Вообразите, что вы — преподаватель латыни и римской истории. Вы стремитесь привить своим ученикам любовь и уважение к античности: от элегий Овидия и од Горация до латинской грамматики и речей Цицерона, от стратегических находок Пунических войн до военного гения Гая Юлия Цезаря и излишеств сластолюбивых императоров периода упадка. Это сложное и достойное дело требует времени, концентрации и самоотверженности. К вашему огорчению, группа игнорамусов (вы — учитель латинского, не забыли?), которая пользуется серьезной политической и финансовой поддержкой, постоянно отнимает у вас драгоценное время. Единственная цель этих людей — убедить ваших невезучих учеников в том, что римлян не было. И Римской империи не было. И что мир, каким мы его знаем, появился совсем недавно, незадолго до рождения ныне живущих людей. И что современные нам романские языки — испанский, итальянский, французский, португальский, каталанский, окситанский, ретороманский со всеми их диалектами — возникли совершенно независимо друг от друга и не имеют ничего общего с латинским. И вот, вместо того чтобы отдавать все свое время и силы благородному призванию исследователя и преподавателя классического наследия, вам приходится отвлекаться на поиск аргументов в защиту существования римлян, на борьбу с невежеством и предубеждениями, с которыми вы хоть плачь, но вынуждены сражаться.

Если вам кажется неуместной аналогия с латынью и римлянами, могу привести более реалистичный пример. Представьте, что вы — учитель новейшей истории и что ваши уроки, посвященные Европе XX века, бойкотируют или каким-либо образом срывают хорошо организованные группы, отрицающие Холокост. В отличие от гипотетических «отрицателей Рима», люди, отрицающие Холокост, действительно существуют. Они привыкли к публичным выступлениям, их слова звучат на первый взгляд правдоподобно, а сами они умеют казаться образованными. Их поддерживает президент минимум одного могущественного государства. Среди них по меньшей мере один католический епископ. Так вот, от вас, учителя европейской истории, агрессивно требуют представить и «альтернативную» точку зрения, предполагающую, что Холокоста никогда не было — он изобретен сионистами, подделавшими факты и свидетельства. Несколько интеллектуалов-релятивистов сообщат вам, что абсолютной истины не существует, был Холокост или нет — вопрос личных убеждений, а все точки зрения равно значимы и должны уважаться.

Жизнь многих преподавателей естествознания в наше время ничуть не легче. Когда они пытаются объяснить ученикам базовый принцип биологии, честно рассматривая живой мир с исторической (то есть эволюционной) точки зрения; когда они объясняют и демонстрируют ученикам саму природу жизни, они подвергаются нападкам, им даже грозят увольнением. В лучшем случае они теряют драгоценное время. С большой вероятностью на них посыплются угрожающие письма родителей, их будут преследовать саркастические ухмылки зомбированных учеников. В рекомендованных государством учебниках слово «эволюция» исключается вовсе или заменяется «толерантным» «изменением с течением времени». Еще недавно мы смеялись над этим явлением как над исключительно американским, но теперь с той же проблемой сталкиваются учителя Великобритании и Европы — частично из-за влияния США, но главным образом из-за увеличения доли учеников-мусульман в классах. Этому, безусловно, также способствуют требования мультикультурализма и боязнь учителей прослыть расистами.

Часто говорят (и совершенно справедливо), что у высшего духовенства и теологов нет никаких возражений против эволюции, что, как правило, они даже поддерживают ученых в этом вопросе. Зачастую это действительно так, и я знаю об этом не понаслышке, ибо сотрудничал с лордом Ричардом Харрисом, бывшим епископом Оксфордским. В 2004 году мы опубликовали в «Санди таймс» совместную статью[6], которая заканчивалась так: «Сегодня спорить уже не о чем. Эволюция — это факт и, с точки зрения христианина, — одно из величайших творений Господа». Эту фразу написал Харрис, весь остальной текст мы сочинили вместе. В 2002 году мы с епископом Харрисом отправили премьер-министру Тони Блэру коллективное письмо:

Мы с епископом организовали это письмо в большой спешке.

Тем не менее, насколько я помню, его согласились подписать все люди, которых мы об этом просили. Мы не получили отказа ни от ученых, ни от епископов. У архиепископа Кентерберийского нет никаких проблем с теорией эволюции, как и у папы римского (если исключить сомнения о точном археологическом времени, когда тело человека было укомплектовано душой), образованных священников и преподавателей теологии. Эта книга посвящена позитивным доказательствам эволюции, и я не задумывал ее как антирелигиозную. Антирелигиозную книгу я уже написал. Это другая футболка, и нет смысла надевать ее сейчас. Теологи и епископы, изучившие с должным вниманием доказательства эволюции, признали дальнейшую борьбу с ней неразумной. Некоторые, вероятно, сделали это с сожалением. Другие (например, епископ Харрис) — с энтузиазмом. Однако все, кроме совершенно неосведомленных, вынуждены признать факт существования эволюции. Они могут думать, что это Бог запустил процесс, а после устранился от руководства. Или что Бог запустил Вселенную вручную, снабдив ее непротиворечивым набором физических законов и констант, рассчитанных так, чтобы выполнить некоторую не вполне ясную миссию, в которой нам отведена не вполне ясная роль. Итак, иногда неохотно, а иногда с радостью мыслящие и разумные представители церкви принимают доказательства истинности эволюции.

Однако ошибкой было бы предполагать, что раз такого мнения придерживаются видные церковники и теологи, с ними согласна их паства. Напротив, социологические опросы, результаты которых вы найдете в приложении, свидетельствуют, что более 40 % жителей США отрицают факт происхождения человека от других животных и уверены, что мы, как и все живые существа, были созданы Богом в последние десять тысяч лет. Эта цифра не столь велика в Соединенном Королевстве, но все же достаточно велика для того, чтобы вызывать беспокойство. И, заметим, беспокойство она должна вызывать не только у ученых, но и у церкви. К несчастью, эта книга необходима. Тех, кто отрицает эволюцию, я назвал «отрицателями истории». Эти люди уверены в том, что возраст планеты исчисляется тысячами, а не тысячами миллионов лет, а также в том, что люди делили землю с динозаврами. Повторюсь: эти люди составляют более 40 % населения Соединенных Штатов. Эта доля изменяется от страны к стране, но 40 % — неплохая средняя величина.

«Я настаиваю: это только теория!»

«Только теория»? Интересно! Посмотрим, что значит это слово — теория. «Оксфордский словарь английского языка» дает следующие значения (на самом деле их больше, но нас интересуют два):

Очевидно, что эти два значения слова отличаются друг от друга. И простой ответ на мой вопрос таков: ученые, применительно к теории эволюции, принимают первое значение, а креационисты (может быть, злонамеренно, а может, от чистого сердца) оперируют вторым. Хорошим примером первого значения может служить гелиоцентрическая теория строения Солнечной системы, утверждающая, что Земля и другие входящие в эту систему планеты вращаются вокруг Солнца. Теория эволюции также прекрасно подпадает под первое значение. Дарвиновская теория эволюции в самом деле представляет собой «схему или систему идей или утверждений». Она, безусловно, объясняет обширную «группу фактов или явлений». Это «гипотеза, подтвержденная наблюдением, экспериментом», «построенная на их основе». Это «утверждение, включающее общие законы, принципы или причины известных или наблюдаемых явлений». Также очевидно, что эта теория очень далека от «гипотезы, рассуждения, предположения». Как мы видим, ученые и креационисты понимают слово «теория» в двух разных смыслах. Эволюция является теорией в том же смысле, в каком является ею гелиоцентрическая модель мира. В обоих случаях уничижительное «только» использоваться не должно.

Что касается утверждений, что теория эволюции якобы не была «доказана», замечу: большинство ученых старается не использовать термин «доказательство». Влиятельные философы утверждают, что в науке доказать ничего нельзя. Единственные, кто может что-либо доказать — математики. А все остальные ученые вынуждены довольствоваться тем, что они не смогли опровергнуть что-либо, несмотря на наличие принципиальной возможности такого опровержения и приложенные усилия. К удовлетворению некоторых философов, даже совершенно бесспорная вещь — что Луна меньше Солнца — не может быть доказана так же строго, как, скажем, теорема Пифагора. Однако накоплено столько свидетельств ее правдивости, что никто, кроме педантов, не возьмется утверждать, что это не факт. То же справедливо и для теории эволюции. Эволюция является фактом в той же мере, что и местоположение Парижа в Северном полушарии. Несмотря на то, что балом правят софисты[7], некоторые теории невозможно подвергнуть разумной критике. Мы называем эти теории фактами. Чем энергичнее вы пытаетесь опровергнуть теорию, тем ближе она окажется к тому, что обычно называют фактом (если выстоит, разумеется).

Можно было бы продолжать пользоваться словосочетаниями «теория в первом значении» и «теория во втором значении», но это не слишком удобно. Придется найти замену. Для теории во втором значении есть отличный синоним — гипотеза.

Всем понятно, что гипотеза — это допущение, предположение, ожидающее подтверждения или опровержения. Гипотезой эволюция была во времена Дарвина. Найти адекватную замену первому значению слова «теория» сложнее. Удобнее всего, конечно, было бы забыть о втором смысле этого слова и пользоваться им как ни в чем не бывало. Другая отличная мысль: второго смысла не должно быть вовсе, оно избыточно и сбивает с толку, учитывая наличие слова «гипотеза». Тем не менее второе значение, к сожалению, широко распространено, и игнорировать его мы не можем. Поэтому мне придется сделать существенное, но вполне логичное и оправданное, заимствование из математики. Я воспользуюсь словом «теорема». Как мы увидим, это заимствование не совсем верно, но мне представляется, что риск оправдан. Дабы не обижать математиков, я изменю написание слова на «теорум»[8]. Для начала следует объяснить, как математики понимают смысл слова «теорема», заодно прояснив высказывание о том, что только математики действительно способны что-либо доказать (в отличие от адвокатов, несмотря на претензии последних).

С точки зрения математика, доказательство — это логически непротиворечивая демонстрация того, что утверждение следует из аксиом. Так, теорема Пифагора следует из аксиом евклидовой геометрии (например аксиомы, гласящей, что параллельные прямые не пересекаются). Сколько бы вы ни измерили прямоугольных треугольников, пытаясь опровергнуть теорему Пифагора, вы зря потратите время. Кто угодно может прочитать доказательство, найденное пифагорейцами, и убедиться в его истинности. Теорема справедлива, и все тут! Чтобы отличить теорему от гипотезы, математики используют концепцию доказательства. Гипотеза представляет собой утверждение, которое кажется истинным, однако истинность его не доказана. В случае, если она будет доказана, гипотеза станет теоремой. Прекрасным примером гипотезы является проблема Гольдбаха, которая заключается в доказательстве того, что всякое целое число, большее или равное шести, может быть представлено в виде суммы трех простых чисел. Поскольку математикам не удалось опровергнуть гипотезу, с позиций здравого смысла это уже не гипотеза, а факт Гольдбаха. Тем не менее никто и никогда не смог доказать истинность этой гипотезы (несмотря на приз, ожидающий того, кто сумеет это сделать), и математики совершенно справедливо отказывают этой гипотезе в членстве в клубе теорем. Если кто-либо найдет доказательство, утверждение будет переименовано в теорему Гольдбаха. Или, быть может, в теорему Х, где Х — способный математик, опубликовавший доказательство.

Карл Саган отвечал людям, утверждавшим, будто они были похищены пришельцами:

Великая теорема Ферма, как и проблема Гольдбаха, представляла собой гипотезу с 1637 года, когда Пьер Ферма написал на полях старой математической книги: «Я нашел… поистине чудесное доказательство, но поля книги слишком узки для него». Теорема была доказана английским математиком Эндрю Уайлзом только в 1995 году. Поскольку доказательство Уайлза весьма длинно и сложно, а также учитывает новейшие методы и знания, большинство математиков склоняется к мнению, что Ферма искренне заблуждался, считая, что у него есть доказательство. Эту историю я пересказал только для того, чтобы пояснить, в чем разница между теоремой и гипотезой.

Я позаимствую из математики термин «теорема», но чтобы отличить ее, изменю написание на «теорум». Научный теорум, например эволюция или гелиоцентрическая система, вполне соответствует первому значению теоремы из Оксфордского словаря: «гипотеза, подтвержденная наблюдением, экспериментом, или построенная на их основе, предлагаемая или принимаемая как объяснение известных фактов; утверждение, включающее общие законы, принципы или причины известных или наблюдаемых явлений».

Научный теорум никогда не будет доказан (и не может быть доказан) так же, как доказывают математические теоремы. Но с точки зрения здравого смысла он является фактом.

Таковы утверждения, что земля круглая, а не плоская, а растения добывают энергию из солнечных лучей. Прекрасно информированные наблюдатели и экспериментаторы собрали массу доказательств, подтверждающих истинность этих теорем — бесспорных фактов в общепринятом смысле слова. Тем не менее, если мы желаем быть педантами, нам следует признать, что мы не можем быть уверены до конца в доступных нам измерительных приборах и органах чувств. Бертран Рассел однажды сказал, что мы все «могли появиться на свете всего пять минут назад с готовыми воспоминаниями, в дырявых носках и с шевелюрами, которые пора стричь»[10]. Учитывая имеющиеся сегодня данные, для того, чтобы эволюция оказалась не фактом, потребовался бы примерно такой же хитроумный трюк Творца, а в это мало кто из теистов согласится поверить.

