Эволюция. Триумф идеи - Карл Циммер

Биологи, такие как Майр и Добжанский, внесли серьезный вклад в синтетическую теорию эволюции; материалом для их исследований служили ныне обитающие на Земле виды животных. Но если они правы, то те же процессы должны были протекать не только сегодня, но и миллионы и миллиарды лет назад — начиная с того самого момента, когда на планете зародилась жизнь. Однако даже в 1930-х гг. многие палеонтологи еще отказывались видеть в ископаемых останках и окаменевших костях результат действия естественного отбора. Они видели в эволюции древних животных долгосрочные тенденции, которые, казалось, следовали в одном, раз и навсегда заданном направлении. Лошади, казалось, неуклонно развивались из существ размером с собаку во все более крупные формы; в то же время пальцы на ногах у них столь же неуклонно уменьшались, пока наконец не превратились в копыта. Предки слонов первоначально были размером со свинью, и для того, чтобы их потомки превратились в колоссальных зверей, потребовались десятки миллионов лет; одновременно зубы этих животных последовательно усложнялись и увеличивались в размерах. Палеонтологи утверждали: нет никаких признаков того, что природа экспериментировала случайным образом, нет тупиковых ветвей, нет разнонаправленных изменений, которые мог бы дать естественный отбор.

Генри Осборн, президент Американского музея естественной истории, объявил эти тенденции доказательством того, что эволюцией — в значительной степени — управляет не естественный отбор. Каждая из линий развития млекопитающих уже в самом начале несет в себе потенциал стать тем, чем и становится впоследствии, — лошадью или слоном. «Потенциал чего-то, что может проявиться со временем», — как выразился Осборн. Причем раскрыть этот потенциал вид может только в борьбе со стихиями и с другими животными. «Докажите, что принцип Ламарка неверен, и мы должны будем признать, что в эволюции существует некий третий фактор, о котором мы пока ничего не знаем», — заявил Осборн в 1934 г.

Но один из студентов Осборна палеонтолог Джордж Симпсон не захотел принять этот обновленный ламаркизм. Гораздо сильнее впечатлило Симпсона то, как Добжанский сумел связать генетику и естественный отбор. Прочитав «Генетику и происхождение видов», он решил сам проверить, применимы ли генетические принципы Добжанского к палеонтологической летописи.

Симпсон внимательнее присмотрелся к тенденциям, которые, по утверждению Осборна, свидетельствовали в пользу однонаправленной эволюции. При тщательном исследовании линейные варианты развития развернулись вдруг в густые эволюционные деревья с многочисленными ответвлениями. Оказалось, к примеру, что лошади за последние 50 млн лет принимали самые разные размеры, да и анатомия копыта менялась неоднократно; многие из этих вариантов давно вымерли и не имеют непосредственного отношения к происхождению сегодняшних лошадей.

Если за трансформацию древних видов в сохранившихся образцах действительно отвечал естественный отбор, который ученые исследовали в лабораториях, он должен был развиваться достаточно быстро, чтобы произвести изменения, заметные для палеонтологов. Экспериментаторы «мушиной комнаты» тщательно замерили, как часто появляются мутации у плодовых мушек и как быстро они могут распространяться по популяции путем естественного отбора. Симпсон изобрел собственный метод измерить скорость эволюционных изменений по останкам. Он просмотрел всю громадную коллекцию костей, собранных палеонтологами за предыдущее столетие, тщательно измерил их и построил график их изменения во времени. Симпсон обнаружил, что эволюция в далеком прошлом могла протекать с разной скоростью, быстро или медленно, и что даже внутри одной линии развития она могла ускоряться и замедляться со временем. Кроме того, Симпсон обнаружил, что даже максимальная скорость изменений в останках уступает скорости эволюции, зарегистрированной у плодовых мушек. Таким образом, Симпсону, чтобы разобраться в своих костях, не потребовался никакой загадочный ламарковский процесс; хватило и синтетической теории эволюции.

К 1940-м гг. создатели синтетической теории эволюции успели показать, что генетика, зоология и палеонтология рассказывают, в сущности, одну и ту же историю. Основа эволюционных изменений — мутации; в сочетании с Менделевой наследственностью, переносом генов, естественным отбором и географической изоляцией они способны создавать и новые виды, и новые формы жизни; а за миллионы лет они вполне могли породить все те изменения, которые зафиксировала палеонтологическая летопись. Успех синтетической теории эволюции сделал ее движущей силой всех эволюционных исследований последних 50 лет.

Птичьи клювы и продолжительность жизни рыбок гуппи

Дарвин и помыслить не мог, что можно наблюдать естественный отбор в действии. Максимум, что можно получить, как ему казалось, — вариации голубей на голубятне. В дикой природе, считал он, эволюция идет слишком медленно и постепенно, чтобы ее различало наше сознание, настроенное на короткий срок человеческой жизни, — точно так же невозможно увидеть, как дождь размывает и уносит с собой гору. Но в наши дни биологи, вооруженные синтетической теорией эволюции, научились отмечать вспышки эволюционных изменений, происходящие прямо у нас на глазах.

Дэвид Резник, биолог из Университета Калифорнии в Риверсайде, наблюдает эволюцию в лесах Тринидада, где в ручьях и небольших озерах плавают рыбки гуппи. На равнинах и в предгорьях гуппи угрожают хищники, но выше в горах они могут жить спокойно, поскольку мало кто из хищников способен подняться против течения через водопады и отвесные скалы. Резник начал наблюдать за гуппи в конце 1980-х.

Жизнь гуппи, как и жизнь любого другого животного, проходит по определенному графику — в каком возрасте рыбки достигают половой зрелости, как быстро растут, как долго живут во взрослом состоянии. Биологи-теоретики предсказывали, что график жизни животных может эволюционировать, если мутации, которые вызовут его изменения, дадут животным репродуктивные преимущества. Резник решил проверить эти предсказания.

В озерах, кишащих хищниками, гуппи, жизнь которых проходит быстро, должны быть более успешными, чем те рыбки, которые взрослеют медленно. Под постоянной угрозой гибели для гуппи лучше всего расти как можно быстрее, чтобы как можно раньше начать спариваться и произвести на свет как можно больше отпрысков. Конечно, такая стратегия дорого обходится виду. Слишком быстрый рост может уменьшить естественную продолжительность жизни, а поспешность в производстве потомства не позволяет самке гуппи снабдить детенышей достаточным количеством энергии, и они рискуют погибнуть, не достигнув зрелости. Но Резник рассудил, что риск в любой момент погибнуть от зубов хищников перевешивает все остальные риски.

Чтобы посмотреть, действительно ли происходит такой обмен, Резник выловил в одном из нижних озер, населенных хищниками, несколько гуппи и поселил их в озера, где хищных рыб почти не было. Через 11 лет, проведенных в таких условиях, гуппи стали — в среднем — менее суетливыми в своем жизненном цикле. Взросление стало занимать у них на 10% больше времени, чем у их предков, а весить к моменту наступления зрелости они стали на 10% больше. Кроме того, у них уменьшился объем помета, зато каждая молодая гуппи стала появляться на свет более крупной.