Эволюция: Неопровержимые доказательства - Джерри Койн

Откуда берутся эти генетические вариации? Мутации – случайные изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, которые обычно возникают как ошибки, когда молекула копируется во время деления клеток. Генетическая изменчивость, вызванная мутациями, широко распространена: например, мутантные формы генов объясняют вариации нашего цвета глаз, групп крови и значительную часть нашей (и не только нашей, но и других видов) изменчивости таких признаков, как рост, вес, биохимия и множество других.

Основываясь на многочисленных лабораторных экспериментах, ученые пришли к заключению, что мутации происходят случайно. Термин «случайный» здесь имеет особое значение, которое даже биологи зачастую понимают неверно. Он означает, что мутации происходят независимо от того, будут ли они полезны данной особи. Мутации – это просто ошибка в репликации ДНК. Большая их часть вредна или нейтральна, но некоторые могут оказаться полезными. Полезные мутации становятся сырьем для эволюции. Однако нет никакого известного науке биологического способа повысить вероятность того, что мутация будет отвечать текущим адаптивным нуждам данного организма. Хотя для хомячков, обитающих в дюнах, лучше иметь светлый окрас, их шанс заполучить такую полезную мутацию не выше, чем у хомячков, живущих в темной почве. В таком случае, вместо того чтобы называть мутации случайными, точнее будет назвать их нейтральными: шанс, что мутация появится, не зависит от того, будет ли она полезной или вредной для данной особи.

Третье и последнее условие естественного отбора заключается в том, что генетическая изменчивость должна влиять на шансы данной особи оставить потомство. В случае хомячков эксперименты Кауфмана с хищниками показали, что лучше замаскированные хомячки оставят больше копий своих генов. Таким образом светлый окрас пляжных хомячков отвечает всем трем критериям развития в качестве адаптивного признака.

Следовательно, эволюция путем естественного отбора представляет собой комбинацию случайности и закономерности. Это процесс сначала случайный (или нейтральный) – появление мутаций, которые порождают набор генетических вариантов, как плохих, так и хороших (в нашем примере с хомячками это варианты нового окраса шерсти); а затем «закономерный» – естественный отбор, который распоряжается этими вариациями, сохраняя хорошие и отбрасывая вредные (при обитании в дюнах частота встречаемости генов светлого окраса увеличивается за счет генов темного окраса).

Отсюда прямой путь к самому распространенному заблуждению, касающемуся дарвинизма: идее, что в эволюции «все происходит случайно». Это распространенное утверждение, несомненно, совершенно ошибочно. Ни один эволюционист, и уж точно не Дарвин, никогда не заявлял, что естественный отбор основан на случае или стечении обстоятельств. Совсем наоборот. Мог ли совершенно случайный процесс сам по себе породить дятла, долбящего дерево, или изощренную орхидею, напоминающую пчелу, или закамуфлированного кузнечика и пляжного хомячка? Конечно, нет. Если бы эволюцию внезапно заставили зависеть только от случайных мутаций, виды бы вскоре выродились и вымерли. Случайность сама по себе не может объяснить чудесное соответствие между особью и ее окружением.

И не объясняет. Да, сырье для эволюции – различия между особями – в самом деле появляется вследствие случайных мутаций. Эти мутации происходят произвольно, ненамеренно, невзирая на то, вредны они для особи или полезны. Но адаптации порождает нечто другое: фильтрование этой изменчивости естественным отбором, а естественный отбор определенно не случаен и не произволен. Это мощная формирующая сила, накапливающая гены, у которых шанс быть переданными потомкам гораздо выше, чем у других, и тем самым помогающая особям еще лучше приспособиться к окружению. Следовательно, именно уникальное сочетание мутации и отбора, случайности и закономерности, показывает нам, как адаптировались организмы. Самое точное определение естественного отбора дал Ричард Докинз – «неслучайное выживание случайных вариантов».

Теория естественного отбора совершает огромную работу – крупнейшую в биологии. Ее задача состоит в том, чтобы шаг за шагом объяснить, как та или иная адаптация развилась из черт, которые ей предшествовали. Сюда входят не только форма тела и окрас, но и особенности на молекулярном уровне, которые лежат в основе всего. Отбор должен объяснять эволюцию сложных физиологических характеристик: свертывания крови, метаболических систем, преобразующих пищу в энергию, чуда иммунной системы, которая распознает и уничтожает тысячи чужеродных белков. А нюансы самой генетики? Почему пары хромосом разделяются, когда формируются яйцеклетки и сперматозоиды? Почему мы вообще наделены половым размножением вместо того, чтобы размножаться почкованием, как некоторые виды? Отбор должен объяснять поведение особей – как кооперацию, так и антагонизм. Почему львы объединяются и охотятся стаей, но, когда самцы-захватчики вытесняют постоянных самцов из социальной группы (прайда), почему захватчики убивают всех львят, которые уже отлучены от матери?

Естественному отбору приходится особым образом формировать все эти черты. Во-первых, отбор должен их создать на основе предшествующих, чаще всего постепенно, шаг за шагом. Как мы уже убедились, каждый вновь появившийся признак возникает как модификация более раннего. Например, конечности наземных позвоночных представляют собой просто-напросто модифицированные плавники. И каждый шаг этого процесса, каждое усовершенствование адаптации должно обеспечивать своему обладателю репродуктивное преимущество. Без этого естественный отбор не сработает. Каковы были преимущества каждого шага на пути от плавника, приспособленного для плавания, к приспособленной для хождения ноге? Или на пути от бескрылого динозавра к такому, у которого были и крылья, и оперение? «Пути под уклон» в эволюции адаптаций не бывает, потому что естественный отбор по самой своей природе не может создать шаг, который будет не на пользу особи. В мире адаптации мы никогда не встретим дорожный плакат – сущее проклятие всех водителей на скоростных автострадах: «Приносим извинения за временные неудобства, зато потом будет удобно».

Если адаптивный признак появился в результате естественного отбора, а не был создан актом творения, мы можем выдвинуть некоторые прогнозы. Так, мы должны быть в принципе способны представить себе правдоподобный пошаговый сценарий эволюции, которую прошел этот признак, причем каждый шаг должен повышать приспособленность (т. е. среднее количество потомства) его обладателя. Для некоторых признаков представить такой сценарий легко: например, в случае постепенного изменения скелета, которое превратило наземных животных в китов. Применительно к другим чертам представить пошаговый сценарий сложнее, особенно в случае биохимических изменений, которые не оставляют никаких следов в палеонтологической летописи. Возможно, мы никогда не накопим достаточно информации, чтобы реконструировать эволюцию многих признаков или даже в случае вымерших видов точно понять, как именно эти признаки функционировали. (Скажем, для чего именно служили костяные пластины на спине стегозавра?) Однако о многом говорит тот факт, что биологи пока не обнаружили ни одной адаптации, для эволюции которой обязательно требовался бы промежуточный этап, снижающий приспособленность особей.