Настало время выяснить, как словари объясняют слово «факт». «Оксфордский словарь английского языка» дает несколько значений. Нам подходит одно:

Заметим, что факт, как и теорум, не обладает привилегированным положением математической строго доказанной теоремы, с неизбежностью следующей из аксиом. Более того, как раз «непосредственное наблюдение или достоверное сообщение» может быть ужасающе ненадежным, и в залах судебных заседаний им придают неоправданно большое значение. Юрист, всецело полагающийся на показания очевидцев, был бы шокирован результатами некоторых психологических экспериментов.

Один из таких замечательных экспериментов был подготовлен и проведен профессором Университета штата Иллинойс Дэниелом Дж. Саймонсом[11]. Участники эксперимента смотрят 25-секундный фильм, в котором шестеро молодых людей перебрасывают друг другу пару баскетбольных мячей. Игроки входят в круг и выходят из него, меняются местами, поэтому сцена выглядит довольно сложной. Перед показом экспериментатор сообщает испытуемым, что они участвуют в тесте на наблюдательность: им предстоит сосчитать, сколько раз мячи перешли из рук в руки. Результаты аккуратно фиксируются, однако — испытуемые об этом не знают — цель эксперимента совершенно иная.

Когда подсчет закончен, экспериментатор выкладывает козырного туза: «А кто из вас видел гориллу?» Большинство немедленно впадает в ступор. Стоит экспериментатору прокрутить пленку еще раз, предложив участникам теста расслабиться и просто посмотреть фильм, выясняется, что на девятой секунде в кадре появляется человек в костюме гориллы. Он пробирается между игроками, заглядывает в камеру, колотит себя в грудь (будто выражая крайнее презрение к свидетельским показаниям), а после покидает площадку. Но, несмотря на то, что «горилла» находится в кадре целых девять секунд — более трети фильма! — подавляющее большинство испытуемых во время первого просмотра ее не замечают. Под присягой они показали бы, что в течение двадцати пяти секунд они внимательнейшим образом смотрели запись, так как считали баскетбольные мячи. И никакого человека в костюме гориллы там не было. Все эксперименты, проведенные схожим образом, демонстрируют схожие результаты и вызывают такой же шок у испытуемых, когда им открывают правду. К несчастью, показания очевидцев, «установленное знание» и «непосредственное наблюдение» являются чрезвычайно ненадежными или, по меньшей мере, могут быть таковыми. Об этом прекрасно знают фокусники.

Вот еще что забавно: в определении, которое дает словарь, сказано «непосредственное наблюдение или достоверное сообщение, в отличие от только предполагаемого» (курсив мой). Это «только» выглядит оскорблением: тщательное и обдуманное предположение может быть куда надежнее «непосредственного наблюдения», несмотря на то, что наша интуиция восстает против этого. Я и сам, что греха таить, не заметил гориллу на пленке Саймонса и был, как и другие, при втором просмотре шокирован ее появлением. Теперь я никогда автоматически не отдам свидетельским показаниям предпочтения перед научными догадками. Мне кажется, стоит показывать пленку с гориллой или некий ее аналог присяжным, да и судьям, перед тем, как они удаляются для вынесения вердикта.

Очевидно, что все наши построения базируются на данных органов чувств. Вне зависимости от того, читаем мы распечатку из машины для секвенирования ДНК или от Большого адронного коллайдера, мы пользуемся глазами. Но, что бы ни говорила на этот счет наша интуиция, то, что видит на месте убийства очевидец, не обязательно надежнее, чем непрямое наблюдение следов преступления (например, ДНК в следах крови) при помощи качественного оборудования. Вероятность ошибиться при определении личности по свидетельским показаниям гораздо выше, чем при изучении ДНК. Удручающе велик список людей, ошибочно осужденных на основании свидетельских показаний и (иногда спустя много лет) освобожденных благодаря новым технологиям анализа ДНК. Только в американском Техасе с момента признания судом анализа ДНК в качестве средства доказывания было отпущено на свободу тридцать пять человек[12]. Тридцать пять — и это только те, кто еще жив. Учитывая темп приведения в исполнение смертных приговоров в Техасе (например, в течение шести лет губернаторства Джорджа У. Буша смертный приговор подписывался в среднем один раз в две недели[13]), вполне вероятно, что, будь в свое время доступна методика анализа ДНК, множество людей было бы оправдано и осталось в живых.

Умозаключения — настоящие, научные, а не «только» умозаключения — мы будем рассматривать в этой книге со всей тщательностью. Думаю, мне удастся показать вам неопровержимость умозаключения об истинности эволюции. Очевидно, что подавляющее большинство эволюционных изменений недоступно непосредственному наблюдению. Большая их часть произошла до нашего рождения, и, при любом раскладе, они обычно происходят слишком медленно, чтобы мы могли их заметить. Это верно и для неуклонного расхождения Африки и Южной Америки, происходящего, как мы увидим в главе 9, слишком медленно для того, чтобы мы без приборов могли его зафиксировать. С эволюцией, как и с дрейфом континентов, мы можем только строить умозаключения и делать выводы после события, поскольку по понятным причинам нас не существовало на протяжении большей части события. Но не стоит недооценивать силу таких выводов. И постепенное расхождение Южной Америки и Африки, и наше общее с дикобразами и гранатами происхождение сегодня являются твердо установленными фактами в обыденном понимании этого слова.

Мы подобны следователям, оказавшимся на месте преступления после того, как оно было совершено. Деяние осталось в прошлом. Следователю не удастся его увидеть. Да и эксперимент с костюмом гориллы (и подобные ему) отучили нас безоговорочно доверять органам чувств. Что же остается следователю? Прежде всего — следы: отпечатки пальцев (в наше время — еще и ДНК), следы обуви, пятна крови, письма и дневники. Мир таков, каков он есть, потому что такие-то и такие-то события, а не какие-то другие, привели его в нынешнее состояние.

Немало исторических примеров говорит о том, что пропасть между двумя словарными значениями слова «теория» не является непреодолимой. Наука неоднократно видела превращение «только гипотез» в полноценные теорумы. Более того, состоятельная научная идея может начать «карьеру» с осмеяния и только затем пройти болезненный путь становления и выйти на уровень теорума или неоспоримого факта, как это было с теорией дрейфа континентов. Неразрешимого противоречия в этом нет. Из-за того, что некоторые наши прошлые воззрения были развенчаны, а их неправильность последовательно и убедительно доказана, не следует бояться безусловной неправильности нынешних! А то, насколько уязвимы наши воззрения, прямо зависит от надежности доказательств. Прежде люди считали, что Солнце меньше Земли, поскольку доказательства, имевшиеся в их распоряжении, были несостоятельными. Теперь мы обладаем данными, надежно указывающими на то, что Солнце гораздо больше Земли, и можем быть полностью уверены в том, что эти данные никогда не будут опровергнуты. И это не гипотеза, которая пока просто не опровергнута. Многие из нынешних представлений о мире могут быть — и будут — опровергнуты. Но, с учетом доступных нам данных, мы можем составить перечень фактов, которые не будут опровергнуты никогда. И эволюция, и гелиоцентрическая система не всегда были в этом списке, но сейчас они там есть.

Биологи часто проводят различие между признанным фактом эволюции (все живые существа — родственники друг друга) и теорией о том, что движет эволюционным процессом (под этим, как правило, понимается естественный отбор, который противопоставляется другим теориям, например теории упражнения и неупражнения органов, а также наследования приобретенных признаков по Ламарку). Но важно то, что сам Дарвин считал и то, и другое теориями в предположительном, гипотетическом смысле. В его времена фактические свидетельства были далеко не так многочисленны и убедительны, как сегодня, и многие видные ученые могли спорить как с теорией естественного отбора, так и с самим существованием эволюции. Теперь уже невозможно оспаривать факт эволюции. Он превратился в «теорум», или твердо установленный факт, но все еще можно (при желании) сомневаться в том, что главной движущей силой эволюции действительно является отбор.

В автобиографии Дарвин рассказывает[14], как в 1838 году он «ради развлечения» прочитал «Опыт закона о народонаселении» Мальтуса (как предполагает Мэтт Ридли[15] — под влиянием Гарриет Мартино, необычайно умной подруги его брата Эразма) и вдохновился идеей естественного отбора: «Теперь, наконец, я обладал теорией, при помощи которой можно было работать»[16]. Для Дарвина естественный отбор оставался гипотезой, которая могла подтвердиться или не подтвердиться. Так же он думал и об эволюции. То, что мы считаем неопровержимым фактом, в 1838 году было гипотезой, требующей сбора и проверки доказательств. К 1859 году, когда было опубликовано «Происхождение видов», у Дарвина было уже достаточно доказательств, чтобы предоставить эволюции (но не естественному отбору) статус факта. И именно этим — повышением статуса эволюции от гипотезы до установленного факта — занимался Дарвин в большей части своей великой книги. Сам процесс продолжался в течение долгого времени, и теперь уже ни один серьезный ум не сомневается в истинности эволюции, а ученые, пускай неформально, говорят о факте ее существования. Более того, все признанные биологи продолжают соглашаться с Дарвином в том, что одна из основных движущих сил этого явления — естественный отбор. Просто некоторые подчеркивают: одна из основных. Пусть не единственная, но я пока что не встречал серьезного биолога, который смог бы назвать мне альтернативу естественному отбору на роль движущей силы адаптивной эволюции — развития в сторону усовершенствования.

В оставшихся двенадцати главах книги я покажу, что эволюция — это неопровержимый факт, и буду вместе с вами восхищаться ее невероятной силой, красотой и простотой. Эволюция повсюду: в нас самих, между нами, вокруг нас; ее творения отпечатались на скалах, видевших целые эоны. Поскольку мы, как правило, не можем увидеть эволюционные изменения собственными глазами (нам просто не хватает на это жизни), мы вернемся к метафоре со следователем, попадающим на место преступления после его совершения и строящим умозаключения. Косвенные и прямые доказательства, ведущие ученых к признанию эволюции, куда более многочисленны, неопровержимы и непротиворечивы, чем все показания очевидцев, когда-либо озвученные в любом суде по делу о любом преступлении. Доказательства вне всяких разумных сомнений? Разумных сомнений?

Почему Чарльза Дарвина пришлось так долго ждать? Что помешало человечеству подойти к эволюции, этой восхитительно простой идее, раньше, чем к существенно более сложным математическим открытиям Ньютона, появившимся на целых два века раньше, или Архимеда, которые старше на целых два тысячелетия? Я слышал много ответов на этот вопрос. Возможно, наш разум смущает время, за которое происходят эволюционные изменения: разница между геологическим временем и временем жизни человека, пытающегося понять эволюцию, очень велика. Может, все дело в сдерживавших нас религиозных доктринах? Или, быть может, в восхитительной сложности органов наподобие глаза, о котором трудно думать иначе как о совершенном приборе, спроектированном опытным изобретателем? Возможно, все эти причины сыграли свою роль. Однако Эрнст Майр, один из корифеев синтетической теории эволюции, умерший в 2005 году в столетнем возрасте, многократно озвучивал совершенно другое предположение. С его точки зрения, камнем преткновения была старая философская доктрина, которая сейчас называется эссенциализмом. Открытию эволюции препятствовала мертвая хватка Платона[17].

Согласно Платону, видимая нами реальность — это не более чем тени, отброшенные на стены пещеры мерцающим огнем в очаге. Платон, подобно другим греческим мыслителям, в душе был геометром. Так, треугольник, нарисованный на песке — это лишь несовершенная тень истинной сущности треугольника, его идеи. Стороны идеального треугольника — истинные Евклидовы линии с длиной, но без ширины, совершенно прямые и никогда не пересекающиеся, если они параллельны. Сумма углов идеального треугольника составляет точно 180°. Очевидно, что это неверно для треугольника, нарисованного на песке, однако он, согласно Платону, только зыбкая тень идеального треугольника.

Эрнст Майр полагал, что биология заражена своего рода эссенциализмом. Биологический эссенциализм рассматривает тапиров и кроликов, панголинов и верблюдов так, будто это треугольники, ромбы, параболы или додекаэдры. Кролики, которых мы видим, — тени идеи Кролика, абсолютного, идеального платонического кролика, витающего где-то в пространстве идей вместе с совершенными геометрическими формами. Живые кролики из плоти и крови изменчивы, но все их разнообразие следует рассматривать только как случайные отклонения от идеала.

Отчаянно антиэволюционная картина! Для эссенциалиста любое разнообразие среди кроликов — это досадное искажение идеи кролика, и всякая попытка отклонения будет неизменно встречать сопротивление, как будто все живые кролики привязаны невидимой, но очень прочной нитью к небесному идеальному кролику. Эволюционисты видят жизнь совершенно иначе. Потомки могут бесконечно удаляться от родительской формы, причем любой из изменившихся потомков становится потенциальным прародителем будущих изменчивых вариантов. Между прочим, Альфред Рассел Уоллес, независимо от Дарвина пришедший к идее эволюции путем естественного отбора, назвал свою статью так: «О стремлении разновидностей бесконечно удаляться от первоначального типа».

