадьми, носорогами, верблюдами, зайцами и даже слонами. В Южной Америке процветали также и сумчатые, быстро вымершие на «Большой Земле». Среди южноамериканских сумчатых тоже появились жизненные формы, удивительно похожие на некоторых североамериканских и азиатских зверей. Один из ярких примеров — сумчатый саблезубый тигр тилакосмилус, аналог настоящих саблезубых тигров, которые относились к семейству кошачьих и охотились на крупных толстокожих копытных на просторах Азии, Африки и Северной Америки. Тилакосмилус, хоть и был сумчатым, вероятно, занимал ту же экологическую нишу и охотился на крупных толстокожих «южных копытных» (Увлекательная история эволюции южноамериканских животных описана в знаменитой книге Дж. Симпсона Великолепная изоляция. http://rogov.zwz.ru/Macroevolution/simpson1983.djvu.).

 Впрочем, не стоит преувеличивать это сходство. В Южной Америке появились и такие звери, аналогов которым среди обитателей «Большой земли» найти не удается. Это броненосцы, муравьеды, ленивцы, к которым относятся и удивительные гигантские наземные ленивцы мегатерии. Все эти звери не похожи ни на кого, только на самих себя. В целом южноамериканские звери были менее совершенными, чем их аналоги с «Большой Земли». Например, сумчатые хищники вроде тилакосмилуса все-таки не могли сравниться в ловкости и сообразительности с «настоящими», несумчатыми, львами и тиграми. Поэтому с южноамериканскими хищными млекопитающими успешно конкурировали гигантские хищные нелетающие птицы фороракосы. Кроме того, там появились самые крупные летающие птицы всех времен. Некоторые из них, такие как аргентавис, достигали в размахе крыльев семи с половиной метров при весе до 80 кг и, возможно, могли проглотить целиком зверя размером с зайца. Совсем недавно в Патагонии был найден самый большой в мире птичий череп. Его длина — 71,6 см.

 Самый большой птичий череп всех времен. Фороракосы — крупные нелетающие хищные птицы, появившиеся в Южной Америке около 62 млн лет назад, то есть почти сразу после вымирания динозавров. Многие палеонтологи полагают, что между этими двумя событиями существует тесная связь. Исчезновение динозавров освободило нишу двуногого бегающего хищника, которая активно эксплуатировалась разнообразными хищными динозаврами в течение всей истории этой группы рептилий. После вымирания динозавров эта ниша была немедленно освоена их ближайшими родственниками — птицами. Семейство фороракосов, последние представители которого вымерли около 2 млн лет назад, включает самых крупных птиц всех времен. Их рост мог достигать трех метров и более. Однако многие детали строения крупных фороракосов остаются неизвестными из-за фрагментарности имеющихся находок.

Titanis walleri — родственник фороракоса, живший 2 млн лет назад в Техасе и Флориде. На передних конечностях у него имелась пара пальцев, образующих подобие клешни.

 В 2006 году палеонтологи нашли в Аргентине неплохо сохранившийся череп фороракоса длиной 716 мм. Это самый большой птичий череп из всех известных науке. Возраст находки — 10-15 млн лет (средний миоцен). Вместе с черепом найдены кости ног, которые оказались неожиданно длинными и тонкими. Это противоречит прежним представлениям о том, что крупнейшие представители фороракосов были тяжеловесны и медлительны. По всей видимости, эти чудовищные птицы на самом деле были очень быстрыми бегунами.

 (Источник: Luis М. Chiappe, Sara Bertelli. Skull morphology of giant  terror birds // Nature. 2006. V. 443.)

Несмотря на удивительное разнообразие и кажущуюся высокую приспособленность южноамериканских зверей, многие из них не выдержали конкуренции с североамериканскими переселенцами: после воссоединения Южной и Северной Америк, а это произошло в плиоцене, многие северные виды отправились осваивать южные территории. Большинство южноамериканских хищников и копытных были вытеснены пришельцами и вымерли.

