Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Но почему же наши близкие эволюционные родственники (шимпанзе и другие приматы) не наделены этой способностью? Ответ кроется в уникальных для человека нейронных сетях. Эти сети позволяют выполнять сложную иерархическую обработку, необходимую для основанного на правилах языка. Нейронные сети формируются как генами, так и опытом. FOXP2 – первый ген, связанный с языком, – был найден в 2001 году.

Этот ген есть и у людей, и у шимпанзе. Однако версии гена варьируют и по-разному влияют на целевые для FOXP2 гены в мозге. Кроме того, мозг новорожденного-человека куда менее развит, чем мозг новорожденного шимпанзе. Это означает, что наши нейронные сети формируются на протяжении многих лет нашего развития при погружении в языковую среду.

В некотором смысле язык – это последнее слово в биологической эволюции, поскольку именно это эволюционное новообразование позволило своим обладателям выйти за пределы чисто биологических реалий. Язык помог нашим предкам в создании собственной среды (теперь мы называем ее «культурой») и адаптации к ней без необходимости в генетических изменениях.

Лишь немногие эволюционные новшества имели столь дальновидные последствия для всего живого, как способность получать энергию из солнечного света. Фотосинтез в буквальном смысле преобразил «лицо» планеты, изменив атмосферу и укутав Землю в защитный щит от смертельной радиации.

Без фотосинтеза запасы кислорода в атмосфере были бы ничтожно малы; не существовало бы ни растений, ни животных. На планете жили бы только микробы, влачащие жалкое существование в первичном бульоне из минералов и углекислого газа. Фотосинтез снял все эти ограничения, а выработанный в процессе кислород подготовил почву для возникновения более сложных форм жизни.

До появления фотосинтеза жизнь была представлена одноклеточными микробами, источниками энергии которых являлись химические вещества (сера, железо и метан). Затем примерно 3,4 миллиарда лет назад или даже раньше группа микробов развила в себе способность к получению солнечной энергии с целью образования необходимых для роста и питания углеводов. Пока неясно, как именно им это удалось. Однако генетические исследования показывают, что светоулавливающий аппарат развился из белка, чьей функцией являлась передача энергии между молекулами. Так возник фотосинтез.

Но ранняя версия фотосинтеза не вырабатывала кислород. В качестве исходных компонентов использовались сероводород и диоксид углерода, а конечными продуктами являлись углеводы и сера. Затем, спустя какое-то время (точные даты неизвестны), появился новый тип фотосинтеза, который пользовался другим ресурсом – водой, и в качестве побочного продукта выделял кислород.

В ранние дни на Земле кислород был ядовит для жизни. Он накапливался в атмосфере до тех пор, пока какие-то микробы не развили в себе толерантность к кислороду и не научились использовать его в качестве источника энергии. Это оказалось важным открытием: использование кислорода для сжигания углеводов в 18 раз эффективнее, чем в анаэробной среде.

Жизнь на Земле обзавелась нужным количеством энергии, создав условия для развития сложных многоклеточных форм жизни, включая растения, которые «позаимствовали» свой фотосинтетический аппарат у фотосинтезирующих бактерий (цианобактерий). Прямо или косвенно, но в наши дни фотосинтез производит почти всю энергию, используемую живыми организмами на Земле.

Кислород является не просто эффективным средством для сжигания топлива. При выделении кислорода в процессе фотосинтеза он помогает защитить жизнь. Земля находится под постоянным облучением смертельного ультрафиолетового излучения, исходящего от солнца. Побочным продуктом нашей насыщенной кислородом атмосферы является озоновый слой, простирающийся на 20–60 километров над поверхностью Земли. Именно он отфильтровывает большую часть вредного ультрафиолета. Такой защитный купол позволил жизни выйти из безопасного океана и колонизировать сушу.

Рис. 5.2. Мир, пригодный для животных: в процессе фотосинтеза вырабатывается кислород, которым мы дышим.

Сейчас почти каждый биохимический процесс на планете так или иначе зависит от солнечной энергии.

Птицы этим занимаются. Пчелы этим занимаются. Для подавляющего большинства видов единственный способ воспроизведения – половое размножение. И оно ответственно за самые красочные биологические шоу на планете – от массового нереста кораллов, который виден из космоса, до различных проявлений, как, например, рога оленя и танец птицы-шалашника. Некоторые биологи считают, что к сексуальным проявлениям стоит отнести поэзию, музыку и искусство. Можно даже сказать, что секс отвечает за поддержание самой жизни. Виды, отказывающиеся от сексуальных отношений, почти всегда вымирают в течение нескольких сотен поколений.

Несмотря на всю важность секса, биологи до сих пор спорят о том, как он появился и почему не подвергся обратной эволюции. Все потому, что на первый взгляд секс выглядит весьма проигрышной стратегией.

Эволюция должна была способствовать бесполому размножению по двум причинам. Во-первых, в битве за ресурсы бесполые виды смогут победить половых. Во-вторых, сперма и яйцеклетка содержат только половину набора генов каждого родителя, то есть организм, использующий половое размножение, передаст лишь 50 % своих генов следующему поколению. Бесполые виды гарантированно передадут 100 % своих генов.

Очевидно, что с этой цепочкой рассуждений что-то не так. Да, это правда, что многие виды, в том числе насекомые, ящерицы и растения, прекрасно обходятся без секса. По крайней мере, какое-то время. Но таких представителей значительно меньше, чем половых.

Стойкий успех секса обычно сводится к тому, что он перетасовывает генетический набор, добавляя вариации и позволяя убирать ненужные (мутации – это как раз то, что в итоге уничтожает большинство бесполых видов). Вариации важны, поскольку позволяют жизни реагировать на изменения окружающей среды, в том числе на взаимодействие с хищниками, добычей и – особенно! – с паразитами. Бесполое размножение иногда сравнивают с покупкой 100 билетов в лотерее, где все номера одинаковые. Куда лучше купить только 50 билетов, но с разными номерами.

Как бы ни был полезен секс сейчас, когда он у нас есть, никто так и не знает, как именно он зародился. Возможно, это было что-то столь прозаичное, как репарация ДНК. Бесполые одноклеточные организмы могли выработать привычку к периодическому удвоению собственного генетического материала, а затем двойному его сокращению. Данный способ позволил бы им восстановить (репарировать) любое повреждение ДНК, «переключаясь» на запасной набор. Схожий обмен ДНК до сих пор отмечается в процессе производства яйцеклеток и сперматозоидов.

Не обошлось здесь и без паразитов. Длинные паразитические ДНК под названием «транспозоны» размножаются путем включения своих копий в стандартный генетический материал клетки. Представьте себе, что транспозон внутри одноклеточного организма приобретает мутацию, позволяющую его клетке-хозяину периодически сливаться с другими клетками перед повторным делением. Транспозон этой примитивной формы секса мог бы распространяться горизонтально между различными клетками. Как только такая мутация возникнет в популяции, паразитический секс распространится довольно быстро.