Если и есть на свете «стандартный» кролик, то это не более чем центр куполообразного распределения настоящих суетливых, пушистых, прыгающих изменчивых кроликов. Это распределение со временем меняется. Поколение сменяет поколение, и в какой-то точно не определенный момент может случиться так, что распределение признаков животных, которых мы привыкли называть кроликами, удаляется от исходного настолько, что получает новое имя. Нет никакой непреходящей кроликообразности, как в небесах нет идеального кролика. Есть только популяции пушистых длинноухих, поводящих носом и поедающих собственные экскременты особей, статистически распределенных по размеру, форме, цвету и склонностям. То, что в прежнем распределении считалось сверхдлинноухостью, спустя некоторое геологическое время в новом варианте распределения может оказаться средним показателем длины ушей в популяции. После смены достаточно большого количества поколений перекрывание между распределением в родительской популяции и распределением в популяции потомков может совсем исчезнуть: самые длинные уши, которые встречались в исходной популяции, могут оказаться короче даже самых коротких ушей в новой. Как заметил Гераклит, другой древнегреческий философ, все течет и все движется, ничто не пребывает. Спустя сто миллионов лет уже трудно будет поверить, что предками этих животных вообще были кролики. При этом в каждом поколении преобладающий тип мог незначительно отличаться от преобладающего типа предыдущего и последующего поколений. Такой образ мышления Майр назвал популяционным. С его точки зрения, популяционное мышление — противоположность эссенциалистскому. Именно поэтому, считает он, теории Дарвина потребовалось столько времени, чтобы родиться на свет: благодаря ли греческому влиянию или какой-то другой причине, но эссенциализм крепко впечатан в наши мозги.

Для ума, ограниченного шорами платонизма, кролик — это кролик, ничего больше. Само предположение о том, что кроличий род представляет собой подвижное облако статистически распределенных значений, или о том, что типичный кролик современности может отличаться от типичного кролика, жившего миллион лет назад, или от типичного кролика, который будет жить через миллион лет, нарушает внутреннее табу. Действительно, психологи, изучающие развитие речи, утверждают, что дети — прирожденные эссенциалисты. Вполне вероятно, что дети вынуждены быть такими, чтобы сохранять рассудок, пока они учатся разделять вещи и явления на категории и группы, соответствующие отдельным существительным. Нет ничего удивительного в том, что, согласно Книге Бытия, первой задачей Адама было дать имена всем животным.

С точки зрения Майра, нет никакого чуда и в том, что человечеству пришлось ждать своего Дарвина до конца XIX века. Чтобы в полной мере осознать, до какой степени эволюционный подход противоречит эссенциализму, давайте представим себе вот что. С эволюционной, основанной на «популяционном мышлении» точки зрения, любое животное связано с любым другим животным, например кролик с леопардом, цепочкой промежуточных звеньев. Эти звенья настолько похожи одно на другое, что каждое звено в принципе способно спариваться с соседним, давая фертильное потомство. Трудно грубее нарушить основное табу эссенциализма. И это не какой-нибудь сомнительный умственный эксперимент, существующий только в воображении ученого. С эволюционной точки зрения последовательность промежуточных животных — звеньев цепи, соединяющих кролика с леопардом, — действительно существует! Каждое из этих животных жило, дышало и могло быть отнесено к одному и тому же виду со своими соседями по длинному, медленно изменяющемуся непрерывному множеству. Каждое из звеньев цепи является потомком предыдущего звена и родителем следующего, при этом совокупность всех звеньев составляет непрерывный мост от кролика к леопарду. Однако (позднее мы детально рассмотрим это) следует понимать, что на свете никогда не было «кролипарда». Такие же «мосты» существуют между кроликом и вомбатом, леопардом и омаром: они ведут от любого животного или растения к любому другому. Вполне возможно, вы и сами догадались, почему этот поразительный результат неизбежно следует из признания эволюционного взгляда на жизнь, однако я все же объясню. Назовем это шпилечным экспериментом.

Возьмем произвольную крольчиху (пол выбран для удобства и значения не имеет). Посадим ее мать рядом с ней. Затем продолжим последовательность, посадив рядом бабушку, и так все дальше и дальше, на тысячи и миллионы лет назад. Мы идем вдоль строя, внимательно рассматривая каждую крольчиху, как генерал, проводящий смотр. Мы заметим, что крольчихи древности немного отличаются от привычных. Однако быстрота изменения будет так низка, что мы, скорее всего, не заметим разницы между соседними поколениями, как мы не замечаем ход часовой стрелки или взросление собственного ребенка (это после мы сможем отметить, что ребенок стал подростком, а подросток превратился во взрослого человека). Есть и еще одна причина тому, что мы, скорее всего, не заметим различия между рядышком сидящими крольчихами: в любом столетии изменчивость в популяции кроликов, как правило, будет выше, чем различия между матерями и дочерьми. Следовательно, если мы попытаемся разглядеть движение «часовой стрелки», сравнивая дочерей с матерями или бабушками, замеченные различия будут ничтожными в сравнении с изменчивостью родных и знакомых кролика, снующих в окрестных кустах.

Тем не менее, двигаясь назад во времени и наблюдая постепенные и малозаметные изменения, мы в конце концов доберемся до животных, все менее напоминающих кролика и все более — землеройку (хотя и не совсем на нее похожих). Одно из этих существ мы определим как «изгиб шпильки» (причины вскоре станут ясны). Это животное представляет собой самого позднего общего предка кроликов и леопардов (по женской линии, но, как я уже говорил, для эксперимента это не важно). Несмотря на то, что мы не знаем, как в точности оно выглядело, мы твердо знаем, что оно существовало: эволюция не оставляет нам другого выбора. Это животное, безусловно, относилось к тому же виду, что его мать и дочь, как и другие животные. Продолжим прогулку вдоль строя, однако теперь, поскольку мы миновали изгиб шпильки, вперед во времени, по направлению к современным леопардам. Следует заметить, что по пути нам придется преодолеть множество развилок, ведущих к самым разным организмам, и на каждой мы выбираем дорогу, ведущую к леопардам. Теперь, когда мы движемся вперед во времени, за каждой похожей на землеройку зверюшкой следует ее дочь. Эти зверьки будут постепенно и неуловимо изменяться, проходя через массу промежуточных стадий, многие из которых, вероятно, будут очень похожи друг на друга, но в то же время совершенно не похожи ни на один из существующих сейчас видов. Затем, возможно, мы пройдем мимо последовательности зверьков, отдаленно напоминающих горностая, и, не заметив ни одного внезапного изменения на протяжении всего пути, дойдем до леопарда.

Об этом эксперименте следует сказать следующее. Во-первых, хотя мы и выбрали маршрут кролик-леопард, мы могли с тем же успехом воспользоваться линиями дикобраз-дельфин, кенгуружираф или человек-треска. И это важно: двух любых животных соединяет путь-шпилька, пролегающий через общего предка, потому что у любого организма с каждым имеется общий предок. Все, что от нас требуется — найти путь от первого вида к общему предку, в изгибе шпильки повернуть и дойти до второго вида.

Во-вторых, обратите внимание, что мы говорим только о цепочках животных, соединяющих современные виды. Мы не пытаемся из кролика вывести леопарда. Мы скорее де-эволюционизируем кролика до общего предка, а затем развиваем это животное до леопарда. Ни один современный вид не эволюционирует в другой современный вид: у них общие предки, только и всего. Они — двоюродные братья. Это же ответ на распространенное замечание: если люди произошли от шимпанзе, то почему шимпанзе до сих пор существуют?

В-третьих, на пути от точки изгиба шпильки к современному леопарду мы выбираем маршрут, ведущий именно к леопарду. Это один из реальных путей, которым шла эволюция. Однако важно помнить, что мы пренебрегли массой развилок, которые могли привести нас к другим современным животным: животное, представляющее собой «изгиб шпильки», является общим предком не только кроликов и леопардов, но и многих других современных млекопитающих.

В-четвертых, как бы значительны ни были различия между концами шпильки (например, кроликом и леопардом), каждый шаг по цепочке на поколение вперед очень, очень мал. Каждое звено ровно настолько похоже на предыдущее, насколько дочери похожи на своих матерей. И, что важно, оно гораздо ближе к своим соседям по цепи, чем ко многим современникам из той же популяции.

Как видите, этот эксперимент камня на камне не оставляет от элегантного древнегреческого храма платонических идеальных форм. И если Майр прав относительно того, как глубоко в нас заложены эссенциалистские предубеждения, он может быть прав и в том, почему людям исторически так тяжело далось признание эволюции.

Чарльз Дарвин не знал термина «эссенциализм» — он был предложен только в 1945 году. Однако Дарвин был отлично знаком с биологической версией эссенциализма — теорией неизменности видов — и приложил массу усилий для борьбы с ней.

В самом деле, для полного понимания многих книг Дарвина (в основном это касается не «Происхождения видов», а других его трудов) следует закрыть глаза на современные представления об эволюции и вспомнить, что подавляющее большинство его аудитории составляли эссенциалисты, не ставившие под сомнение неизменность видов. Поскольку одним из основных орудий Дарвина в борьбе с этой точкой зрения были данные об одомашнивании животных, мы посвятим ему остаток главы.

Дарвин прекрасно разбирался в разведении животных и растений, переписывался с заводчиками голубей, садоводами и обожал собак. Кроме первой главы «Происхождения видов», он посвятил домашним животным и растениям целую книгу — «Изменение животных и растений в домашнем состоянии». В книге есть главы, посвященные собакам и кошкам, лошадям и ослам, свиньям, коровам, овцам и козам, кроликам, голубям (целых две главы — голубей Дарвин особенно любил), курам и другой домашней птице, а также растениям, в том числе восхитительной во всех отношениях капусте. Капуста — плевок Флоры в лицо адептам эссенциализма и проповедникам неизменности видов. Дикорастущая капуста Brassica oleracea — невзрачное растение, отдаленно напоминающее одичавшую худосочную огородную капусту. Но человеку понадобилось всего несколько столетий для того, чтобы, держа в руках «стеки» и «чеканы» для «лепки» генофонда, получить из невзрачной травки целый спектр овощей, да еще таких разных: здесь и брокколи, и кольраби, брюссельская, листовая и цветная капуста, и романеско, и ранняя зелень, и множество других овощей.

Другим хорошо известным примером «лепки» генофонда может служить получение от волка Canis lupus более двухсот пород, признаваемых Клубом собаководства Великобритании. На самом деле пород, генетически разделенных, на манер апартеида, строгими правилами селекции, гораздо больше.

Кстати, именно волк, и только он, является эволюционным предком собак всех пород, хотя его одомашнивание могло происходить независимо в разных частях света и в разное время. Эволюционисты считали так не всегда. Дарвин, как и многие его современники, полагал, что среди предков современных собак есть представители нескольких видов диких псовых, в том числе волки и шакалы. Австрийский этолог Конрад Лоренц, нобелевский лауреат по биологии, считал так же. В опубликованной в 1949 году работе «Человек находит друга» он предположил, что современные породы собак подразделяются на две группы: происходящие от шакалов (большинство пород) и от волков (любимцы Лоренца, в том числе чау-чау). Никаких подтверждений этой гипотезы, кроме разницы в характере и темпераменте пород, у Лоренца не было. Вопрос оставался нерешенным до тех пор, пока за него не взялись молекулярные генетики. Им удалось разгадать загадку, так что сомнений на сегодняшний день нет: все собаки — потомки волков. Ни шакалов, ни койотов, ни лис в их родословной нет.

Основной момент, который я хотел бы проиллюстрировать сведениями об одомашнивании, — поразительная способность селекции в кратчайшие сроки произвольно менять внешний вид и поведение диких животных. Селекционер похож на скульптора, лепящего из невероятно пластичной глины или высекающего из камня, собак и лошадей, коров и капусту. Вскоре мы вернемся к этой аналогии. Хотя в ходе селекции фактором отбора выступает не природа, а человек, в остальном процесс идентичен естественной эволюции. Именно поэтому Дарвин уделил столько внимания процессу одомашнивания животных в начале «Происхождения видов»: процесс эволюции, движимой искусственным отбором, понятен каждому. Естественный отбор отличается одним.

Строго говоря, изменениям подвергается не тело собаки или листья капусты, а генофонд породы или вида. Понятие генофонда является ключевым для синтетической теории эволюции. Сам Дарвин ничего не знал о генофонде. В его мире генов просто не существовало. Безусловно, он знал о том, что признаки наследуются из поколения в поколение; что особи, как правило, похожи на своих родителей, братьев и сестер; что некоторые признаки устойчиво сохраняются в породах собак и голубей. Наследственность была краеугольным камнем теории естественного отбора. Генофонд — другое дело. Концепция генофонда имеет смысл только в свете закона Менделя о независимом комбинировании наследственных признаков. Несмотря на то, что Дарвин и Мендель были современниками, первый ничего не знал о работах второго: Мендель описал свои открытия в немецком журнале, который Дарвин никогда не читал.

Менделевский ген подчиняется принципу «все или ничего». При зачатии наследственный материал не смешивается, как краски на палитре (смешав синюю и красную, получим фиолетовую). Если бы наследственность функционировала так (а во времена Дарвина многие думали, что примерно так и обстоит дело), мы были бы «усредненными посредственностями», то есть каждый из нас по всем признакам находился бы посередине между родителями. В таком случае все разнообразие в популяции очень быстро исчезло бы: сколько ни смешивай фиолетовый с фиолетовым, вы никогда не получите синий и красный. Однако очевидно, что всеобщей тенденции к снижению изменчивости в популяциях не существует. Опыты Менделя объяснили, почему это так: отцовские и материнские гены в потомстве не смешиваются и не растворяются, а комбинируются, сохраняя при этом свою целостность (хотя термином «ген» Мендель не пользовался, его придумал Иогансен в 1909 году). Процесс похож не на смешивание красок, а, скорее, на перетасовку карт. Теперь мы знаем, что гены — это протяженные отрезки молекул ДНК. Они не разделены в пространстве, как карты, но принцип колоды остается верным. Гены не сливаются, а перетасовываются, причем перетасовываются плохо: некоторые карты слипаются и могут оставаться вместе в течение нескольких поколений-перетасовок, пока случайно не разделятся.

