Эволюция. Триумф идеи - Карл Циммер

Опасение Дарвина по поводу кембрийского периода оказалось беспочвенным. Теперь, когда исследователи научились считывать показания изотопных часов и распознавать молекулярные ископаемые, им удалось показать, что за миллиарды лет до кембрия в мире действительно кипела жизнь, как и предполагал Дарвин. Докембрий вовсе не был таинственным прологом к эволюции; на самом деле на него приходится 85% истории жизни. А у палеонтологов сегодня имеется замечательная коллекция докембрийских окаменелостей, включая окаменелости ископаемых бактерий, простейших, водорослей, эдиакарских организмов, сверлильщиков и зародышей животных. Но нет никаких сомнений в том, что кембрийский период, история которого известна по окаменелостям гораздо лучше, представляет собой самый замечательный эпизод эволюции животных. Как бы долго животные ни таились в океане до этого, ясно, что 535 млн лет назад видообразование среди них резко ускорилось и приняло поистине взрывной характер. Точное ураново-свинцовое датирование позволило ученым определить, что весь кембрийский взрыв продолжался всего лишь 10 млн лет.

Кембрийский взрыв полностью проходил под водой[5]. В тот момент, когда появлялись все эти новые существа, континенты еще были пусты, лишь покрыты бактериальными корками. Но оставалось уже недолгое время — по геологическим, конечно, меркам — до того, как на эти берега должна была выплеснуться многоклеточная жизнь. Первыми были растения. Около 500 млн лет назад зеленые водоросли постепенно развили у себя водонепроницаемую оболочку, которая позволила им проводить на воздухе без воды все больше и больше времени. Вероятно, первые наземные растения выглядели как сегодняшние мхи и печеночники; они образовали по берегам рек и морей низкий насыщенный влагой ковер. Около 450 млн лет назад эту новую экосистему начали исследовать многоножки и другие беспозвоночные. Появились новые виды растений, способные поддерживать себя в вертикальном положении, и уже 360 млн лет назад деревья на суше вырастали до 20 метров в высоту. В какой-то момент из прибрежных топей выползли и наши предки — первые позвоночные, способные передвигаться по суше.

В истории жизни на Земле выход живых существ на сушу и вся наземная часть эволюции выглядит небольшим и не очень существенным отрезком. Девять десятых нашей эволюции составляет ее подводная часть. Но с нашей точки зрения последние несколько сотен миллионов лет на суше — самая интересная часть эволюции. Окаменелости древнейших наземных позвоночных показывают, что около 320 млн лет назад они разделились на две ветви. Одна из ветвей — амфибии — поначалу произвела на свет некоторое количество неуклюжих гигантов, но сегодня представлена лишь лягушками, саламандрами и другими мелкими существами. Как правило, они должны всегда оставаться влажными и откладывают мягкие яйца, которые могут легко высохнуть. Другая ветвь — амниоты, или высшие позвоночные, — получила в процессе эволюции прочную водонепроницаемую оболочку для зародыша. Из амниотов около 250 млн лет назад выделились динозавры; они завоевали господство на суше и сохраняли его, пока большинство ветвей динозавров не вымерло (уцелели только птицы, которые на самом деле представляют собой летающих динозавров с перьями) примерно 65 млн лет назад. Хотя первые млекопитающие появились почти одновременно с первыми динозаврами, господство на суше они получили только тогда, когда вымерли их соперники-рептилии. Наши предки — приматы — вероятно, появились примерно в этот же момент, но самые древние ископаемые Homo sapiens обнаружены в геологических пластах, образованных лишь 600 000 лет назад. Все люди, живущие сегодня на Земле, могут проследить свою родословную до общего предка, жившего всего лишь 150 000 лет назад.

Эти несколько страниц не могут, конечно, в полной мере отразить величественные глубины истории жизни на Земле, но ясно одно: время нашего собственного существования во Вселенной выглядит на этом фоне крохотным, почти незаметным мгновением. Историю человечества невозможно изобразить на шкале естественной истории. Если представить себе, что 4 млрд лет существования жизни на Земле — это долгий летний день, то последние 200 000 лет, вместившие в себя расцвет современного человека, возникновение сложного языка, искусства, религии и торговли, зарождение сельского хозяйства, городов и всю письменную историю, уложились бы в краткую вспышку светлячка на закате.

В конце концов Дарвин получил почти неограниченное время, которого так жаждал. Но летопись окаменелостей, хотя и демонстрирует наглядно примерный ход эволюции жизни, ничего не говорит о том, как именно все происходило. Этот вопрос Дарвину также не удалось прояснить до конца жизни — ведь ни он сам, ни другие ученые того времени не знали, как работает наследственность.

Уже в XX в., пока геологи и палеонтологи восстанавливали историю жизни, другие ученые решали вопрос наследственности и разгадывали ее связь с механизмами естественного отбора. Связь эта — как и свидетельства древности жизни — скрыта в молекулах и атомах. Если в первом случае необходимые атомы миллиардами лет оказались заключены в глубине горных пород, то в случае наследственности они прячутся в ядрах наших собственных клеток.

Гены, естественный отбор и эволюция в действии

Загадка наследственности — как два человека могут произвести на свет дитя, обладающее качествами обоих родителей, — в начале XIX в. породила множество самых диких идей и предположений. Одной из нелепейших, по крайней мере с современной точки зрения, была так называемая гипотеза пангенеза. В ней предполагалось, что наследственность передается посредством мельчайших частиц, которые отщепляются от всех клеток тела. Эти частицы (получившие название геммулы), подобно триллионам мигрирующих лососей, устремляются к половым органам, где и концентрируются в сперме или яйце. Когда яйцо оплодотворяется спермой, геммулы обоих родителей смешиваются. Поскольку каждая частица происходит от конкретной клетки в конкретной части тела одного из родителей, все вместе они формируют нового человека с признаками обоих родителей.

Гипотеза пангенеза оказалась неверной, но предложивший ее ученый не канул в безвестность и не угодил в списки чокнутых. Его репутация устояла благодаря нескольким другим идеям, которые успешно выдержали испытание временем. Автором теории пангенеза был Чарльз Дарвин.

Наследственность наряду с возрастом Земли была одним из величайших разочарований Дарвина. К концу XIX в. «Происхождение видов» убедило большинство ученых в том, что эволюция реальна, но многие продолжали скептически относиться к предложенному Дарвиным механизму изменений — а именно, к естественному отбору. Многие вместо этого обратились к давним идеям Ламарка. Может быть, существует встроенный механизм управления эволюцией, утверждали они, или, может быть, взрослые особи могут приобретать за время жизни определенные качества и передавать их потомству. Если бы Дарвин мог показать, что законы наследственности запрещают такую передачу, но разрешают естественный отбор, он легко одержал бы верх над критиками. Но эти знания не были доступны ни Дарвину, ни другим ученым тех дней.