 В этом проявилось одно из «правил» эволюции, которому пока нет однозначного объяснения. На больших территориях быстрее идут эволюционный прогресс и рост конкурентоспособности, тогда как на малых территориях, в том числе на изолированных островах, быстрее происходит появление всевозможных странных, необычных, причудливых форм. Это обстоятельство биологи подметили уже давно, но лишь недавно сумели его подтвердить строгими цифрами.

 Эволюция на островах идет быстрее. Еще со времен Дарвина, исследовавшего галапагосских вьюрков, удаленные острова считаются своеобразными «эволюционными лабораториями», в которых виды претерпевают быстрые и порой весьма изощренные эволюционные изменения. В частности, известно, что крупные животные, попав в изолированные и обедненные островные экосистемы, часто мельчают, а мелкие, наоборот, достигают гигантских размеров, причем в ряде случаев на это требуется совсем немного времени. Однако до сих пор представления об ускоренной эволюции на островах не имели строгого количественного обоснования, а отдельные факты и вовсе им противоречили: например, ископаемому сицилийскому слону Elephas falconeri, рост которого был менее метра, а масса (100 кг) составляла лишь 1% от массы его континентального предка, потребовалось очень много времени (около 300 тысяч лет), чтобы так измельчать».

 

«В «домолекулярную эру» в распоряжении ученых было три научных дисциплины, при помощи которых можно было реконструировать эволюционную историю организмов: 1. сравнительная анатомия, 2. сравнительная эмбриология и 3. палеонтология. В последние десятилетия добавился еще один чрезвычайно мощный метод, основанный на сравнении нуклеотидных последовательностей ДНК и аминокислотных последовательностей белков. Молекулярный метод сильно потеснил первые две дисциплины (но не третью), потому что он позволяет работать одновременно с огромным количеством признаков. По сути дела, каждый нуклеотид в молекуле ДНК — это отдельный признак, который можно использовать в эволюционных исследованиях наряду с такими классическими признаками, как строение черепа или ранние стадии развития эмбриона».

 

«Происхождение птиц: «орнитизация» (конец юрского — меловой период)

Мало кто из древних обитателей Земли может сравниться по своей популярности со знаменитым археоптериксом, восемь скелетов которого найдено в Германии в отложениях позднеюрского возраста.

 Это существо сочетает в себе признаки хищных динозавров-теропод и птиц. Пока археоптерикс был единственной известной «полуптицей-полурептилией», ситуация казалась простой. От динозавров произошел археоптерикс, от археоптерикса — настоящие птицы.

 Но последовали новые находки, которые, как водится, вместо того чтобы еще более прояснить ситуацию, сильно ее запутали. Во-первых, выяснилось, что археоптерикс был совсем не одинок.

 В отложениях мелового периода обнаружилось множество близких к археоптериксу существ, обладающих смесью птичьих и динозавровых признаков. Этих странных птиц назвали «энанциорнисами», т. е. «противоптицами», чтобы подчеркнуть, что они, возможно, и не имеют прямого отношения к настоящим птицам. Орнитизация, или «оптичивание», шла многими параллельными путями, и какая именно из «переходных форм» дала начало современным птицам, не так-то просто понять.

 Археоптерикс и его родичи энанциорнисы действительно очень близки к хищным динозаврам — тероподам. Хотя у них выработались многие птичьи признаки, до сих пор у ученых остались сомнения в том, что энанциорнисы были прямыми предками современных птиц. Эксперты отмечают, что у энанциорнисов не заметно тенеденции к постепенному приобретению тех птичьих особенностей, которых им «не хватало», чтобы стать настоящими птицами.

Энанциорнис.

 Зато обнаружились, причем в большом количестве, разнообразные наследники хищных динозавров, близкие по признакам к энанциорнисам или к каким-то другим птицеподобным созданиям. Оказалось, что многие мелкие хищные динозавры в разное время приобретали те или иные птичьи черты. Найдено довольно много видов динозавров с настоящими перьями.