Любая из ваших яйцеклеток (или сперматозоидов, если вы — мужчина) содержит в себе только одну версию любого гена, полученную либо от отца, либо от матери, но никогда — не их смесь. И, что самое удивительное, этот конкретный ген достался вам только от одного из ваших дедушек или от одной из ваших бабушек. И только от одного/ой из прапрапрапрапрапрадедушек или прапрапрапрапрапрабабушек[18].

Сегодня мы можем сказать, что это было очевидно с самого начала. Когда мы скрещиваем самца с самкой, то ожидаем получить сына или дочь, а не гермафродита[19]. Сейчас кажется, что любой теоретик, сидя в кресле, мог бы прийти к выводу о наследовании по принципу «все или ничего». Замечательно, что сам Дарвин вплотную подошел к этой мысли, но так и не сделал последний шаг. В 1866 году он писал Альфреду Уоллесу:

Да-да, вы не ослышались: Дарвин действительно был очень близок к открытию третьего закона Менделя, говорящего о несмешиваемости того, что мы сейчас называем генами[21]. В этой истории много общего с утверждениями многих позднейших биографов о том, что естественный отбор открыли до Дарвина другие ученые викторианской эпохи — например, Патрик Мэттью и Эдвард Блис. До некоторой степени так оно и есть, и Дарвин признавал это. Другое дело, что тщательное рассмотрение имеющихся свидетельств показывает, что они не понимали, насколько это важно. Они не заметили универсальности явления и его значения, в отличие от Дарвина и Уоллеса, увидевших в нем силу, способную направлять развитие всех живых существ на планете в сторону улучшения. Письмо, которое я процитировал выше, показывает, что Дарвин невероятно близко подошел к пониманию закона независимого наследования признаков, но не увидел всеобщности этого принципа и, главное, того, что в нем заключается ответ на вопрос, почему со временем из популяций не исчезает изменчивость. Эту работу выполнили ученые XX века, основывавшиеся на обогнавшем время открытии Грегора Менделя[22].

Ну вот, теперь понятие «генофонд» начинает обретать смысл. Любая популяция организмов, размножающихся половым путем, например крысы на острове Вознесения в Южной Атлантике, постоянно «тасует» генофонд. Нет тенденции к снижению изменчивости в популяции: крысы не становятся усредненносерыми. Гены сохраняются в целости, какими были, и, переходя от организма к организму, не смешиваются и не сливаются друг с другом. В любой момент все гены популяции находятся в телах крыс либо передаются от одного тела другому в виде спермы. Если мы окинем взглядом множество поколений, мы увидим, что гены крыс на острове ведут себя, как карты в постоянно перетасовываемой колоде. Это и есть генофонд.

Думаю, что генофонд крыс на острове Вознесения весьма независим и очень хорошо перемешан: недавние предки любой крысы едва ли могли жить за пределами острова (не берем в расчет случайных пассажиров судов, заходивших на остров). А вот генофонд крысиной популяции, например, Евразии будет иметь куда более сложную структуру. Генетический материал живущей в Мадриде крысы будет происходить в основном от крыс западной оконечности Евразии, а не Монголии или Сибири — не из-за каких-либо специфических барьеров на пути распространения генов (хотя они тоже существуют), а просто из-за огромных расстояний. Перенос гена с одного конца континента на другой при помощи перетасовки скрещиванием занимает довольно много времени. Даже если на пути генов нет физических барьеров вроде больших рек или горных хребтов, поток генов через обширные территории все равно будет достаточно медленным, чтобы мы считали генофонд популяции «вязким». Живущая во Владивостоке крыса будет происходить в основном от крыс Дальнего Востока. Таким образом, генофонд евразийской популяции крыс будет перемешан, как и на острове Вознесения, но не будет перемешан так же равномерно из-за большого расстояния между краями ареала. Более того, на пути равномерного перемешивания генофонда будут появляться высокие горы, глубокие реки и широкие пустыни, усложняя его структуру. Тем не менее эти сложности не обесценивают концепцию генофонда. Идеально перемешанный генофонд представляет собой полезную абстракцию вроде математической абстракции «прямая линия». Реальные генофонды (даже такие маленькие и простые, как генофонд крыс острова Вознесения) — это неидеальные приближения к абстракции, они частично перемешаны. Чем меньше и ровнее остров, тем ближе генофонд к идеальной перемешанности.

Чтобы подвести черту под обсуждением генофондов, отмечу, что любая особь из любой популяции представляет собой выборку генофонда современной нашему животному популяции (вернее, современной его родителям). Не существует какой-либо всеобщей причины, по которой частота встречаемости того или иного гена в генофонде должна расти или снижаться. Но если мы все же наблюдаем систематический рост или снижение частоты данного гена в данном генофонде, то мы наблюдаем как раз то, что и называется эволюцией. Поэтому вопрос следует сформулировать так: почему частота встречаемости гена в генофонде может систематически расти или снижаться? Здесь начинается самое интересное, мы разберемся с этим позднее.

С генофондами домашних собак происходят странные вещи. Собаководы, разводящие пекинесов или далматинцев, принимают все мыслимые меры, чтобы не позволить генам перейти из одного генофонда в другой. Родословные отслеживаются на много поколений назад, и ничто не может испортить племенную книгу сильнее, чем запись о смешанном «браке». Каждая собачья порода изолирована от всех остальных так, как если бы она жила на персональном острове Вознесения. С той разницей, что смешанным «бракам» мешают не просторы океана, а правила, установленные людьми.

Географически породы не изолированы друг от друга, их ареалы пересекаются, но они могли бы с тем же успехом жить на отдельных островах из-за неусыпного надзора хозяев за половой жизнью питомцев. Разумеется, иногда строгие правила нарушаются. Подобно крысе, прибывшей на остров Вознесения в трюме корабля, гончая может сорваться с поводка и спариться, допустим, со спаниелем. Но щенки-метисы, как бы их ни любили хозяева, будут изгнаны с острова Гончих. Он останется населенным чистокровными собаками. Существуют сотни таких «островов», на каждом из которых обитает одна-единственная порода собак. Все эти острова — виртуальные: чистокровные гончие или шпицы живут по всему миру, и их гены транспортируют машины, корабли и самолеты. Виртуальный «остров», каким является генофонд пекинесов, пересекается географически, но не генетически (не учитываем случаи обрывания поводка) и с «островом» боксеров, и с «островом» сенбернаров.

Теперь вернемся к замечанию, с которого мы начали разговор о генофонде. Я сказал, что если сравнивать селекционеров со скульпторами, то материал, с которым они имеют дело — не собачья плоть, а генофонды. Нам может показаться, что это собачья плоть, когда селекционер, к примеру, объявляет о своем намерении укоротить морду боксеров будущих поколений. Конечным продуктом его деятельности действительно будет укороченная морда, как будто он обработал резцом морду собаки-предка. Но, как мы говорили, типичный боксер из любого поколения — это выборка из существующего в данный момент генофонда. Не боксеров, а генофонд обрабатывали год за годом. Гены длинных морд отсекались и заменялись генами коротких морд. Все породы собак — от таксы до далматинца, от боксера до борзой, от пуделя до пекинеса, от дога до чихуахуа — были вырезаны резцом, вылеплены, отлиты, но скульпторы проделывали это не с плотью, а с генофондом.

Впрочем, не все породы были созданы таким путем. Некоторые выведены (в том числе совсем недавно, например, в XIX веке) путем гибридизации, скрещивания представителей других пород. Гибридизация, конечно, является сознательным нарушением режима строгой изоляции генофондов на виртуальных островах. Иногда схема гибридизации так тщательно планируется, что селекционеры категорически отказываются называть своих питомцев «помесями» или «дворнягами» (как с удовольствием называет себя президент Обама)[23]. «Лабрадудель» — это гибрид обычного пуделя с лабрадором-ретривером, продукт тщательно спланированного опыта по совмещению достоинств обеих пород. Владельцы лабрадуделей объединились в общества и клубы так же, как это принято у владельцев чистокровных породистых собак. Заводчики лабрадуделей и других подобных гибридов делятся на две партии. Приверженцы первой партии полагают, что можно и впредь получать лабрадуделей, просто скрещивая пуделей с лабрадорами, второй — что следует положить начало самостоятельному генофонду лабрадуделей, то есть добиться хорошей наследуемости ими характерных признаков при скрещивании друг с другом. Сейчас гены лабрадуделей во втором поколении перекомбинируются так, что потомство оказывается весьма разнообразным, а это считается недопустимым для чистокровных собак. Многие породы, ныне считающиеся «чистокровными», были получены именно таким путем. Они прошли через промежуточную стадию повышенной изменчивости, которая в результате селекции постепенно сокращалась.

Иногда новые породы собак начинаются с единичной крупной мутации. Мутации — случайные изменения генов, поставляющие эволюции сырье путем неслучайного отбора. В природе значительные мутации сохраняются редко, но генетики любят их за простоту исследования в лаборатории. Коротконогие собаки вроде бассет-хаунда или таксы появились в результате одиночной мутации под названием хондродистрофия (или ахондроплазия). Это классический пример крупной мутации, которая едва ли уцелела бы в природных условиях. Схожая мутация ответственна за самый распространенный случай карликовости у людей: тело сохраняет нормальный размер, а руки и ноги оказываются намного короче обычных. Другие генетические пути приводят, например, к миниатюризации тела при сохранении пропорций[24]. Заводчики получили различные формы и размеры, комбинируя несколько крупных мутаций, таких как хондродистрофия, с множеством мелких. Они добивались нужного результата, даже не зная генетики, простым подбором кандидатов для спаривания. Не правда ли, очень похоже на естественный отбор? Ведь природа, разумеется, не понимает не только генетики, но и вообще ничего.

Американский зоолог Реймонд Коппингер подчеркивает, что щенки всех пород похожи друг на друга гораздо сильнее, чем взрослые собаки. И вправду, щенки не могут сильно отличаться, поскольку их главное дело — сосать молоко, и требования к выполнению этой функции одинаковы у всех пород. В частности, длинная морда, как у ретриверов или борзых, плохо сочетается с эффективным сосанием. Поэтому все щенки похожи на мопсов, а про взрослого мопса можно сказать, что это собака, морда которой не выросла. У щенков большинства пород, напротив, после прекращения кормления морда растет. Мопсы, бульдоги и пекинесы — исключение из этого правила: у них вырастают другие части тела, а морда сохраняет первоначальные пропорции. Это называется неотенией. Мы еще столкнемся с этим явлением в главе 7, когда будем говорить об эволюции человека.

Если все части тела животного растут с одинаковой скоростью, так что взрослая особь — это просто увеличенная в масштабе копия детеныша, то подобный рост называется изометрическим. Он встречается очень редко. При аллометрическом росте, напротив, разные части тела растут с разной скоростью. Часто скорости роста разных частей тела связаны друг с другом простыми математическими соотношениями. Этот феномен подробно исследовал Джулиан Хаксли в 1930-х. Различия размеров частей тела у разных пород собак достигается благодаря генам, влияющим на аллометрические пропорции роста. Например, черчиллевский взгляд бульдогов обязан своим происхождением генетической тенденции к меньшей скорости роста носовых костей. Это приводит к относительному ускорению роста окружающих костей и тканей. Одним из побочных эффектов этих аллометрических изменений является необычный наклон нёба, из-за чего у бульдогов зубы торчат наружу, собаки постоянно пускают слюни и, подобно пекинесам, с трудом дышат. Бульдогам не повезло и в том, что у щенков непропорционально большая голова, и это осложняет роды. Поэтому большинство бульдогов появляются на свет в результате кесарева сечения.

У борзых все наоборот. У них очень длинная морда, причем она начинает удлиняться еще до рождения, так что щенки борзых, по-видимому, менее успешно сосут молоко. Коппингер высказывает предположение, что стремление заводчиков борзых натолкнулось на естественную преграду — способность щенков к выживанию.

Какие уроки мы можем извлечь из одомашнивания собаки? Во-первых, огромное разнообразие пород — от немецкого дога до йоркширского терьера, от риджбека до таксы, от гончей до сенбернара — показывает, с какой удивительной эффективностью и скоростью направленная селекция генов — формирование генофонда — может привести к радикальным изменениям анатомии и поведения. Удивительно, что искусственный отбор при этом может затрагивать очень небольшое число генов. Однако изменения так велики, а различия между породами так заметны, что можно было бы подумать, что эволюция длилась миллионы лет, а не несколько столетий. Если такие изменения достижимы за несколько веков или даже десятилетий, задумайтесь, чего можно достичь за десять миллионов или сто миллионов лет.

Глядя на процесс, занявший несколько веков, мы видим, что заводчики собак обошлись с плотью, как скульптор с материалом. Микеланджело взял глыбу мрамора, удалил лишнее и явил миру статую Давида. Ни крошки мрамора не было добавлено. Генофонд, напротив, все время пополняется (например, новыми мутациями) и одновременно сокращается из-за неслучайной (избирательной) гибели особей. Здесь аналогия со скульптурой исчерпывается, и, как мы увидим в главе 8, ее не следует пытаться применять.

