Дарвинизм в XXI веке - Борис Жуков

Думаю, что последняя фраза вызовет у многих читателей законный вопрос: разве можно представить себе науку, занимающуюся тем, чего не существует? Между тем такие науки есть, и о них знают даже не слишком образованные люди. Речь идет о дисциплинах, изучающих прошлое — то, что уже не существует, хотя некогда существовало. Прошлое физического мира изучает космогония, прошлое общества — история. А прошлым всего живого занимается палеонтология — и именно в ее почти исключительном ведении оказалось изучение макроэволюции. Разумеется, не потому, что генетиков или зоологов-неонтологов[224] не интересует макроэволюция, а потому, что, как мы помним, непосредственное наблюдение макроэволюционных процессов (не говоря уж об экспериментальном их исследовании) практически невозможно. Ученым остается только судить о них по оставленным ими следам — и прежде всего по ископаемым формам.

Конечно, макроэволюционные реконструкции создавались на основании не одних только палеонтологических данных. Как мы уже знаем (см. главу 13), основой для них с 1860-х годов служила «триада Геккеля» — сопоставление данных палеонтологии, сравнительной анатомии и эмбриологии. Но ни сравнительные анатомы, ни эмбриологи тоже не могли наблюдать макроэволюционные процессы непосредственно: их наблюдения и результаты экспериментов в таких случаях служили лишь основой для реконструкции эволюционных событий — точно так же, как факты, добываемые палеонтологами.

Итак, получается, что если микроэволюционные процессы мы можем — пусть хотя бы в отдельных случаях — наблюдать непосредственно и даже воспроизводить в эксперименте, то процессы макроэволюционные мы можем только реконструировать по оставленным ими следам. Это означает принципиальную разнокачественность знаний об этих явлениях. Кроме того, о микроэволюции нам известны в основном ее механизмы (а также ее траектория на коротких временных отрезках), а о макроэволюции — эволюционная история крупных групп и жизни на Земле в целом. Но как состыковать эти знания друг с другом?

Вот, допустим, самый древний известный сегодня представитель нашего собственного типа хордовых — пикайя, небольшое (1,5–6 см в длину) существо, несколько напоминающее современных ланцетников. Когда именно пикайи возникли и когда исчезли с лица Земли, сказать трудно: у них не было минерального скелета или жесткого панциря, а такие существа в ископаемом виде сохраняются только в отложениях особого типа. В таких уникальных отложениях — сланцах Бёрджесс на западе Канады — и было найдено более сотни отпечатков этих животных. Они позволяют судить, что пикайи жили около 530 миллионов лет назад, в кембрийском периоде, а также довольно точно реконструировать их анатомию.

Допустим, что именно пикайя была предком всех более поздних хордовых, включая и нас (хотя строго доказать подобные предположения невозможно в принципе, а для того, чтобы их хотя бы обосновать, нужно найти довольно обширный ряд переходных форм — который в данном случае отсутствует). Как выглядела эта эволюция с генетической точки зрения? Когда и под действием каких причин у потомков пикайи стали появляться такие структуры, как головной мозг, глаза, челюсти? Какие гены и как должны были для этого измениться? На эти вопросы не может ответить ни эволюционная генетика, ни палеонтология.

Справедливо и обратное: у современных видов мы можем изучить не только морфологические признаки (причем любые, а не только те, которым условия захоронения позволили сохраниться в окаменелостях), но и генетику, биохимию, экологию и все прочие видовые особенности. В некоторых случаях мы можем даже наблюдать их эволюцию. Но при этом мы не можем сказать, какая группа сейчас находится на подъеме и в относительно близком будущем даст букет разнообразных форм; какие группы находятся в процессе конвергенции, вырабатывая сходные черты (которые пока еще у них не выражены); какие признаки каких современных групп окажутся преадаптацией — предпосылками крупных эволюционных изменений (как появившиеся у некоторых динозавров перья сделали возможным возникновение птиц) и т. д. Мы даже не можем сказать, есть ли в современной флоре или фауне группы, соответствующие чему-то из вышеперечисленного.

На первый взгляд может показаться, что эта трудность техническая, связанная с неполнотой наших знаний. Мол, найдем ископаемые останки еще нескольких переходных форм, узнаем побольше о связях между генами и морфологическими признаками — и состыкуем. На самом деле проблема тут не в нехватке фактов, а в методологическом разрыве. Почти в любой науке, изучающей как современное состояние тех или иных объектов и явлений, так и их прошлое, знание об этом прошлом очень плохо «проецируется» на настоящее — и наоборот. В биологии случилось так, что этот разрыв почти точно пришелся на различие между микро- и макроэволюцией. По мнению известного палеонтолога и популяризатора Кирилла Еськова, именно этот разрыв, «непереводимость» знаний о микро- и макроэволюции на язык друг друга — главная проблема эволюционной биологии в ее современном состоянии.

Возможно ли в принципе преодолеть эту пропасть? Однозначный и неоспоримый ответ на этот вопрос может дать только будущее. Но уже сейчас мы видим как минимум два направления исследований, пытающихся если не стереть ее полностью, то, по крайней мере, перекинуть какие-то мосты между двумя ее краями.

Ген разделенных сердец

Одно — это «эво-дево», эволюционная биология развития, о которой шла речь в главе 13. Здесь нас интересует один из методов, применяемых в этой области: сопоставление морфологических признаков разных организмов с активностью определенных генов в тех или иных тканях их эмбрионов на определенных этапах развития. Это позволяет определить генетическую (и генно-регуляторную) «подоплеку» изучаемого признака, причем признак этот может быть сколь угодно сложным, а сравниваемые виды — довольно далекими друг от друга. То есть фактически это позволяет изучать макроэволюцию (или, по крайней мере, ее результаты) методами современных экспериментальных наук — прежде всего молекулярной биологии.

Таких исследований в последние годы появилось уже немало. В качестве примера я приведу одно из них, опубликованное почти десять лет назад. Как раз примерно тогда я писал: «Мы ничего не можем сказать, например, какие изменения в каких генах древних рыб превратили их не слишком мощную, но стройную и логичную кровеносную систему в то чудовищное нагромождение компромиссов и двусмысленностей, которая зовется кровеносной системой амфибий». Исследование, о котором пойдет речь ниже, посвящено как раз генетическим механизмам макроэволюционных преобразований кровеносной системы. Правда, только одного (хотя и ключевого) ее звена, да и относится это преобразование к переходу не от рыб к амфибиям, а от рептилий — к млекопитающим и птицам. Речь идет о превращении трехкамерного сердца в четырехкамерное.

Вспомним кое-что из школьного курса зоологии. У предков всех наземных позвоночных — рыб — сердце состоит всего из двух отделов: предсердия и желудочка. Круг кровообращения у них один: желудочек гонит кровь в жабры, там она проходит через сеть капилляров, насыщается кислородом, собирается в крупные артерии, несущие ее всем тканям и органам, еще раз проходит через капиллярную сеть, отдавая кислород, и по венам поступает в предсердие, а из него — в желудочек. Неустранимый порок такой системы — то, что крови приходится дважды проходить через капиллярную сеть без дополнительной подкачки в промежутке. Это ограничивает максимальную скорость кровотока (тем более что рыбье сердце заполнено бедной кислородом венозной кровью, не позволяющей ему работать с высокой мощностью), — а значит, и интенсивность обмена веществ.