 Зачем динозаврам перья? Перья не сразу стали использоваться для полета. Сначала они, по всей видимости, служили для термоизоляции и были похожи на пух современных птиц. Потом они пригодились для брачных демонстраций. В октябре 2008 года в Китае нашли остатки пушистого нелетающего динозаврика размером с голубя, у которого на хвосте было четыре длиннейших пера, примерно таких же, как у самцов современных райских птиц. Такие перья могли использоваться только для привлечения самок — больше они ни на что не годны. Позже перья могли пригодиться как средство планирования при прыжках с ветки на ветку (у древесных динозавров дромеозаврид) либо для ускорения бега — у быстро бегающих наземных форм.

Недавно откопали совсем уж невероятных «четырехкрылых» динозавров — микрорапторов, которые, скорее всего, умели неплохо летать. Крупные перья, явно предназначенные для полета, были у них не только на передних конечностях, но и на задних!

 До недавнего времени считалось, что все «оптичившиеся» динозавры были сравнительно мелкими. Однако в 2007 году в Китае был найден настоящий птицеподобный гигант, живший в позднемеловую эпоху и весивший около полутора тонн.

 В Китае нашли кости гигантского птицеподобного динозавра.

По мнению большинства ученых, непосредственными предками птиц были целюрозавры (это одна из групп теропод, являющихся, в свою очередь, одной из групп ящеротазовых динозавров). Многие целюрозавры в течение юрского и особенно мелового периодов приобретали различные птичьи черты, в том числе перья, причем эти события происходили независимо в разных эволюционных линиях. Эксперименты по «орнитизации» продолжались и после появления настоящих птиц — по-видимому, вплоть до самого конца эпохи динозавров, наступившего на рубеже мезозойской и кайнозойской эр (65,5 млн лет назад).

 До сих пор считалось, что степень «оптичивания» у целюрозавров коррелировала с размерами: наибольшее число птичьих черт было отмечено у мелких представителей группы, тогда как у крупных целюрозавров орнитизация не заходила так далеко. Предполагалось, что, увеличиваясь в размерах, целюрозавры могли терять некоторые птичьи признаки и возвращаться к более примитивному состоянию. Новая находка китайских палеонтологов показала, что даже крупнейшие представители группы могли быть очень похожи на птиц.

 Чудовище, названное гигантораптором, проживало на территории Китая в позднемеловую эпоху, в период между 89,3 млн и 65,5 млн лет назад. Оно имело 8 м в длину, 3,5 м в высоту при горизонтальном положении туловища и весило около полутора тонн.

 Исследовав структуру костей на срезах, исследователи пришли к выводу, что найденный динозавр погиб на 11-м году жизни (возраст определили по числу «годовых колец»). Он уже был взрослым, но продолжал расти. По-видимому, к старости гиганторапторы могли весить существенно больше полутора тонн. Как и другие гигантские динозавры, гигантораптор рос очень быстро, значительно быстрее, чем его ближайшие родственники — некрупные целюрозавры из группы Oviraptorosauria.

 В строении скелета гигантораптора выявлен ряд черт, которые сближают его с птицами и ранее у крупных динозавров не встречались. В частности, из всех гигантских теропод у гигантораптора были самые длинные и тонкие конечности — как передние, так и задние. Авторы находки полагают, что гигантораптор, возможно, был самым быстрым бегуном в своем размерном классе.

 Отпечатки перьев не сохранились, но исследователи полагают, что перья у гигантораптора могли быть, особенно на передних конечностях (предположение основано на наличии перьев у родственников и предполагаемых предков гигантораптора и на некоторых косвенных признаках). Есть мнение, что перья у бегающих теропод изначально развились для тепла и лишь потом были приспособлены для полета. Однако нам следует иметь в виду, что крупные перья на передних конечностях никогда не служили для теплоизоляции: скорее, они выполняли функции аэродинамического характера.

(Источник: Xing Хu et al. A gigantic bird-like dinosaur from the Late Cretaceous of China // Nature. 2007. V. 447. P. 844-847.)