Когда думаешь о скульптуре, то на ум приходят сверхмускулистые тела бодибилдеров или аналогичные примеры из мира животных, например коровы породы бельгийская голубая. Этот ходячий завод по производству говядины был создан при помощи генетического изменения, известного как удвоение мускулатуры. В организме млекопитающих присутствует миостатин, ограничивающий рост мышечной массы. Если «выключить» ген, ответственный за выработку миостатина, мускулы вырастут больше обычных. Зачастую один ген может мутировать по-разному, приводя к одинаковому результату. Соответственно, есть несколько способов нарушить работу гена, ответственного за миостатин, и все они приводят к желаемому увеличению объема мускулатуры. Среди прочих примеров нарушения гена миостатина можно назвать породу свиней черный экзотик и отдельных собак со сверхразвитой мускулатурой, относящихся к различным породам. Бодибилдеры достигают схожих результатов при помощи изматывающих физических упражнений и зачастую приема анаболических стероидов, то есть под воздействием факторов внешней среды, эквивалентных по действию с генетическими факторами у бельгийских голубых коров и черных экзотических свиней. Важно, что результат один и тот же. Изменения наследственности и изменения условий окружающей среды могут приводить к одним и тем же результатам. Если вы хотите создать ребенка, который выиграет олимпийскую медаль по тяжелой атлетике, а у вас есть в запасе несколько столетий, можно заняться генетическими манипуляциями в расчете на получение такого же мутантного гена, как и у бельгийских голубых коров. Более того, известны случаи делеций гена миостатина у человека, и мускулатура таких людей действительно переразвита. Если бы в качестве исходного материала у вас был ребенок-мутант и вы заставили бы его качать железо (что трудно проделать с коровами и свиньями), то был бы хороший шанс получить в итоге нечто более гротескное, чем Мистер Вселенная.

Политические противники евгенического подхода к деторождению часто доходят в рассуждениях до абсолютно неверного утверждения, что он в принципе невозможен. Это не только аморально, говорят они, но просто невозможно. К несчастью, то, что некий процесс недопустим с точки зрения морали или политически нежелателен, не означает, что он невозможен. Нет сомнений, что, имея достаточно времени и политического влияния, можно вывести расу превосходных бодибилдеров, прыгунов в высоту или толкателей ядра, спринтеров, сумоистов, ловцов жемчуга, а также художников, музыкантов, поэтов, математиков или сомелье (оговорюсь, что в животном мире нет таких примеров). Я уверен в возможностях селекции в направлении атлетических способностей потому, что необходимые для этого свойства прекрасно достигаются при разведении ломовых и скаковых лошадей, гончих и ездовых собак. В успехе (но не моральной или политической приемлемости) отбора людей согласно умственным или другим уникальным способностям я уверен потому, что есть чрезвычайно мало примеров неудачных попыток искусственного отбора животных, даже по признакам, которые могут казаться неочевидными. Кто бы подумал, к примеру, что собак можно разводить на улучшение пастушьих навыков, для охоты или для травли быков?

Хотите получать высокие надои — на много порядков выше, чем требуется корове, чтобы выкормить теленка? Пожалуйста, к вашим услугам искусственный отбор. Можно добиться того, чтобы вымя коровы увеличивалось до огромных размеров и продолжало вырабатывать молоко еще долго после окончания естественного периода кормления. «Молочных» лошадей никто не выводил, но есть ли у кого-либо сомнения в том, что если бы мы захотели, мы смогли бы? Это же, кстати, справедливо для «молочных» людей, если бы кому-нибудь это понадобилось. Слишком много женщин, сведенных с ума мифом о том, что огромные, как дыни, груди привлекательны, платят хирургам огромные деньги за имплантанты, добиваясь весьма непривлекательных — для меня, во всяком случае — результатов. Неужели кто-либо сомневается, что подобное искажение человеческого тела может быть достигнуто за несколько поколений путем искусственного отбора, как это было проделано, например, с коровами фризской породы?

Лет двадцать пять назад я придумал компьютерную модель, прекрасно иллюстрирующую мощь искусственного отбора: компьютерную игру, имитирующую выращивание выставочных роз, собак или коров. Игрок видит на экране девять фигур-биоморфов, средняя из которых — «родитель» остальных восьми. Все формы образованы на основании примерно дюжины «генов» — набора чисел, передающегося от «родителя» «потомству» с небольшой вероятностью «мутации» — малого изменения численного значения. Каждая форма, таким образом, моделируется на основании уникального набора генов. Игрок, в свою очередь, о генах не знает; он видит девять форм на экране и может выбрать форму, которую он хочет размножать дальше. Остальные биоморфы пропадают с экрана. Отобранная форма перемещается в центр и «порождает» восьмерых «потомков». Игра продолжается так долго, как позволяет время или запас терпения. Внешний вид «организмов» на экране с каждым «поколением» меняется. «Потомкам» передаются только «гены», и игрок, отбирая биоморфов по внешним признакам, неосознанно выделяет и определенный комплект «генов». Точно так поступают и селекционеры.

Биоморфы, созданные программой «Слепой часовщик»

С генетикой, пожалуй, все. Игра становится еще интереснее, если ввести в нее «эмбриологическую» составляющую. «Эмбриология» биоморфа — это процесс, при помощи которого численные значения «генов» влияют на форму биоморфа. Можно представить себе множество эмбриологических схем, и немалое их количество я перепробовал. «Слепой часовщик» — первая программа, которую я написал, — основывается на модели бинарного дерева: «ствол» разделяется на две «ветви», каждая из них — еще на две, и так далее. Количество ветвей, их длина и угол соединения со стволом определяются численными значениями «генов». Важно отметить, что неотъемлемым свойством бинарных деревьев является их рекурсивность. Читателю, желающему узнать об этом больше, следует вооружиться книгой об информатике. Скажу только, что рекурсивность подразумевает: мутация влияет на все дерево, а не на отдельный его участок.

Несмотря на то, что мой «Слепой часовщик» начинает с простого бинарного дерева, он довольно быстро порождает целый калейдоскоп эволюционно развитых форм, многие из которых по-своему красивы, а некоторые (в зависимости от устремлений игрока) могут сильно походить на знакомых нам насекомых, пауков и морских звезд. На иллюстрации вы видите бестиарий, собранный в потаенных уголках компьютерной страны чудес одним-единственным игроком (мною). В следующих версиях программы эмбриологические алгоритмы были усовершенствованы. Это позволило «генам» изменять окраску и форму «ветвей» при помощи мутаций.

Следующую, более сложную программу — «Артроморфы» — я написал вместе с Тедом Келером (тогда он работал в «Эппл»). Эмбриологический алгоритм этой программы учитывает особенности строения насекомых, пауков, многоножек, других членистоногих и предназначен для создания артроморфов — существ, сходных с членистоногими. В книге «Восхождение на пик Невероятности» я подробно описал артроморфов, биоморфов, конхоморфов (компьютерных моллюсков) и подобных им существ.

Конхоморфы — смоделированные компьютером раковины

По стечению обстоятельств, математические свойства алгоритмов развития раковин моллюсков глубоко разработаны и в целом выяснены; поэтому моя программа «Конхоморф» способна создавать формы, чрезвычайно близкие к существующим. В главе 13 я вернусь к этим программам. Сейчас я упомянул о них, чтобы продемонстрировать могущество искусственного отбора, огромное даже в сильно упрощенном пространстве компьютерной модели. В реальном мире сельского хозяйства и животноводства, в мире голубятника и заводчика собак, искусственный отбор может достичь куда большего. Биоморфы, конхоморфы и артроморфы только иллюстрируют принцип. По большому счету, сам искусственный отбор иллюстрирует принцип отбора естественного (речь об этом — в следующей главе).

Дарвин не понаслышке знал о возможностях искусственного отбора и воздал ему должное в первой главе «Происхождения видов». Он рассчитывал подготовить читателя к восприятию величайшего своего открытия — могуществу естественного отбора. Если человек смог превратить волка в пекинеса, а дикую капусту — в цветную, и это за несколько сотен или тысяч лет, то почему неслучайное выживание растений и животных на протяжении миллионов лет не должно иметь сходных последствий?

В предыдущей главе я показал, как человек за многие поколения придал собачьей плоти множество форм, окрасок, размеров и характеров при помощи одного лишь селективного скрещивания. Однако мы привыкли делать сознательный выбор и принимать запланированные решения. Есть ли на свете другие животные, делающие то же самое и достигающие тех же результатов, пусть неосознанно? Да, есть, и они помогут нам еще на шаг приблизиться к пониманию эволюции. В этой главе мы будем не спеша двигаться от хорошо знакомого искусственного отбора и разведения собак к величайшему открытию Дарвина — естественному отбору. Первый шаг на этом пути (он буквально усыпан розами, согласны?) ведет в мир цветов.

Дикая роза — вполне симпатичный небольшой цветок, привлекательный, но до Peace, Lovely lady или Ophelia ему как до звезды небесной. Нежный аромат диких роз невозможно перепутать с каким-либо другим, но ему далеко до запаха Memorial Day, Elizabeth Harkness или Fragrant Cloud. Человеческие глаза и носы изрядно поработали над дикими розами, изменяя их размер и форму, удваивая количество лепестков, играя с окраской, усиливая природный запах (иногда до головокружительной силы), переворачивая с ног на голову климатические привычки и подвергая веточки сложнейшим гибридизационным процедурам. Теперь, спустя многие десятилетия искусного выведения, существуют сотни чудесных разновидностей, каждая со своим именем. Какой даме, в конце концов, не хочется, чтобы в ее честь назвали розу?

История о розах по большому счету не отличается от рассказанной мною истории о собаках, но все же разница между ними есть, причем серьезная. Цветок розы существует именно потому, что за миллионы лет до того, как за него принялись человеческие глаза и носы, над его формированием потрудились глаза и носы насекомых (вернее, антенны, которыми они улавливают запахи). Следует заметить, что это утверждение верно для всех цветов, украшающих наши сады.

Подсолнечник Helianthus annuus — североамериканское растение, в дикой природе похожее на астру или крупную маргаритку. В конце концов цветы культурного подсолнечника стали достигать размера тарелки[25]. В России был выведен гигантский подсолнечник, имеющий стебель длиной четыре-пять метров и соцветия не менее тридцати сантиметров в диаметре — почти вдесятеро больше, чем у дикого цветка. Кроме того, в отличие от дикой формы, каждое растение несет только один крупный цветок, а не множество мелких. Русские, кстати, начали выращивать это заморское растение по религиозным причинам. Во время Великого поста православная церковь запрещала использовать масло при приготовлении пищи. К счастью, по некоторым причинам (не очень понятным мне, недостаточно знакомому с теологическими тонкостями) подсолнечное масло под запрет не попадало[26]. Это обеспечило экономические предпосылки для выведения подсолнечника в его нынешнем виде. Однако задолго до наших дней коренные жители Северной Америки разводили эти прекрасные цветы ради пищи, красителей и просто ради красоты. Они достигли промежуточных результатов между дикой формой и растением, которое вывели современные селекционеры. Но, как и все остальные ярко окрашенные цветы, подсолнухи подвергались селекции еще до появления человека. И обязаны они своим появлением насекомым.

Это верно для подавляющего большинства цветов, о которых мы знаем, и, вероятно, вообще для всех цветов, имеющих окраску кроме зеленого и запах кроме среднего растительного. Заметим, что не всегда первичный отбор производился именно насекомыми (иногда в роли основного опылителя, осуществляющего селективное размножение растения, выступают колибри, летучие мыши или даже лягушки), но принцип остается тем же. Мы улучшили и усилили не одно свойство диких цветов, сделав их декоративными, однако мы обратили на них внимание только благодаря кропотливой работе многих поколений насекомых, колибри или каких-нибудь других опылителей. Чем не селекция? Разница только в том, что растения отбираются не людьми, а насекомыми или птицами. Мне кажется, что эта разница несущественна. Не согласны? Значит, наш усеянный розами путь еще не окончен.

Почему эта разница может казаться существенной? С одной стороны, человек сознательно ставит себе целью вывести, скажем, самую темную на свете фиолетовую розу, причем делает это, чтобы удовлетворить свою жажду прекрасного, либо рассчитывает на материальную выгоду. Насекомые не руководствуются эстетическими соображениями. Они делают это потому, что… гм, пожалуй, здесь нам надо слегка отступить от темы и обсудить, в каких отношениях находятся цветы и их опылители. Устроено это примерно так. При половом размножении самое важное — не оплодотворять себя. В обсуждение причин этого я вдаваться не буду, но суть в том, что самооплодотворение лишает смысла саму идею полового размножения. Пыльца должна как-то переноситься с одного растения на другое. Двудомные растения, имеющие в одном цветке и мужские, и женские репродуктивные органы, часто используют весьма замысловатые способы, чтобы воспрепятствовать самооплодотворению. То, как это происходит у первоцветов, изучал и сам Дарвин.

Уверившись в том, что перекрестное опыление растениям необходимо, зададимся вопросом: как же они перенесут пыльцу через пространство, разделяющее цветы одного вида? Самый очевидный способ — при помощи ветра, и им пользуется множество цветов. Пыльца — мелкий, легкий порошок. Если выбросить достаточное его количество в ветреный день, одна или две пылинки могут попасть на нужную часть цветка своего вида. Но опыление ветром очень расточительно. Пыльцу приходится производить в огромном избытке, о чем прекрасно знают все страдающие аллергическим ринитом. Подавляющее большинство пылинок оказывается совсем не там, где следует, и это ведет к огромным потерям энергии и ценных ресурсов. Есть гораздо более эффективные способы направленной доставки пыльцы.

Почему растения не идут по пути, который выбрали животные? Казалось бы, почему просто не обойти окрестности, чтобы найти растение своего вида и совокупиться с ним? Кстати, ответить на этот вопрос гораздо труднее, чем может показаться.

Утверждения, что это так потому, что растения не умеют ходить, мало, но пока удовлетворимся им[27]. Факт остается фактом: растения не ходят. Зато ходят животные. Они также летают. И у них есть нервные системы, способные направить их к конкретным целям, которые можно опознать по форме и цвету. Остается только придумать, как заставить животное вымазаться в пыльце, а потом дойти, а лучше долететь, до цветка того же вида, и дело в шляпе.

