Эволюция. От Дарвина до современных теорий - Элисон Джордж

Предположим, у животного есть ген с двумя разными функциями. В результате мутации какие-то потомки получают две копии этого гена. В большой популяции с жесткой конкуренцией и сильным давлением отбора такие мутации, скорее всего, будут устраняться, поскольку они не повышают приспособляемость индивида и с большой вероятностью являются неблагоприятными.

Однако в популяциях меньшего размера со слабым давлением отбора у таких мутаций появляется небольшой шанс уцелеть и распространиться в результате случайного дрейфа генов. Если такое произошло, то дупликатные гены начнут обзаводиться собственными мутациями. Мутация в одной копии может разрушить ее способность к выполнению одной из двух начальных функций гена. Тогда вторая копия может разучиться выполнять вторую функцию. Опять же, данные изменения не несут никакой полезности – такие животные продолжат выглядеть и вести себя одинаково. Однако и эти мутации способны распространиться в результате дрейфа генов. Таким образом, популяция прошла бы целый путь от наличия одного гена с двумя функциями до появления двух генов с одной функцией в каждом.

Это увеличение сложности генома происходило бы не из-за давления отбора, а вопреки ему. Тем не менее оно могло бы стать отправной точкой для большей физической или поведенческой сложности, потому что теперь каждый ген способен развиваться обособленно. Например, он может включаться или выключаться в разное время или в разных тканях. И как только появятся какие-либо благоприятные мутации, естественный отбор сразу же о себе заявит.

Такое чувство, что в основе эволюции лежит совершенно разнонаправленное давление: сложные структуры и модели поведения (глаза и язык) совершенно точно являются результатом естественного отбора, а сильный отбор (как и в больших популяциях) блокирует случайные геномные изменения, которые могут привести к усложнению.

Эволюция создает шедевры

«Вам не нужна идеальная адаптация, чтобы выжить. Достаточно того же уровня адаптации, что и у конкурентов».

Адаптация, или приспособленность, – это извечная тема документальных фильмов о дикой природе. Снова и снова нам рассказывают, как хорошо животные приспособлены к своей среде обитания. Но, к сожалению, обычно это не так.

Вспомним белку обыкновенную (рыжую белку), которая, казалось бы, идеально приспособилась к окружающей среде. Но затем в Великобритании появилась серая белка и показала, что на самом деле ее уровень адаптации к широколиственным лесам намного выше.

Существует множество причин, почему эволюция не создает идеальных «проектов». Для естественного отбора нужно, чтобы нечто просто функционировало, а не работало на полную мощность. И варианты «на авось» здесь далеко не редкость. Классический пример тому – «большой палец» панды, представляющий собой видоизмененную кость запястья. Ей животное пользуется как противопоставленным большим пальцем для захвата бамбука. Это не самый идеальный вариант, но поскольку настоящий большой палец животного срощен с лапой, панде пришлось согласиться на более неуклюжую альтернативу.

Эволюция меняет существующие структуры гораздо чаще, чем создает новые. Лопастные плавники древней рыбы превратились в совершенно разные структуры: крылья, копыта и руки. Это означает, что у нас пять пальцев на руках только потому, что такое же число было у амфибий, а не потому, что это являлось оптимальным количеством.

Многие группы не развили в себе особых свойств для большей приспособляемости. Акулам не хватает плавательного пузыря, который помогает костным рыбам лучше управлять своей плавучестью. Вместо этого им приходится полагаться на плавательные способности, жирную печень для высокой плавучести и периодическое заглатывание воздуха. Легкие млекопитающих с двунаправленной циркуляцией воздуха гораздо менее эффективны, чем легкие птиц, в которых воздух движется только в одном направлении.

Повторяющаяся мутация будет означать, что некоторые потенциально полезные функции могут потеряться. Многие приматы не умеют вырабатывать витамин С – эта способность сохранилась у животных, получающих в своем рационе много витамина С. В то же время такие «потери» могут ограничиваться при изменениях среды обитания, что и продемонстрировал один примат во время долгого морского путешествия.

Недальновидность эволюции приводит к появлению заведомо ошибочных моделей. Одним из примеров того является глаз позвоночных со слепым пятном в месте прохождения нерва через сетчатку. Если естественный отбор основывается на плохой, но рабочей модели, то все потомки вида, как правило, никуда от нее не денутся.

Но меняется и сама среда обитания. В конкурирующей борьбе между хищником и жертвой, паразитом и хозяином виды должны поддерживать свой текущий уровень приспособляемости и повышать его путем постоянного развития. Как сказала Красная Королева из «Алисы в стране чудес»: «Нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте».

Но люди бегут недостаточно быстро. Развитие и адаптация – это игра чисел: при увеличении популяции и поколений увеличивается количество мутаций и возрастают шансы естественного отбора отобрать полезное и устранить неблагоприятное. Ежедневно в организме ВИЧ-инфицированного человека может образовываться порядка 10 миллиардов новых вирусных частиц. Для сравнения: до недавнего времени общая численность населения Земли составляла не более нескольких миллионов человек.

За десятилетие бактерия способна создать 100 000 поколений. А со времен отделения человеческой ветви от линии шимпанзе прошло не более 25 000 поколений. Поэтому нет ничего удивительного в том, что за одну человеческую жизнь мы смогли увидеть эволюцию таких новых вирусов, как ВИЧ.

За последние 10 000 лет наше развитие значительно ускорилось. Но мы меняем окружающую среду еще быстрее, что не проходит без последствий, начиная с ожирения и аллергий и заканчивая различными зависимостями и близорукостью. Вирусы и бактерии способны приблизиться к совершенству, тогда как мы, люди, так и останемся не более чем грубым черновиком.

Наука об эволюции не является предиктивной

«Мы не можем точно сказать, как будет выглядеть жизнь через миллиард лет, но теория эволюции способна сделать несколько предположений».

Космологи делают точные прогнозы о том, что произойдет со Вселенной через 20 миллиардов лет. Биологи изо всех сил пытаются предсказать, как несколько бактерий смогут эволюционировать в чашке за 20 часов. Некоторые полагают, что отсутствие точной способности прогнозирования делает эволюцию ненаучной дисциплиной.

Однако в науке важно не то, сколько всего вы сможете предсказать на основе теории или насколько точными окажутся эти предсказания, а то, сможете ли вы создавать предсказания, которые окажутся правильными. Метеорологи не отвергают теорию хаоса, потому как она говорит о невозможности предсказать погоду на 100 % правильно. Наоборот, они принимают эту теорию, потому как погода подчиняется широкому спектру закономерностей, предсказанных теорией хаоса.

Трудность в прогнозировании пути эволюции отчасти заключается в возможности организмов развиваться в различных направлениях. Если бы мы могли поворачивать время вспять на 4 миллиарда лет и позволили бы жизни развиваться снова и снова, то ход ее развития мог бы быть совершенно иным. Жизнь на этой планете формировалась на основе случайных событий. Если бы астероид не уничтожил динозавров, то разумная жизнь могла бы стать совершенно другой. Если бы она вообще развилась.