 Как заметил российский палеоорнитолог Е. Н. Курочкин, у археоптерикса на сегодняшний день не осталось ни одного «птичьего» признака, который не был бы найден у тех или иных динозавров. Раньше такими признаками считались перья, крючковидные отростки на ребрах и вилочка (сросшиеся ключицы). Зато многие из тех признаков, которые есть у настоящих (веерохвостых) птиц, но отсутствуют у динозавров, не обнаружены ни у археоптерикса, ни у его ящерохвостых родственников.

 Кто был предком настоящих птиц? Археоптерикс и его родня — энанциорнисы, — несомненно, произошли от динозавров. Однако, по мнению Е. Н. Курочкина, это была тупиковая ветвь, вымершая в конце мелового периода вместе с динозаврами и не оставившая потомков.

 Курочкин считает, что предков настоящих птиц нужно искать в более древних эпохах. Возможно, птицы произошли вовсе не от пернатых динозавров, не от археоптерикса и не от энанциорнисов, а от более древних пресмыкающихся — позднетриасовых текодонтов. Не исключено, что эта группа рептилий была общим предком и птиц, и динозавров.

 Лучшим из обнаруженных до сих пор кандидатов на роль птичьего предка среди текодонтов является протоавис, найденный в позднетриасовых отложениях США в 1983 г. Хотя протоавис был наземным животным и не умел летать, у него имеются важнейшие птичьи признаки, которых нет ни у археоптерикса, ни у энанциорнисов, ни у пернатых динозавров.

 Возможно, движение в «птичью» сторону началось еще в триасе у текодонтов. Линия, приведшая к настоящим птицам и идущая от форм, близких к протоавису, не сразу достигла эволюционного успеха. Вначале доминировала «энанциорнисовая» линия, идущая от хищных динозавров — теропод. Причем птичьи признаки приобретались параллельно в нескольких линиях динозавров, поэтому говорят о «процессе орнитизации теропод». Эта линия оказалась тупиковой. Только после ее вымирания в конце мела настоящие (веерохвостые) птицы заняли освободившееся экологическое пространство и достигли подлинного расцвета.

 Впрочем, большинство западных ученых не разделяют эту точку зрения и выводят птиц напрямую из энанциорнисов и им подобных промежуточных форм.

 Завершая разговор о происхождении птиц, расскажу об одном необычном исследовании, результаты которого были опубликованы в начале 2007 года в журнале Nature (Chris L. Organ, Andrew M. Shedlock, Andrew Meade, Mark Pagel, Scott V. Edwards. Origin of avian genome size and structure in non-avian dinosaurs // Nature. 2007. V. 446. E 180-184.).

 Кто бы мог подумать, что в серьезных научных журналах начнут появляться статьи об эволюции геномов динозавров — животных, в чьих ископаемых костях за давностью лет никакой ДНК попросту не осталось. Тем не менее это произошло.

Изобретательность исследователей, выполнивших эту работу, вызывает чувство глубокого восхищения.

 Ученые воспользовались тем обстоятельством, что в ископаемых костях, если они достаточно хорошо сохранились, на срезах бывают видны маленькие полости, в которых при жизни животного помещались клетки костной ткани — остеоциты. Известно, что размер генома в некоторых группах живых существ положительно коррелирует с размером клеток. Справедливо ли это для остеоцитов позвоночных? Авторы изучили срезы костей 26 видов современных тетрапод (то есть четвероногих; к ним относятся амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие) и обнаружили линейную зависимость между размером генома и средним объемом остеоцита. Найденная зависимость позволила ученым с приемлемой точностью оценивать размеры геномов ископаемых видов.