Именно это и происходит. В некоторых случаях все довольно запутанно, но во всех случаях — изумительно. Многие цветы дают «взятку» едой — нектаром. Вы скажете: «взятка» — слишком громко сказано. А если так: «плата за услуги»? Мне нравится и тот, и другой вариант — до тех пор, пока мы не воспринимаем эти метафоры слишком по-человечески. Нектар — это сладкий сироп, вырабатываемый растениями именно (и только) для того, чтобы обеспечивать горючим и «оплачивать труд» пчел, бабочек, колибри, летучих мышей и другого «наемного транспорта». На изготовление сиропа уходит существенная доля солнечной энергии, улавливаемой листьями — солнечными батареями растения. С точки зрения насекомых и колибри, это отличное авиатопливо. Энергия, заключенная в сахарах нектара, могла бы быть потрачена множеством других способов, например на «строительство» корней, или наполнение подземных хранилищ, которые мы называем клубнями и луковицами, или даже на создание огромного количества пыльцы и выбрасывание ее на все четыре стороны. Очевидно, что для большого числа видов растений бухгалтерия сходится в пользу оплаты крыльев насекомых и птиц и питания их мышц своими сахарами. С другой стороны, это не дает безоговорочного преимущества: некоторые растения по-прежнему пользуются ветроопылением, вероятнее всего потому, что их экономические обстоятельства сдвигают баланс именно в эту сторону. Важно помнить, что у растений действительно есть некая энергетическая экономика, и, как и с любой экономической ситуацией, выбор оптимального курса зависит от обстоятельств. Это, кстати, очень важный эволюционный урок. Разные виды решают одни и те же задачи по-разному, и зачастую нам не удается понять причину различий, пока мы не изучим в подробностях экономику вида.

Если на одном краю спектра приемов перекрестного опыления находится опыление ветром (стоит ли нам назвать его «пределом расточительности»?), то что же находится на другом (его можно назвать «волшебная пуля»[28])? Не многие насекомые будут перелетать с цветка, на котором они собрали пыльцу, непременно на цветок того же вида. Некоторые полетят к первому попавшемуся цветку, другие — к любому цветку той же окраски, и вопрос, попадется ли на пути цветок того же вида, который только что оплатил услуги переносчика нектаром, по-прежнему остается в ведении фортуны. Тем не менее есть прекрасные примеры цветов, подошедших очень близко к изобретению «волшебной пули», и не последнее место среди них занимают орхидеи. Нет ничего удивительного в том, что Дарвин посвятил им целую книгу.

И Дарвин, и Уоллес, сооткрыватель естественного отбора, обратили внимание на удивительную мадагаскарскую орхидею Angraecum sesquipedale (цветная вклейка 4), и оба они сделали одно и то же замечательное предсказание, позднее триумфально подтвердившееся. Эта орхидея имеет трубчатые нектарники, имеющие в длину не менее 28 сантиметров. Ее родственник Angraecum longicalcar имеет нектароносные отростки длиной до 40 сантиметров. Исходя только из факта существования A. sesquipedale на Мадагаскаре, Дарвин в книге об орхидеях, изданной в 1862 году, предсказал открытие бабочек, способных дотянуться хоботком до глубины 25,5–28 сантиметров. Пять лет спустя Уоллес (неизвестно, читал ли он Дарвина) упоминал о нескольких видах бражников, хоботки которых практически удовлетворяли этому требованию.

В 1903 году, когда Дарвин умер, а Уоллес еще был жив, ученые открыли прежде неизвестный вид мадагаскарского бражника, заслуженно получивший подвидовое имя praedicta («предсказанный»). Однако даже хоботок Xantophan morgani praedicta, «бражника Дарвина», слишком короток, чтобы добраться до нектара орхидеи A. Longicalcar, и это заставляет нас предполагать существование бабочки с хоботком еще более длинным, причем предполагать с той же уверенностью, какую Уоллес иллюстрировал предсказанным открытием Нептуна. (Этот пример, кстати, демонстрирует ложность утверждения, будто эволюционная наука не может быть предсказательной. Предсказание Дарвина и Уоллеса было настоящим предсказанием, несмотря на то, что в момент его опубликования Xantophan morgani praedicta уже существовал. Суть предсказания сводилась к тому, что в будущем обязательно обнаружат бабочку, хоботок которой будет достаточно длинным для того, чтобы доставать нектар из цветка A. sesquipedale.)

Насекомые хорошо различают цвета, но видимая область у них сильно сдвинута в ультрафиолетовую часть спектра. Как и мы, они видят желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Кроме того, в отличие от нас, они прекрасно видят в ультрафиолетовом диапазоне, но не различают красного. Если в вашем саду есть красный трубчатый цветок, то в дикой природе его скорее всего (но не наверняка) опыляют не насекомые, а птицы, которые прекрасно различают красную часть спектра — колибри (если это растение из Нового Света) или нектарницы (если из Старого). Цветы, которые кажутся нам однотонными, на самом деле могут быть богато украшены точками или полосками, которые видят только насекомые. Мы не можем различить этот узор, поскольку не видим в ультрафиолете. Более того, многие цветы направляют пчел при помощи ультрафиолетовой «посадочной разметки», недоступной человеческому глазу.

Энотера Oenothera выглядит как желтый цветок. Но фотография, сделанная через ультрафиолетовый фильтр, покажет привлекающий пчел рисунок, который мы невооруженным глазом различить не можем (цветная вклейка 5). На фотографии он кажется красным, но это «ложный цвет», определяемый технологией фотосъемки. Это совершенно не означает, что пчела видит этот рисунок красным. Никто не знает, каким пчела видит красный в ультрафиолете (или желтый, или любой другой цвет). (Напомню старый парадокс: «Я даже не знаю, каким вы видите красный цвет».)

Заросшая цветами лужайка — это природная Таймс-сквер или Пикадилли. Она вся как один большой неоновый знак, меняющийся, когда одни цветы сменяют другие, расцветая согласно с другими цветами своего вида под воздействием, скажем, смены длины светового дня. Эта композиция на зеленом холсте лужайки была расцвечена, сформирована, выпестована животными: пчелами, бабочками, мухами-журчалками. К этому списку следует прибавить колибри, если наша лужайка находится в Новом Свете, и нектарниц, если в Старом.

Кстати, колибри и нектарницы — не близкие родственницы. Они выглядят и ведут себя практически одинаково потому, что ведут похожую жизнь, которая вертится в основном вокруг цветов и нектара (хотя и те, и другие питаются не только нектаром, но и насекомыми). Обе группы птиц обладают длинными клювами и еще более длинными языками, необходимыми для того, чтобы доставать нектар. Колибри лучше зависают в воздухе и могут даже летать задом наперед подобно геликоптеру. Другой конвергентной группой, хоть и дальше отстоящей по древу жизни, являются бабочки-языканы (хоботники) — тоже превосходные зависатели с поразительно длинными языками (представители всех трех групп нектароголиков изображены на цветной вклейке 5).

После того, как мы усвоим суть естественного отбора, мы вернемся к понятию конвергентной эволюции. В этой же главе нас ведут цветы, постепенно, шаг за шагом прокладывая тропинку к этому пониманию. Колибри, журчалки, бабочки, пчелы и бражники, поколение за поколением, критически осматривают дикорастущие цветы, придают им новую форму, раскрашивают, заштриховывают и разлиновывают почти так же, как человеческие глаза поступают с садовыми цветами, собаками, коровами, капустой и пшеницей.

Переход от разорительной модели ветроопыления к направленному опылению насекомыми дает цветам огромную экономию. Даже если пчела посещает растения разных видов, изменяя лютику с васильком, а маку — с чистотелом, застрявшая на пушистом брюшке частичка пыльцы имеет куда больше шансов попасть в цель, то есть на второй цветок того же вида, чем если бы она была просто выброшена на ветер. Если бы пчела предпочитала какой-нибудь определенный цвет, например синий, было бы чуть легче. Или, например, если бы пчела не имела постоянных цветовых предпочтений, но вырабатывала временные привычки и посещала несколько похожих цветков подряд. Лучше всего, естественно, было бы, если бы пчела посещала цветы только одного вида. Соответственно, есть цветы вроде вдохновившей Дарвина и Уоллеса мадагаскарской орхидеи, нектар которых доступен только специализирующимся на этих цветах насекомым, получающим от подобной монополии барыши. Эти мадагаскарские бражники — настоящие «волшебные пули».

С точки зрения бражника, продуцирующие нектар цветы — это послушные, продуктивные дойные коровы. С точки зрения цветка, бражники — это доступный и надежный транспорт, перевозящий пыльцу не хуже почтовых голубей или курьеров из «Федэкса». Про каждую из сторон сделки можно сказать, что одна одомашнила другую, отбирая особи так, чтобы они лучше своих предшественников выполняли свою работу. По большому счету, селекционеры-люди оказали на цветы такое же влияние, как и селекционеры-насекомые — только слегка более наглядное. Насекомые «разводили» растения так, чтобы они были яркими и красивыми. Садовники сделали их еще ярче и красивее. Насекомые придали розам легкий, приятный запах. Мы присоединились позднее и еще усилили его. Кстати, то, что бабочкам и людям нравятся одни и те же запахи — счастливое совпадение. Цветы, использующие в качестве опылителей мясных мух или жуков-могильщиков (например «вонючий Бен» Trillium erectus или аморфофаллус Amorphophallus titanum), часто имеют запах, кажущийся нам отвратительным, поскольку подражают запаху разлагающегося мяса. Полагаю, что наши селекционеры не работали над усилением запаха этих цветов.

Естественно, взаимоотношения между насекомыми и цветами — это улица с двусторонним движением. Насекомые «выводят» все более красивые цветы, но отнюдь не потому, что способны получить эстетическое наслаждение[30]. С другой стороны, цветы получают существенные преимущества, если насекомые считают их привлекательными. Насекомые, посещая наиболее привлекательные цветы, неосознанно выводят еще более красивые растения. В то же время цветы отбирают наиболее успешно опыляющих насекомых. Как уже говорилось, насекомые «выводят» растения, дающие много нектара, как фермеры разводят коров фризской породы с массивным выменем. Но в интересах растений тщательно дозировать нектар. Если насекомое насытится в ходе одной посадки на цветок, у него не будет стимула двигаться дальше и искать второй цветок. Это было бы дурной новостью для первого цветка, поскольку именно ради второго — опыляющего — визита и строится план. Цветку необходимо соблюдать баланс между выдачей слишком большого количества нектара (тогда насекомое не посетит второй цветок) и слишком малого его количества (тогда у насекомого нет стимула посещать первый цветок).

Насекомые научились «доить» цветы и отбирать их так, чтобы увеличить «надои» (вероятно, встречая при этом сопротивление со стороны растений). Разводили ли когда-нибудь пчеловоды или симпатизирующие им садоводы цветы на повышение количества нектара так же, как фермеры разводят фризских и джерсейских коров? Было бы интересно узнать. Тем не менее нет сомнений в сходстве селекционеров, отбирающих красивые цветы с приятным запахом, с пчелами, бабочками, колибри и нектарницами, делающими то же самое.

Есть ли другие примеры селекции и разведения, осуществляемого не человеком? О да. Вспомните скучный камуфляжный окрас перьев самки фазана и сравните его с роскошной раскраской самцов того же вида. Очевидно, что если бы на кону было только индивидуальное выживание самца золотого фазана, он «предпочел» бы выглядеть как самка или как укрупненная версия цыпленка, поскольку они гораздо лучше замаскированы. Это справедливо и для других видов (алмазный фазан, обыкновенный фазан). Петухи заметны для хищников, они выглядят броско, но каждый вид по-своему. А самки всех видов хорошо камуфлированы и выглядят почти одинаково. Почему?

С точки зрения Дарвина, все дело в половом отборе. Другой способ выразить то же самое, лучше подходящий к моей концепции пути, усыпанного розами, — «селективное разведение самцов самками». Да, яркие цвета привлекают хищников. Однако они привлекают и самок. Многие поколения самок выбирали ярко окрашенных самцов, а не скучных коричневых особей, которыми самцы, несомненно, остались бы, не займись самки селекцией. То же самое произошло с павлинами и райскими птицами, а также с множеством других млекопитающих, рыб, амфибий, рептилий и насекомых. Все эти виды объединяет одна черта: у них при размножении самка выбирает из нескольких соревнующихся самцов. Как правило, выбирают именно самки, а не самцы, но в причины этого мы сейчас вдаваться не будем.

Вариации домашней курицы: три иллюстрации из книги Ч. Дарвина «Изменение животных и растений в домашнем состоянии»

С фазанами произошло то же, что с садовыми цветами: пришли люди и продолжили работу самок, выведя новые, еще более цветистые формы оперения самца. Основной эффект, правда, был достигнут не при помощи постепенного отбора в течение многих поколений, а за счет закрепления единичных крупных мутаций. Людям также удалось вывести удивительные породы голубей (о чем Дарвину было прекрасно известно) и кур, ведущих свой род от дальневосточной красной джунглевой, или банкивской, курицы (Gallus gallus).

Основная часть этой главы посвящена селекции, предназначенной для глаз, но другие органы чувств могут оказывать не меньшее влияние. Ценители канареек разводят их не только из-за внешности, но главным образом из-за пения. Дикая канарейка — желто-коричневый воробышек, на которого и смотреть-то нечего. Селекционеры взяли палитру цветов, создаваемую случайной генетической изменчивостью, и добились настолько оригинальной окраски, что получившийся цвет был назван канареечным. Сама птица, кстати, названа в честь островов[31], а не наоборот, как было с Галапагосскими, названными по испанскому слову «черепаха». Но больше всего канарейки известны своим пением, которое также было усовершенствовано заводчиками. Было выведено несколько типов певцов: роллеры, поющие с закрытым клювом, ватершлагеры, песня которых звучит как текущая вода, и тимбрадо, издающие металлические звуки наподобие звона колокольчиков и сухой треск, похожий на звук кастаньет, с родины которых эти канарейки и происходят. Выведенные в неволе птицы поют дольше, громче и чаще дикого типа. Но важно отметить, что все элементы, из которых состоят песни домашних канареек, встречаются в дикой природе так же, как привычки и уловки современных пород собак происходят от элементов, обнаруживаемых в поведенческом репертуаре волков[32].

