Эволюция для всех, или Путь кентавра - Александр Гангнус

Точного ответа на все вопросы, связанные с эволюцией, нет. Во всяком случае, столь точного, как в математике. Но найдено очень многое — усилия поколений ученых не только не пропали даром, а вознаграждены захватывающей и величественной картиной, открывающейся перед человеком, пожелавшим узнать свою родословную.

Можно говорить о философии природы, философии эволюционного учения.

В затруднительных случаях полезно попробовать вернуться к началу и оттуда попытаться распутать клубок, в котором запутались… Вернемся и мы к химической эволюции, зарождению жизни, когда все было гораздо проще. Была некая лужа, в ней замкнутым циклом происходили химические реакции — так, что последняя реакция воспроизводила начальные условия для первой. Это и была преджизнь. Допустим, что-то в окружающей среде менялось, «живая лужа» должна была приспособиться к изменению, эволюционировать.

Человек обитает почти по всей Земле — и там, где жарко и где всегда холодно. Там, где не хватает одних веществ и в избытке другие.

Разные условия существования влияют на нас, на болезни, самые распространенные в той или иной области. Но прямого влияния этих разных условий на тип человека, на его наследственность нет или почти нет. А вот какие-то химические или температурные изменения в древней «живой луже» уже означали ее эволюционное изменение. Изменение живого или предживого само по себе означало тогда и генетические изменения.

Следующий этап. Появились организмы, в которых был молекулярный наследственный код, запись устройства организма на нити нуклеиновой кислоты. Между генетическим набором и строением организма появились тонкие, сложные, непрямые связи. Код не содержал в себе организма, как не содержит в себе автомобиля технологическая схема его изготовления.

И обратно: жизненные приключения организма не влияли прямо на его генетическую программу.

Философы говорят: в царстве живого есть своего рода этажи, уровни организации живого. Отношения между уровнями не простые. Каждый верхний этаж-уровень «держится» на нижнем, но и сам на него как-то влияет. С появлением генетического кода свойства организма, его признаки и наследственная основа оказались «на разных этажах». Причем что интересно: с окружающей средой, с естественным отбором имеет дело в основном «верхний этаж» — признаки, свойства. А наследуются не сами признаки, а их генная запись!

Теперь для того, чтобы вызвать стойкие, существенные наследуемые изменения в строении организма, нужно вносить поправки прямо в запись, в гены. Это мутации. Они происходят время от времени самопроизвольно, но становятся чаще, например, при облучении организма радиоактивностью, при воздействии некоторых химических веществ. Казалось бы, то же прямое воздействие среды… А вот и нет! Среда воздействует на запись. Но не на содержание записи, а на скорость ее «редактирования». Сами же «принципы редактирования» не меняются. Поправки при этом «редактировании» — мутации. Среди них может оказаться и случайно полезная, вызывающая признак, который способствует выживанию, а значит, в дальнейшем и появлению нового вида. Но в основном, по теории вероятности, этот метод «слепого тыка» чаще приводит к мутациям нейтральным, бесполезным, а еще чаще и прямо вредным, подлежащим уничтожению в процессе естественного отбора.

Это значит, что условия жизни могут резко измениться, а вид будет терпеливо дожидаться, пока в его генах случайно произойдет мутация, которая приспособит его к новой жизни. Ясно, что эволюция с помощью только мутаций и отбора — вещь мучительно медленная и трудная. Такая эволюция происходила и происходит у бактерий, весьма вероятных кандидатов в наши далекие предки. Под микроскопом в чашечках с питательным раствором ученые вызывают мутации у этих мельчайших организмов и выводят новые разновидности — штаммы бактерий. Меняется ген — меняется признак. Все просто и быстро. И все же миллиарды лет эволюции бактерий не изменили их принципиально, современные бактерии — это очень правдоподобные модели наших самых отдаленных предков.

Но где-то еще в первой половине докембрия появился «третий этаж»-уровень организации живого. Простые клетки типа бактерий, сине-зеленых водорослей объединяются в единое целое, образуя сложные, ядерные клетки. Предклетки, ставшие органеллами сложных клеток, знают разделение труда. Генная запись в настоящих клетках, в амебах, например, намного сложнее, чем в бактериях. В ней записано все новое сложное устройство организма. Запись эта — запись всех мутаций, которые произошли и не были отброшены отбором во всех предках нового организма. В генной записи — сама история. Но это история, которая в большой мере определяет будущее развитие потомков организма.

Каждая следующая мутация, физико-химическое изменение нуклеиновой молекулы так меняет свойства самой этой молекулы, что дальнейшие поправки в генах возможны уже не любые и не где придется. Нуклеиновая молекула — это сложная система, в нее что-нибудь новое встроить можно только там, где это позволяют расположения и валентности соседних химических групп. Значит, на самом «первом этаже» среди мутаций происходит что-то вроде первичного физико-химического отбора. И отбора строгого: образуется как бы несколько направлений, коридоров, по которым возможны еще генные изменения. Это значит, что уже на «первых этажах» организации признаки организму предлагаются не любые и не бесконечное число, ему предлагаются в некотором количестве заранее определенные варианты. (Забегая вперед: на всех других «этажах» ограничения еще более жесткие.)

Замечательный российский ботаник Н. И. Вавилов объездил весь мир, изучая культурные злаки и их предков — злаки дикорастущие. Работа имела большое народнохозяйственное значение: нужно было найти такие зерновые, которые давали бы максимальный урожай на тех или иных почвах, в тех или других климатах нашей огромной страны. Вавилов открыл, что всяких разновидностей, скажем, пшениц — не бесконечное разнообразие, а определенный ряд вариантов: с усиками-остьями и безостые, короткостебельные и длинностебельные и т. д. Но когда мы переходим к другому злаку, скажем к ячменю, то и у него мы видим те же самые ряды. Ко ржи — опять то же самое. Причем аналогичные (а правильней сказать — гомологичные) признаки у разных злаков так схожи, что неспециалист скорее примет за один вид рожь и ячмень с одинаковыми признаками, чем разновидности внутри одного вида. Начертив таблицу гомологических рядов злаков, Вавилов обнаружил там «пустые клетки», как когда-то Менделеев в своей таблице элементов. И как в свое время Менделеев, Вавилов смело предположил, что «пустые клетки» должны быть заполнены еще не открытыми разновидностями растений, которые обязательно должны где-то на Земле обитать. И он нашел эти предсказанные разновидности, некоторые из них были очень ценными для сельского хозяйства. Гомологические ряды Вавилова (подобные ряды были обнаружены и среди древнейших раковинных одноклеточных животных кембрийского периода, и во многих других группах организмов) хорошо показывают, что задолго до того, как начнет свое беспощадное действие естественный отбор, в организмах на «первых этажах» их организации достаточно строгий отбор вариантов уже произведен. Прошлое действительно определяет отчасти будущее, пути эволюции.