 Авторы воспользовались этой замечательной возможностью, чтобы ответить на вопрос, который давно волнует ученых: когда и почему у предков современных птиц произошло радикальное уменьшение генома? Дело в том, что птичьи геномы значительно меньше по размеру, чем у остальных тетрапод. Размер генома современных птиц — от 0,97 до 2,16 млрд пар нуклеотидов, в среднем 1,45. Для сравнения — у жабы 6,00, у крокодила 3,21, у коровы 3,7, у кошки 2,9, у мыши 3,3, у человека 3,5. Считалось, что уменьшение генома у птиц является своеобразной адаптацией к полету. Из генома была выброшена значительная часть некодирующих и повторяющихся участков, в частности многие мобильные генетические элементы. По логике вещей для птиц было важнее всего максимально облегчить свое тело и оптимизировать обмен веществ. Наличие в каждой клетке сотен миллионов «лишних» пар нуклеотидов было бы для них непозволительной роскошью: ведь все эти километры ДНК нужно еще и обслуживать — определенным образом упаковывать, ремонтировать при возникновении различных поломок, копировать перед каждым клеточным делением. А для этого клетка должна синтезировать и содержать огромное количество различных белковых молекул, не говоря уже об энергетических затратах. Но это только логика, а природа зачастую действует в обход человеческого разумения.

 Чтобы проверить, действительно ли уменьшение генома было связано с полетом, необходимо было выяснить размеры генома у вымерших предков птиц. Ученые исходили из теории о происхождении птиц от динозавров-теропод. Между прочим, в силу особенностей современной биологической систематики факт происхождения птиц от динозавров (а не от общих с динозаврами предков) требует рассматривать птиц как подгруппу динозавров, а для «собственно» динозавров теперь применяют громоздкий термин «non-avian dinosaurs» (нептичьи динозавры). То есть формально динозавры не вымерли: посмотрите в окно — на ветках сидит множество крылатых «динозавриков»!»

 

«Параллелизмы характерны отнюдь не только для крупных эволюционных событий, связанных с переходом на более высокий уровень организации. Поразительные примеры параллельной эволюции наблюдались в последние годы в гибнущем Аральском море. О них стало известно благодаря исследованиям биологов из Омска С. И. Андреевой и Н. И. Андреева.

 Как известно, сейчас Арала как единого водоема уже не существует: он разделился на два изолированных, быстро высыхающих пересоленных «озера» — Большой и Малый Арал. Резкое увеличение солености привело к вымиранию большей части видов животных и растений. Однако некоторые двустворчатые моллюски сумели выжить. Внезапная перемена условий привела к тому, что уцелевшие виды начали быстро эволюционировать. У них резко возросла изменчивость и появились целые «букеты» новых форм, причем различия между этими новыми формами и исходными видами порой очень велики: такая степень различий характерна для разных родов, а иногда и семейств двустворчатых моллюсков. Массовое вымирание освободило множество экологических ниш. Вымерли, не выдержав повышения солености, все моллюски-фильтраторы. Однако многие зарывающиеся грунтоеды оказались более «солеустойчивыми». Опустевшие ниши фильтраторов стали «втягивать» в себя выживших моллюсков, которые ранее вели совсем другой образ жизни.

 В результате зарывающиеся грунтоеды из рода Cerastoderma буквально на глазах изумленных исследователей стали вылезать на поверхность грунта и превращаться в фильтраторов (при этом в строении их раковины происходили соответствующие изменения). Самое интересное, что все эти эволюционные процессы протекали очень сходным образом в двух разобщенных водоемах — Большом и Малом Арале!

 К сожалению, этот уникальный эволюционный «эксперимент» уже закончился, и закончился трагически — как и любое событие, ставшее следствием неразумного вмешательства человека в природу. Соленость в Большом Арале недавно достигла непереносимого для моллюсков уровня в 6%, что привело к их полному вымиранию. Возможно, в Малом Арале они проживут еще какое-то время, но сравнивать их эволюцию уже не с чем».

 

«Наконец, многие параллелизмы могут иметь довольно простые генетические объяснения. Индивидуальное развитие животных и растений контролируется сравнительно небольшим числом ключевых генов-регуляторов. Если, например, в двух эволюционных линиях независимо «сломается» какой-то регуляторный ген, в этом едва ли можно усмотреть что-то удивительное или невероятное. Однако внешнее проявление этой ошибки может показаться в высшей степени удивительным: ведь мы увидим весьма сложные и, главное, одинаковые изменения в двух разных группах организмов».