Как и в рассмотренных нами прежде случаях, селекционеры работали с материалом, обеспеченным предшествующим отбором со стороны самок вида. На протяжении многих поколений самки «выводили» все более музыкально одаренных самцов. В случае канареек у нас есть некоторые дополнительные данные. Канарейки, как и смеющиеся горлицы, активно использовались в исследованиях гормонов и репродуктивного поведения. Известно, что у самок обоих видов звук песни самца, даже записанный на пленку, вызывает увеличение яичников и выработку ими гормонов. Это «переключает» самку в репродуктивное состояние и делает ее готовой к спариванию. Можно сказать, что самцы манипулируют самками, распевая перед ними песни. Почти что гормональная инъекция! Но можно сказать, что и самки постепенно отбирают самцов, заставляя их петь все лучше. Эти две точки зрения — две стороны одной медали. Как и у многих других видов птиц, песня не только привлекает самок, но и предупреждает самцов-конкурентов (вдаваться в это мы сейчас не будем).

Теперь посмотрим на картинки ниже: на первой — деревянная маска театра Кабуки, изображающая воина-самурая, на второй — краб Heikea japonica, обитающий в водах Японии. Родовое имя Heikea происходит от имени клана Хэйкэ (Тайра), потерпевшего поражение в морской битве при Данноуря (1185 год) от клана Гэндзи (Минамото). По легенде, духи воинов Хэйкэ теперь населяют дно моря, обитая в телах крабов H. japonica. Панцирь этого краба, напоминающий рисунком лицо воина, искаженное яростной гримасой, подкрепляет эту легенду. Известный зоолог сэр Джулиан Хаксли был настолько впечатлен этим сходством, что писал: «сходство H. japonica с лицом воина-самурая слишком сильно для того, чтобы быть случайным… Оно появилось именно потому, что крабов с панцирем, больше напоминающим лицо самурая, реже съедали»[33]. (В 1952 году, когда Хаксли написал эти строки, краб назывался Dorippe. Его переименовали обратно в Heikea в 1990-м, когда кто-то установил, что это имя краб получил еще в 1824 году: таковы строгие правила приоритета в зоологической номенклатуре.)

Маска театра Кабуки, изображающая самурая

Теория, что поколения отягощенных предрассудками рыбаков выбрасывали в море крабов, рисунок на панцире которых напоминал человеческое лицо, получила новый импульс в 1980 году. Тогда в прекрасной книге «Космос» о ней упомянул Карл Саган:

Предположим, что по чистой случайности среди далеких предков краба был один, на чьем панцире проступали, пусть и смутно, очертания человеческого лица. Даже до сражения у Данноуры рыбаки не слишком охотно употребляли в пищу таких крабов. Выбрасывая их в море, они запустили эволюционный процесс.

<…> По мере того как сменялись поколения крабов и рыбаков, выживало все больше ракообразных, чей панцирный узор походил на лицо самурая, и постепенно рисунок стал напоминать не просто человеческое лицо, и даже не просто лицо японца, но именно лицо жестокого и разгневанного воина[34].

Краб Heikea japonica

Отличная теория. Нет, правда: она была слишком хороша для того, чтобы кануть в Лету, и порожденный ею мем изрядно расплодился. Однажды я даже нашел веб-сайт[35], на котором можно было отдать свой голос за один из вариантов: вы согласны с этой теорией (31 % из 1331 опрошенного); фотографии подделаны (15 %); японские умельцы вырезают панцири так, чтобы они выглядели похожими на человеческое лицо (6 %); это только совпадение (38 %); в крабов переродились утонувшие самураи (10 %!). Научная истина, конечно, не может быть установлена путем плебисцита, и я проголосовал только потому, что не мог иначе увидеть, как голосовали другие. Но, должен сказать, что я присоединился к занудам. Мне кажется, что сходство все-таки случайное. И не потому, что, как заметил один из авторитетных скептиков[36], выступы и впадины на панцире краба соответствуют местам прикрепления мышц. Это не противоречит теории Хаксли-Сагана: суеверные рыбаки должны были заметить изначальное сходство узора с лицом человека, и эта схожесть легко могла быть обеспечена именно симметричным узором прикрепления мышц.

Меня больше впечатляет наблюдение того же скептика, что эти крабы слишком малы для употребления в пищу. По его словам, рыбаки должны были выбрасывать в море всех крабов такого размера, а не только тех, рисунок на панцире которых напоминал человеческое лицо. Впрочем, это возражение стало казаться мне менее убедительным после посещения одного из токийских ресторанов. Пригласивший нас человек заказал на всех большое блюдо крабов. Они были гораздо крупнее Heikea, и, несмотря на то, что они были одеты в крепкие, твердые панцири, этот Гаргантюа стал брать их одного за другим и вгрызаться как в яблоки с таким хрустом, что, казалось, он должен был в кровь разодрать себе десны. Для такого гастрономического богатыря краб размера Heikea — пылинка. Он проглотит его целиком, не моргнув глазом.

Основным источником моего скепсиса по отношению к теории Хаксли-Сагана служит известный факт, что человеческий мозг в любом случайном узоре готов увидеть человеческое лицо. Помимо многочисленных легенд о ликах Иисуса, Девы Марии или матери Терезы, увиденных на кусках тостов, пиццах и пятнах на стене, этому имеются экспериментальные научные подтверждения. Эта готовность получает дополнительный стимул, если узор оказывается симметричным. Все крабы, кроме отшельников, симметричны. Как бы мне ни хотелось считать, что это сходство усилено естественным отбором, я все же предполагаю, что оно случайно.

Но не в крабах счастье. В мире животных есть масса рыбаков-любителей, которые отказывались от потенциальной добычи, если она напоминала нечто страшное, и во всех этих случаях сходство точно не является случайным. Если бы вы были птицей, охотящейся в лесу на гусениц, что бы вы сделали, столкнувшись со змеей? Думаю, отскочили бы и улетели подальше. Так вот, существует гусеница, чья «корма» удивительно похожа на голову змеи. Если вы боитесь змей (как, признаюсь, и я), то гусеница действительно могла бы вас испугать. Мне было бы неприятно брать это животное в руки, несмотря на то, что я прекрасно осведомлен о его безвредности (это удивительное животное изображено на цветной вклейке 7). Те же проблемы у меня с журчалками, маскирующимися под пчел и ос, несмотря на то, что я прекрасно вижу по их единственной паре крыльев, что они мухи и, значит, жал у них нет. Эти животные принадлежат к огромной группе, ищущей защиты при помощи маскировки и подражающей чему-нибудь несъедобному (вроде гальки, веточки или кусочка водоросли) или чему-то действительно зловредному (вроде змеи, осы или глаз хищника).

Но тогда выходит, что глаза насекомоядных птиц «выводят» насекомых, все более и более напоминающих несъедобные вещи или опасных животных? В некотором смысле нам придется ответить утвердительно. В конце концов, в чем разница между этим случаем и самками фазанов, отбирающими партнеров за их красоту, или людьми, выводящими собак и розы? Основное отличие состоит в том, что самки фазана проводят позитивный отбор, отдавая предпочтение самым привлекательным самцам, а питающиеся гусеницами птицы проводят негативный отбор, избегая животных с отталкивающим признаком.

Вот вам еще один пример, в котором отбор позитивен, хотя отбирающий агент не получает от этого никаких преимуществ. Рыба-удильщик неподвижно сидит на морском дне, терпеливо поджидая добычу[37]. Как и многие другие глубоководные рыбы, удильщик по нашим стандартам чудовищно безобразен. Весьма возможно, что по рыбьим тоже, однако никому нет до этого дела — на глубине, на которой живут удильщики, почти ничего не видно. Подобно другим глубоководным жителям, самки удильщика создают свой источник света, вернее — имеют специальные органы, в которых обитают светящиеся бактерии. Такая «биолюминесценция» недостаточно ярка для того, чтобы разглядеть что-либо, но вполне достаточна для привлечения других рыб. Один из шипов плавника у удильщиков удлиняется и затвердевает, превращаясь в подобие удочки. У некоторых видов эта «удочка» достигает такой длины и гибкости, что ее впору назвать «леской». На конце лески, естественно, находится приманка, наживка. Форма наживки меняется от вида к виду, но всегда напоминает что-нибудь небольшое и съедобное — червяка, рыбку или что-нибудь непонятное, но аппетитно подрагивающее. Часто наживка светится: еще одна природная неоновая вывеска, на сей раз гласящая: «Съешь меня». Небольшие рыбы находят этот призыв убедительным. Они приближаются к ней, и это последнее, что они делают в жизни: в этот момент удильщик открывает свою огромную пасть и засасывает жертву вместе с входящим потоком воды.

Можем ли мы теперь сказать, что мелкие рыбы «выводят» все более привлекательную наживку так же, как самки фазана выводят фазанов, а садовники — розы? Почему бы и нет! В случае с розами наиболее привлекательные цветы отбираются для дальнейшего размножения садовником. С фазанами все почти так же, несмотря на то, что самки могут не отдавать себе отчет в том, что делают, в отличие от садовников. Но эта разница представляется не очень существенной. Не намного заметнее различие между этими двумя случаями и случаем удильщика. Рыбы-жертвы, безусловно, участвуют в отборе наиболее удачливого удильщика, способствуя его выживанию и размножению, но делают это косвенно, служа ему пищей. Удильщик с менее привлекательной наживкой имеет больше шансов умереть от голода и, соответственно, не оставить потомства. И рыбы-жертвы действительно совершают выбор, но «голосуют» они своими жизнями! На этом-то месте мы и подходим к подлинному естественному отбору. Вспомним пройденное:

1. Человек сознательно отбирает для размножения привлекательные розы, подсолнухи и тому подобное, сохраняя ответственные за привлекательные признаки гены. Это искусственный отбор, о котором человечество знало задолго до Дарвина, и любому понятно, что искусственный отбор достаточно могуществен для того, чтобы превратить волка в чихуахуа и «вытянуть» початки маиса, увеличив их длину с дюймов до футов.

2. Самки фазана выбирают для размножения привлекательных самцов (неизвестно, насколько осмысленно, но предположим, что ненамеренно), опять-таки сохраняя гены, ответственные за привлекательные признаки. Это — половой отбор, открытый Дарвином, или, по крайней мере, полностью им осмысленный и названный.

3. Мелкая рыба (безусловно ненамеренно) отбирает наиболее «привлекательных» удильщиков, служа им пищей, и сохраняет ответственные за «привлекательность» гены. Это — естественный отбор, величайшее из открытий Дарвина.

Гениальный Дарвин первым понял, что сама природа может играть роль отбирающего агента. Кто угодно (или, по крайней мере, кто угодно с опытом в области фермерства, разведения садов, собачьих выставок или голубятен) знал об искусственном отборе и его мощи[38]. Но именно Дарвин первым заметил, что присутствие отбирающего агента не является обязательным. Выбор может происходить автоматически за счет выживания животного или его неспособности выжить. Дарвин понял: выживание является актом отбора потому, что только выжившие размножаются и передают последующим поколениям гены (Дарвин не знал этого слова и не пользовался им), которые помогли им выжить. В качестве примера естественного отбора я выбрал рыб-удильщиков именно потому, что здесь все еще можно увидеть работу отбирающего агента, использующего свои глаза для того, чтобы выбрать, какая особь выживет. Но мы достигли определенного пункта на нашем пути, после которого в отбирающем агенте вообще нет нужды. Перейдем от удильщика к тунцам или тарпонам — рыбам, активно преследующим добычу. При всем желании мы не можем сказать, будто жертва «выбирает», какому тарпону выжить, позволяя ему себя съесть. С другой стороны, мы можем совершенно резонно заметить, что наилучшим образом приспособленный для ловли добычи тарпон (быстрые плавательные мышцы, острое зрение и так далее) выживет, размножится и передаст следующим поколениям гены, позволившие ему достичь успеха. Отбор осуществляется самим фактом выживания. Другие тарпоны, по каким бы то ни было причинам не преуспевшие в ловле рыбы, не выживают. Мы можем добавить к нашему списку еще один пункт:

4. Без какого бы то ни было агента возможен отбор особей, обладающих лучшим оснащением для выживания, чем их сородичи, и, таким образом, имеющих лучшие шансы размножиться и передать последующим поколениям гены, ответственные за наличие этого оснащения. Генофонд любого вида должен постепенно наполняться генами, отвечающими за лучшее оснащение для выживания и размножения.

Обратите внимание, как всеобъемлющ естественный отбор! Примеры, которые я приводил выше, шаги 1, 2 и 3, да и многие другие, могут быть включены в естественный отбор как его частные случаи. Дарвин разработал наиболее широкую форму рассмотрения феномена. Прежде было известно только об искусственном отборе — частном случае этого всеобщего явления. Общий случай — неслучайное сохранение случайно изменяющегося наследуемого оснащения. Неважно, чем порождается неслучайный характер выживания. Это может быть: осознанный выбор агента (человек, отбирающий породистых гончих для вязки); неосознанный выбор агента без четких намерений (самки фазана, выбирающие партнеров); неосознанный выбор, который отбирающий агент предпочел бы не делать (рыба, решающая, плыть или не плыть к наживке рыбы-удильщика); нечто, в чем сложно усмотреть чей-либо выбор (случай тарпона, выживающего благодаря некоему биохимическому преимуществу, скрывающемуся в мышцах и дающему небольшую прибавку в скорости). В моем любимом абзаце из «Происхождения видов» Дарвин прекрасно высказал эту мысль:

Можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие вариации, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и незаметно, где бы и когда бы ни представился к тому случай, над усовершенствованием каждого органического существа по отношению к условиям его жизни, органическим и неорганическим. Мы ничего не замечаем в этих медленных переменах в развитии, пока рука времени не отметит истекших веков, да и тогда наше понимание геологического прошлого несовершенно: мы замечаем только, что современные формы жизни отличаются от когда-то существовавших[39].

