Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

Майварт был одним из первых ученых, обративших внимание на то, что основные переходные моменты в эволюции не заключались в изменении какого-то одного органа, а затрагивали целый набор параметров всего тела. В чем польза от эволюции конечностей, если существо не имеет легких, чтобы дышать воздухом? Или в качестве другого примера рассмотрим способность птиц к полету. Для настоящего полета требуется множество изобретений: крылья, перья, полые кости, высокая скорость метаболизма. Эволюция крыльев бесполезна для существа с такими тяжелыми костями, как у слона, или с таким медленным метаболизмом, как у саламандры. Но если для любого значительного превращения должно измениться все тело и многие параметры должны измениться одновременно, как же эти значительные превращения могут происходить постепенно?

На протяжении полутора столетий после публикации трудов Майварта его идеи были важной опорой для многих критиков Дарвина. Но вместе с тем они стали катализатором развития одной из великих дарвиновских идей.

Дарвин видел в Майварте важного оппонента. Первое издание книги “О происхождении видов” вышло в 1859 году, а труд Майварта был опубликован в 1871-м. В шестое и окончательное издание книги “О происхождении видов”, опубликованное в 1872 году, Дарвин добавил новую главу, в которой отвечал критикам, в том числе Майварту.

В соответствии с условностями дебатов викторианской эпохи Дарвин начинал свой ответ словами: “Известный зоолог Ст. Джордж Майварт сделал недавно сводку всех возражений, когда-либо выдвинутых мною и другими против теории естественного отбора в той форме, в какой она была высказана м-ром Уоллесом и мною, и с замечательным искусством и силой подкрепил их примерами. Расположенные таким образом, они производят сильное впечатление”.

А затем заглушил критику Майварта одной-единственной фразой, за которой последовал целый ряд его собственных примеров: “Все возражения м-ра Майварта уже были или еще будут обсуждены и в этой книге. Единственный новый пункт, который, кажется, смутил многих читателей, заключается в том, “что естественный отбор не может объяснить начальных стадий полезных черт органов”. Этот вопрос тесно связан с вопросом о градации признаков, сопровождающейся часто сменой функции”[1].

Трудно переоценить величайшее значение этих двух слов для науки. В них содержатся зачатки нового подхода к восприятию главных перемен в истории жизни.

Как это возможно? Как обычно, ответ помогает найти рыба.

Когда в 1798 году Наполеон Бонапарт захватил Египет, его армия пришла не только с кораблями, солдатами и оружием. Наполеон считал себя ученым и хотел преобразовать Египет, помогая ему контролировать Нил и поднимать уровень жизни, а также понять его культурную и естественную историю. Наполеона сопровождали некоторые ведущие французские инженеры и ученые. Среди них был Этьен Жоффруа Сент-Илер (1772-1844).

Сент-Илеру было всего 26 лет, но он был научным гением. Он уже возглавлял кафедру зоологии в Музее естественной истории и впоследствии стал одним из величайших анатомов всех времен. Но уже в двадцатилетием возрасте он привлек к себе внимание, описав анатомическое строение млекопитающих и рыб. Во время наполеоновской экспедиции ему досталась увлекательная задача препарировать, анализировать и классифицировать животных, которых во множестве находили в высохших долинах, оазисах и реках Египта. Одним из таких животных была рыба, которая, как сказал позднее директор парижского музея, оправдала весь египетский поход Наполеона. (Конечно, Жан-Франсуа Шампольон, расшифровавший египетские иероглифы с помощью Розеттского камня, вполне мог обидеться на такую формулировку.)

По внешним признакам – чешуя, плавники, хвост – это существо походило на обычную рыбу. Во времена Сент-Илера анатомическое описание требовало тщательнейшего препарирования, часто в присутствии художников, которые зарисовывали каждую важную деталь и иногда даже делали цветные литографии. В верхней задней части черепа рыбы, на уровне “плеч”, обнаружились два отверстия. Это само по себе уже было странно, но главный сюрприз преподнес пищевод. Определить расположение пищевода у рыбы обычно несложно, поскольку это просто трубка, ведущая от рта к желудку. Но в данном случае все было не так. На обоих концах пищевода находились плавательные пузыри.

Научный гений Этьен Жоффруа Сент-Илер

В то время ученые уже знали, что это такое. Были описаны плавательные пузыри многих видов рыб, однажды их упомянул даже немецкий поэт и философ Гёте. Пузыри и у морских, и у речных рыб заполняются воздухом, а потом сдуваются, позволяя рыбе плавать на разных глубинах. Как у подводной лодки, выпускающей воздух при сигнале погружения, содержание воздуха в плавательном пузыре может изменяться, и рыба может плавать на разной глубине и в условиях разного давления водяного столба.

Дальнейшее вскрытие преподнесло настоящий сюрприз: плавательные пузыри были соединены с пищеводом посредством небольшой трубки. Этот тонкий канал, связывавший плавательный пузырь с пищеводом, сильно повлиял на ход мыслей Сент-Илера.

Наблюдение за этими рыбами в природе подтвердило то, что Сент-Илер начал подозревать при изучении их анатомического строения. Рыбы заглатывали воздух через дырочки в задней части черепа. В их поведении наблюдалась даже некоторая синхронность, когда большие стаи рыб засасывали воздух в унисон. Группы пыхтящих рыб, которых называют нильскими многоперами, выпуская воздух, издают и другие звуки, напоминающие глухой шум или стон, – вероятно, чтобы привлечь партнеров для спаривания.

Но оказалось, эти рыбы делают и еще кое-что необычное. Они дышат воздухом. Их воздушные пузыри пронизаны кровеносными сосудами – а это означает, что рыбы используют их для доставки кислорода в кровь. Более того, они засасывают воздух через дырочки в голове, заполняя плавательные пузыри, тогда как тело остается в воде.

У них есть одновременно и жабры, и другой орган, позволяющий дышать воздухом. Само собой, эти рыбы стали знаменитостями.

Через несколько десятилетий после египетского открытия группа австрийцев отправилась в экспедицию на Амазонку по случаю бракосочетания австрийской принцессы. Исследователи собирали насекомых, лягушек и растения, чтобы найти новые виды и назвать их в честь августейшей фамилии. Среди находок была новая рыба, которая, как любая рыба, имела жабры и плавники. Но внутри у нее была такая же сосудистая система: не просто плавательный пузырь, а орган, состоящий из нескольких долей и снабженный кровеносными сосудами и тканями, характерными для настоящих легких, как у человека. Это существо было промежуточным звеном между двумя формами жизни – рыбами и земноводными. Отражая эту странность, исследователи назвали существо Lepidosiren paradoxa — что на латыни буквально означает “парадоксальная чешуйчатая саламандра”.