 

«С ростом сложности и совершенства организмов и их сообществ неизбежно растет и эффективность глобального круговорота веществ, в котором биосфера играет важнейшую роль и который определяет «лицо» нашей планеты. Например, самое сложное и совершенное из современных сообществ — тропический лес — не только чрезвычайно быстро «прокручивает» через себя огромные количества вещества и энергии, но и практически не производит никаких отходов. Там не образуется даже подстилка из листьев и других отмерших частей растений — все это очень быстро перерабатывается грибами, бактериями и беспозвоночными и возвращается в круговорот. Совсем по-другому обстояло дело, например, в древних лесах каменноугольного периода, в которых из-за несовершенства структуры сообщества огромные массы отмершей древесины накапливались, образуя месторождения каменного угля. В результате столь необходимый для жизни углерод безвозвратно выводился из глобального круговорота (Человек, сжигая каменный уголь, снова возвращает этот «потерянный» углерод в биосферу и делает его доступным для живых организмов. При сжигании угля образуется углекислый газ, из которого растения создают органические вещества в процессе фотосинтеза). Рост безотходности заметен и в эволюции организмов. У высших растений и животных постепенно растет продолжительность жизни, снижается «детская смертность», развивается забота о потомстве, что позволяет, в свою очередь, снизить уровень рождаемости — то есть фактически производить меньше заведомо обреченных на гибель потомков.

 Все три названных закономерности: усложнение, рост устойчивости и безотходности — отчетливо прослеживаются и в развитии человеческого общества. Это позволяет говорить о преемственности социальной эволюции по отношению к эволюции биологической и придает особый смысл и практическое значение эволюционным исследованиям».

 

«Торжество лысенковщины в СССР и особенно репрессии против генетиков привели к окончательной дискредитации ламаркизма на Западе и догматизации принципа Вейсмана. Наука в очередной раз смешалась с политикой, что ей категорически противопоказано. Это не пошло на пользу ни советской, ни западной биологии. Два противоположных подхода к проблеме наследственности сошлись в смертельной схватке. Вопрос состоял уже не в том, могут ли наследоваться приобретенные признаки. Речь шла о борьбе двух «научно-социальных» систем: социалистической лысенковщины и буржуазного вейсманизма. После того как Лысенко утратил свое влияние, советская биология постепенно вернулась в русло мировой науки, вовсю занявшись генетикой. Но последствия этой коллизии дают о себе знать и по сей день: многих генетиков, как российских, так и зарубежных, до сих пор передергивает при одном упоминании о возможности наследования приобретенных признаков.

 Однако реальные факты показывают, что приобретенные признаки иногда все же могут передаваться по наследству. Безусловно, это происходит редко, это вообще нетипично, и случается такое только с некоторыми специфическими категориями наследственных признаков, которые можно назвать «приобретенными» лишь с определенной долей условности. Такие банальные вещи, как натренированные мышцы или отрезанные хвосты, конечно, не наследуются никогда. Однако по мере того, как наука все глубже проникает в тайны молекулярной организации живой клетки, становится все очевиднее, что организмы не передают своим потомкам приобретенные ими в течение жизни свойства не потому, что не могут, а потому, что не хотят. С чисто «технической» точки зрения определенные возможности такого рода у живых организмов имеются».

 

«Когда бактерия встраивает в свою единственную кольцевую хромосому кусочки чужого генома, она меняет свои свойства, то есть фактически превращается в другой организм. Новые свойства — «приобретенные признаки», — естественно, передаются потомству. В предельном случае возможна даже полная замена собственного генома бактерии чужим геномом. Если последний получен от другого вида бактерий, происходит нечто совершенно чудесное: бактериальная клетка в одночасье меняет свою видовую принадлежность. Микроб, относящийся к виду А, трансформируется в микроба вида Б. Самое удивительное, что это не чисто теоретические рассуждения, а экспериментально доказанный факт. Он был установлен в 2007 году исследователями из института Крейга Вентера (США).

 Первая в мире операция по пересадке генома позволила превратить один вид бактерий в другой».