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

Я уверен, что это всего лишь верхушка айсберга, и скоро мы обнаружим многочисленные физиологические, поведенческие и анатомические изменения, конвергентно эволюционировавшие у самых незащищенных видов.

И сложной задачей в данном случае будет применить данные, собранные по крупицам на основе случаев конвергенции, не с целью предотвратить эволюцию, а чтобы усилить ее эффективность. Заранее предсказать, какую форму примут подобные вмешательства, трудно, но они могут повлечь за собой включение особо эффективных генов в те популяции, которые в них нуждаются, меняя среду обитания так, чтобы усилить часто возникающие поведенческие и физиологические адаптации.

Если говорить в общем, то мы стоим на пороге новой эры, когда у нас появляется беспрецедентная способность направлять эволюционный процесс. Развитие новых молекулярных технологий (самая последняя и самая важная это – CRISPR[65]) подняло генную инженерию, применяемую среди диких популяций, на новый уровень, и теперь мы способны направлять генетическую эволюцию в дикой природе. В планах уже генетическая модификация комаров, чтобы они перестали быть разносчиками разных болезней, таких как малярия. Это прекрасный новый мир, который ждет масса возражений как практического, так и этического характера. Эти опасения далеко не беспочвенны, но есть и положительные стороны. Мы можем не только сконструировать виды для нашей собственной выгоды, но и будем иметь возможность помочь им выживать, вводя гены, которые позволят адаптироваться к меняющемуся миру.

А как нам узнать, какие гены вводить виду, сталкивающемуся с конкретной проблемой? Ответ, конечно же, – конвергентная эволюция! Выбирая решения, которые неоднократно срабатывали в отношении других видов, мы, вероятно, сможем определить лучших кандидатов на генетическое спасение среди тех, кто подвергается опасности. Наступит ли такое будущее, нам еще предстоит узнать, но если это произойдет, конвергентная эволюция наверняка сыграет здесь важную роль.

Раса нави населяет планету звездной системы Альфа Центавра. Их рост – десять футов, у них длинные хвосты и заостренные уши. Гуманоиды с голубой кожей из фильма «Аватар» делят свой мир с изобильной, биологически разнообразной экосистемой, поразительно напоминающей жизнь здесь, на Земле. Конечно, у некоторых животных иногда встречается лишняя пара ног или морда, как у молотоголовой акулы, но по большей части они похожи на уже знакомых нам существ: леопардов, лошадей, обезьян, птеродактилей, титанотерий, птиц и антилоп. Изобильная растительность[132] словно взята из амазонских джунглей и настолько сильно напоминает земные растения, что ботаник произвел их классификацию, дав им научные названия. Внимание к деталям и красивые съемки это то, что выделяет «Аватар» среди других фильмов подобного жанра и объяснение, почему картина получила «Оскары» за лучшую режиссуру, операторское мастерство и визуальные эффекты. Но если говорить с точки зрения биологии, то «Аватар» напоминает многие другие фильмы, снятые об иных мирах. В большинстве научно-фантастических картин, где место действия разворачивается на других планетах, от «Звездных войн» до «Стражей Галактики», их создатели населяют свои миры жизненными формами, которые внешним обликом и биологией схожи с теми, что эволюционировали здесь, на Земле.

Даже некоторые самые экзотические виды, такие как внушающие ужас хищники из фильмов «Дюна» и «Чужой», демонстрируют биологию, в которой прослеживаются черты земных видов.

На самом деле единственные по-настоящему отличающиеся киношные формы жизни основаны на биологии совершенно иного сорта, чем на Земле. Вместо углерода, базового природного структурного элемента, основа жизни в этих историях – кремний или даже чистая энергия, а виды создаются из кристаллов, межзвездной протоплазмы или волновой энергии.

Астробиологи считают, что источником внеземной жизни, если она существует, вероятней всего, является кремний. И, следовательно, по своему химическому составу она напоминает жизнь на Земле. Так что давайте сведем наше обсуждение к жизненным формам на основе кремния, которые могут возникнуть на многих похожих на Землю планетах, что, как нам теперь известно, существуют в других местах галактики Млечный путь. Возможно ли, что экосистемы на этих планетах будут населены видами, похожими на те, что существуют на Земле? Следует ли нам ожидать в соответствии с сюжетами большинства фильмов и реальным высказыванием Саймона Конвея Морриса, что «то, что мы наблюдаем здесь, на Земле[133], как минимум в общих чертах и даже, как я подозреваю, в деталях будет таким же на любой сравнимой с Землей планете»?

Конвей Моррис и другие ученые делают подобные заявления, основываясь на двух аргументах. Во-первых, повсеместность конвергенции здесь предполагает, что естественный отбор, как правило, дает похожее решение проблем, которые ставит окружающая среда. Во-вторых, законы физики универсальны, по крайней мере, в нашей Вселенной, и они диктуют определенные оптимальные пути адаптации к окружению, которые не являются специфичными лишь для нашего мира. Конвей Моррис добавляет третий, более спорный аргумент: отдельные биологические молекулы, которые эволюционировали здесь, на Земле, такие как ДНК, хлорофилл, используемый растениями для фотосинтеза, опсины, молекулы для распознавания света в сетчатке глаза, и гемоглобин, используемый для переноса кислорода в крови, могут оказаться лучшими или одними из самых лучших возможных молекул в системе, использующей основанные на углероде вещества.

Так что нет ничего неправдоподобного в том, утверждают Конвей Моррис и другие ученые, что похожие базовые структурные элементы могут возникнуть и на других планетах.

Я соглашусь, что отдельные примеры конвергенции между внеземными формами жизни и видами, обитающими на Земле, похожи. Любым организмам, где бы они ни были, необходимо получать энергию либо производя ее самостоятельно, либо потребляя из внешних источников. Им потребуются органы восприятия, чтобы определять внешние раздражители. Кому-то понадобится передвигаться.

Земные виды очень хорошо справляются с этими задачами, так что не было бы ничего удивительного, если бы обнаружились параллели на других планетах. Это выглядит особенно убедительно, учитывая, что гравитация, термодинамика, механика текучих сред и другие физические явления применимы повсюду. Организмы, которым нужно быстро передвигаться в плотной среде, будут оптимизировать этот процесс за счет эволюции обтекаемой формы тела. Управляемый полет требует некоторых способов генерирования подъемной силы – крылья в этом смысле подходят идеально. Фокусировка света наиболее эффективно осуществляется с помощью такой камеры, как глаза, эволюционировавшей множество раз в животном мире.

Таким образом, как минимум отдельные параллели между земной и внеземной жизнью, вероятно, существуют, особенно на тех планетах, что максимально похожи на нашу. Подобная конвергенция может быть обострена, если одинаковые молекулярные структурные элементы эволюционируют в других формах жизни. Хотя неясно, до какой степени использование одинаковых молекул влечет за собой фенотипическую конвергенцию.