Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов - Джонатан Б. Лосос

Согласно одному сценарию различия эволюционировали случайно. Возможно, у предка дятла случилась мутация, в результате которой сформировался длинный колючий язык, в то время как у прародителя дятлового древесного вьюрка возникло изменение, которое заставила его подбирать веточки и втыкать их в отверстия. Другими словами, ни один из путей не превосходил другой, и то, какая мутация происходила, было лишь делом случая.

Второй сценарий обусловлен эволюцией: то, как вид реагирует на естественный отбор, зависит от того, как он развивался в прошлом. Возьмем для примера ай-ай, представителя семейства лемуров. У приматов, как у всех млекопитающих, есть рты, состоящие из костей, кожи, мышц и, как правило, зубов[26]. Развить жесткий, острый клюв, как у птицы, было бы для млекопитающего настоящим эволюционным подвигом. Это гораздо более трудный генетический процесс, чем видоизменение уже существующих резцов для того, чтобы прогрызать ствол дерева. С другой стороны, у птиц передние конечности трансформировались в пригодные для полета структуры, и им уже недоступны пальцевые кости, работающие как крючки у ай-ай.

_____

ИТАК, К ЧЕМУ ЖЕ МЫ ПРИШЛИ? Является ли конвергенция превалирующим явлением, демонстрацией наследственной структуры в биологическом мире, направляемой предсказуемыми силами естественного отбора к итогам, предопределенным условиями окружающей среды? Или же примеры конвергентной эволюции – это исключения, тщательно подобранные иллюстрации биологической предсказуемости в беспорядочном мире, в котором большинство видов не имеют эволюционных параллелей?

Мы можем спорить на эту тему и так и эдак до посинения. Я бы привел в качестве примера утконоса. Но вы бы парировали конвергентными ежами. Я бы обусловил существование уникального, висящего вниз головой ленивца, а вы бы возразили мне, приведя в качестве доказательства ходящую на двух ногах мышь, эволюционировавшую независимо на трех материках. Вот именно так, по сути, происходил исторический спор с накапливающимися списками и примерами.

Конвея Морриса и его коллег следует похвалить за то, что они сделали актуальной проблему конвергентной эволюции. Все мы знали, что конвергенция – это уловка естествознания, поразительный пример силы естественного отбора. Но Конвей Моррис и компания прояснили тот факт, что эволюционное копирование гораздо более распространенное явление, чем мы себе это представляли. Сейчас мы понимаем, что подобное часто случается в природе, и примеров этого полно вокруг нас. И все же оно далеко не повсеместно. Чаще виды, обитающие в схожих условиях, не адаптируются конвергентным образом.

В этом месте мы должны выйти за рамки описания исторической модели с перечислением дополнительных примеров за и против. Скорее, нам следует задаться вопросом, понимаем ли мы, почему конвергенция происходит в одних случаях, а не в других; как найти ту границу, где конвергенция случается или нет; почему двуногие грызуны эволюционировали независимо в пустынях по всему свету, а кенгуру только один раз. И чтобы сделать это, требуется нечто большее, чем добавление новых примеров к нашим спискам.

Нам нужно проверить гипотезу эволюционного детерминизма напрямую.

На протяжении последнего века экспериментальный подход был стандартным для большинства научных дисциплин, и вполне обоснованно. Аккуратно меняя один параметр и оставляя другие неизменными, мы можем напрямую протестировать причину и следствие. Неэкспериментальные исследования хромают без отсутствия контроля и от того, что любой из многочисленных параметров может быть ответственным за наблюдаемые между объектами исследования различия.

Но эволюционная биология поздно включилась в экспериментальную игру: легендарный медлительный ход эволюции сделал идею экспериментов провальной затеей. Теперь мы знаем, что данная точка зрения ошибочна и эволюция способна двигаться очень быстро. И понимание этого открывает новые двери к ее изучению.

Итак, мы перетрясли ящики естествознания, оглядываясь назад, чтобы понять, что возникало в прошлом. Но теперь настало время заглянуть вперед, чтобы использовать силу экспериментального метода для изучения эволюционной роли контингентности и детерминизма.

Мало оценен тот факт, что Чарльз Дарвин был великим экспериментатором. В то время, когда данный метод еще только зарождался, Дарвин уже ставил эксперименты, проверяя, смогут ли семена выжить при погружении их в соленую воду (некоторые смогли), как растения тянутся к свету (ключевым фактором здесь является верхушка растения) и реагируют ли черви на музыку (по большей части, нет). Но Дарвин никогда не планировал поставить эксперимент, чтобы проверить свою величайшую идею – теорию эволюции – естественным отбором.

Объяснить эту нестыковку просто: проведение подобного исследования показалось бы тогда бессмысленным. Дарвин полагал, что эволюция происходит со скоростью смены ледниковых периодов, настолько медленно, что ее развитие можно определить лишь по прошествии миллиардов лет. «Мы не увидим никаких из этих медленных изменений в процессе развития, пока стрелка часов не отмерит длинный промежуток в несколько веков», – писал он в своем труде «О происхождении видов». Чтобы увидеть результаты эволюционного эксперимента, потребовались бы тысячи лет – слишком долго, чтобы это было возможно. Насколько мы знаем, Дарвин никогда не размышлял над подобным проектом.

Опыт практической научной работы Дарвина поражает. Он верно определил, как формируются коралловые рифы, какую роль играют черви в насыщении почвы кислородом, и, конечно же, то, что естественный отбор – главный двигатель эволюции.

Поэтому неудивительно, что коллеги Дарвина на протяжении более ста лет верили его словам о том, что эволюция движется со скоростью улитки.

Конечно, во времена Дарвина не было реальной информации относительно скорости эволюции. Никто тогда не изучал популяции в условиях дикой природы, наблюдая за тем, изменились ли они с течением времени и до какой степени. Скорее Дарвин основывал свои взгляды на традиционных знаниях темпа геологических трансформаций и викторианской восприимчивости к соответствующе низкому по меркам современной жизни уровню инноваций.

Однако за последние полвека мы узнали, что Дарвин неправильно понимал данное явление. Будет совершенно неправильно утверждать, что эволюция движется незаметно медленно, иногда она, и даже часто, движется с легкой скоростью. В противоположность тому, как считал Дарвин, естественный отбор может быть очень сильным, и когда это происходит, популяции могут за короткий период претерпеть существенные изменения.

Эта огромная перемена в понимании скорости эволюционных преобразований произошла благодаря разной информации, которая стала доступна в середине прошлого века. Вероятно, решающее значение сыграла ставшая теперь знаменитой история с пяденицой березовой, которая произошла в XIX веке в Англии.