Как и в других местах, я цитирую первое издание шедевра. В дальнейшие внесена интересная поправка: «Выражаясь метафорически, можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно…». Казалось бы, «можно сказать» — и без того достаточно осторожная фраза. Однако в 1866 году Дарвин получил письмо от Уоллеса, указавшего на то, что, к сожалению, необходима еще большая бдительность, чтобы избежать непонимания:

Мой дорогой Дарвин![40] Мне так часто приходится сталкиваться с поразительной неспособностью широкой массы интеллектуальных людей ясно или в принципе осознавать самостоятельные и неизбежные эффекты естественного отбора, что я пришел к заключению, что сам термин и ваш способ его иллюстрировать, какими бы ясными и красивыми они ни представлялись многим из нас, все же не лучшим образом приспособлены для того, чтобы донести идею до сообщества натуралистов.

Далее Уоллес цитирует французского автора Жанэ, в голове у которого, в отличие от Уоллеса и Дарвина, очевидно, была полная путаница:

Видно, что он считает слабым местом вашей теории непонимание вами «необходимости мысли и направленности для действия естественного отбора». Это же возражение повторяют ваши основные оппоненты, и я часто слышал его в дискуссии. Мне кажется, основной его причиной является выбор вами термина «естественный отбор» и его сравнение с результатами отбора, производимого человеком, а также персонификация природы как «отбирающей», «предпочитающей» и так далее. Для некоторых это ясно как день и восхитительно в своей объясняющей силе, но для многих это очевидный камень преткновения. Я беру на себя смелость предложить вам полностью отказаться от этого источника недопонимания в вашей великолепной работе и будущих изданиях «Происхождения», что, как мне кажется, может быть без всяких трудностей сделано путем использования введенного Спенсером термина «выживание наиболее приспособленных». Этот термин является чистой констатацией факта, в то время как «естественный отбор» является его метафорическим описанием.

Уоллес был прав. К сожалению, использование спенсеровского термина «выживание наиболее приспособленных» вызывает другие проблемы, чего Уоллес предвидеть не мог (в подробности я сейчас вдаваться не буду). Несмотря на предупреждение Уоллеса, я предпочитаю следовать дарвиновской стратегии и вводить естественный отбор через одомашнивание и отбор искусственный. Мне хочется верить, что на этот раз месье Жанэ понял бы, о чем речь. У меня была еще одна важная причина следовать пути, проторенному Дарвином. Проверкой любой теории является эксперимент. Научный эксперимент — это когда вы не ждете, пока природа сама совершит какое-то действие, и не наблюдаете пассивно, пытаясь понять, чем это действие может быть вызвано. Вы вмешиваетесь и делаете что-нибудь сами. Манипулируете обстоятельствами. Что-нибудь целенаправленно изменяете и сравниваете с контрольными условиями, в которых изменение отсутствует, или с другим изменением.

Экспериментальное вмешательство чрезвычайно важно, поскольку без него вы не можете быть уверены в том, что подмеченная вами корреляция отражает причинно-следственную связь. Эту мысль хорошо иллюстрирует так называемая ошибка церковных часов. Пусть часы на колокольнях двух соседних церквей отбивают время почти одновременно, но на колокольне А чуть раньше, чем на колокольне Б. Замечающий это визитермарсианин может предположить, что бой часов А вызвал бой часов Б. Мы, конечно, знаем ответ, но единственным способом узнать истину будет эксперимент: начать звонить в колокол А в случайные моменты времени, а не раз в час. Предположение марсианина о том, что и в этом случае часы Б прозвонят сразу после А, будет, естественно, опровергнуто. Только эксперимент может определить, действительно ли наблюдаемая корреляция отражает причинно-следственную связь.

Две искусственно выведенные линии кукурузы, отбираемой по признакам высокого и низкого содержания масла содержания масла

Если ваша гипотеза заключается в том, что неслучайное сохранение случайных генетических изменений имеет важные эволюционные последствия, вам придется вмешаться в ход событий, чтобы проверить гипотезу экспериментально. Вмешаться и манипулировать вариативными изменениями. Выбирать, как селекционер, какие особи будут размножаться. Это, разумеется, и будет искусственный отбор. Так что искусственный отбор — это не просто аналог естественного отбора. Искусственный отбор представляет собой настоящую экспериментальную проверку гипотезы о том, что отбор ведет к эволюционным изменениям.

Две линии крыс, отбираемых по признаку сопротивляемости зубному кариесу

Большинство известных нам примеров искусственного отбора (например, выведение современных пород собак) является скорее взглядом в прошлое, чем проверкой теоретических положений в контролируемых условиях эксперимента. Но проводились и настоящие эксперименты, и результаты их всегда были такими, как и ожидалось на основе менее строго документированных данных о собаках, капусте и подсолнечнике. Я приведу вполне типичный пример эксперимента, замечательный тем, что он начался достаточно давно — в 1896 году (поколение 1 на иллюстрации). Проводился эксперимент на Опытной станции Иллинойса[41].

Диаграмма слева отражает содержание масла в початках кукурузы двух искусственно выведенных линий, одна из которых отбиралась на высокое содержание масла, а вторая — на низкое. Это, безусловно, чистый научный эксперимент, поскольку мы сравниваем результат двух манипуляций. Очевидно, что разница огромна, и она все увеличивается. Похоже, что и восходящая, и нисходящая тенденции выйдут на плато: нисходящая потому, что содержание масла невозможно понизить ниже нуля, восходящая по почти таким же ясным причинам.

Выше — еще одна лабораторная демонстрация могущества искусственного отбора, показательная в другом отношении. На иллюстрации — семнадцать поколений крыс, отбиравшихся на сопротивляемость кариесу[42]. Отмечаемая на графике величина — время от рождения (в днях), в течение которого у крысы не было кариеса. В начале эксперимента характерный период, свободный от разрушения зубов, длился около ста дней. Спустя дюжину поколений постоянного отбора против кариеса этот период вырос в четыре раза или более. Вторая линия крыс, напротив, отбиралась на подверженность кариесу.

Этот пример позволяет нам «попробовать на зуб» естественный отбор как способ мышления. Обсуждение крысиных зубов будет первой из трех экскурсий в мир подлинного естественного отбора, к которым мы теперь готовы. В ходе двух других мы обратимся к существам, повстречавшимся нам на пути от искусственного отбора к естественному: к собакам и цветам.

Почему же, раз улучшить состояние крысиных зубов при помощи искусственного отбора так просто, природа плохо справилась с этой задачей? Ведь ясно, что быстрая деградация зубов не несет эволюционных преимуществ. Так почему, если искусственный отбор способен снизить ее темп, отбор естественный давным-давно не справился с этой задачей? Мне приходят в голову два ответа, и оба весьма содержательны.

Первый ответ: популяция, которую взяли для своих экспериментов генетики, не была естественной. Она состояла из одомашненных, рожденных в лаборатории белых крыс.

В каком-то смысле лабораторные крысы, как и современный человек, изнежены, избавлены от безжалостного естественного отбора. Генетически обусловленная тенденция к быстрой деградации зубов может принести огромные проблемы и сильно снизить вероятность размножения в дикой природе, однако не имеет значения в условиях лабораторной колонии, где жизнь легка, а спариванием руководит не половой отбор, а экспериментатор.

Но это только один из ответов. Второй куда интереснее, поскольку ведет к важному выводу о сути естественного и искусственного отбора: за все нужно платить — и мы уже приходили к нему в разговоре о различных стратегиях опыления, выбираемых растениями. На каждом эволюционном действии висит «ценник». На первый взгляд необходимость любой ценой избегать кариеса кажется очевидной, как очевидно и то, что кариес существенно снижает срок жизни крыс. Однако задумаемся, что должно произойти, чтобы сопротивляемость кариесу выросла. Можно сказать, что за это придется так или иначе платить, и этого, по сути, достаточно для дальнейших рассуждений. Предположим, что повышение сопротивляемости кариесу происходит благодаря утолщению зубной эмали, а это требует дополнительного кальция. Естественно, можно получить этот кальций из окружающей среды, однако его придется добывать. В организм он попадает с пищей, а съеденный кальций может быть полезен и для других нужд. У организма есть кальциевая «экономика». Кальций необходим в костях, в молоке. (Мы говорим о кальции, однако можно заменить его на любой другой дорогостоящий ограниченный ресурс, и рассуждение останется справедливым. Важно только, чтобы ресурс не был избыточным.) Крыса, зубы которой крепче, чем у остальных, будет, при прочих равных условиях, жить дольше. Но пресловутых равных условий не бывает, поскольку на построение более мощных зубов кальций нужно где-то брать, например из костей. Соответственно, другая особь, генетически не предрасположенная к трате большего количества кальция на зубы и меньшего — на кости, может прожить дольше благодаря прочным костям, несмотря на гнилые зубы. Или же другая особь может лучше выхаживать потомство, поскольку в ее молоко попадает больше кальция. Экономисты обожают цитировать Роберта Хайнлайна: бесплатных завтраков не бывает. Пусть мой пример с крысиными костями гипотетический, но можно смело говорить, что с точки зрения телесной «экономики» должна существовать крыса со слишком хорошими зубами. Совершенство одного признака должно покупаться жертвами в другом.

Это касается всех живых существ. Можно ожидать, что хорошо приспособленные организмы будут выживать с большей вероятностью, однако это не означает совершенства в чем-то одном. Будь у антилопы ноги чуть длиннее, она бегала бы быстрее, и, следовательно, ее шанс избежать смерти в пасти леопарда был бы выше. Однако длинноногая особь, пусть и оснащенная лучше других для бега, должна «оплачивать» удлинение конечностей отставанием в какой-либо другой отрасли «экономики» своего тела. Материалы, необходимые для «постройки» дополнительных костей, связок и мышц, должны быть взяты из других мест, следовательно, шанс такой особи погибнуть от причин, не связанных с атакой хищника, выше. К тому же ноги позволяют быстрее бегать, пока они целы, а чем они длиннее, тем они легче ломаются, и животное не сможет бегать вовсе. Тело любого живого существа — переплетение компромиссов. Мы рассмотрим эту тему подробнее в главе 12, посвященной эволюционной «гонке вооружений».

Одомашненные животные защищены от многих опасностей, сокращающих жизнь их собратьев в дикой природе. Породистая молочная корова дает огромное количество молока, но огромное вымя помешало бы ей убежать ото льва. Породистые лошади — великолепные бегуны и прыгуны, но их ноги уязвимы, особенно во время прыжков, что указывает на выход за пределы, указанные естественным отбором. Более того, скакуны выживают только благодаря обильной пище, предоставляемой людьми. В отличие от родных для Британии пони, которые с удовольствием пасутся на лугах, скаковые лошади болеют и хиреют, если их не кормить смесью злаков, трав и добавок, которые они не получили бы в дикой природе.

Теперь, поскольку речь зашла о естественном отборе, мы вернемся к собакам за несколькими дополнительными уроками. Выше я говорил, что собаки — это одомашненные волки. Нам следует разобраться в этом вопросе в свете удивительной истории эволюции собаки, написанной Реймондом Коппингером. Основная идея Коппингера заключается в том, что эволюция собаки не была следствием только искусственного отбора: минимум в той же степени это была эволюция волков, приспосабливающихся к жизни рядом с людьми при помощи естественного отбора. Немалая доля первоначального одомашнивания собаки была, на самом деле, самоодомашниванием, обеспеченным естественным, а не искусственным отбором. Задолго до того, как первый селекционер взялся за «генетический напильник», естественный отбор слепил из волка «деревенскую дворнягу». Гораздо позднее человек принял и преобразил этих зверей по своему желанию, создав целый калейдоскоп пород, украшающих собой (если слово «украшать» уместно) «Крафтс»[43] и другие выставки собачьих достижений и красоты (если слово «красота» здесь применимо).

Коппингер указывает на интересный факт: многие домашние животные, сбежавшие и остававшиеся в дикой природе на протяжении нескольких поколений, возвращаются к форме, близкой к дикому предку. Следовательно, мы можем ожидать превращения одичавших собак в животных, сильно напоминающих волков. Однако этого не происходит! Вместо этого одичавшие собаки превращаются в дворняг, которые крутятся вокруг поселений повсюду в странах третьего мира. В этом видится весомое подтверждение гипотезы Коппингера о том, что древние селекционеры начали работать уже не с волком — волк к тому времени успел превратиться в собаку: дворнягу, деревенскую собаку, может быть, динго.

Волки — стайные охотники. Дворняги и деревенские собаки — это падальщики, частые посетители мусорных куч и выгребных ям. Волки едят падаль, однако они совершенно не приспособлены к сбору человеческих объедков по причине большой дистанции избегания. Дистанцию избегания определить очень просто: достаточно понаблюдать, на какое расстояние животное, поедающее пищу, позволит вам приблизиться. Для любого вида в любой ситуации имеется своя оптимальная дистанция избегания, лежащая где-то на полпути между очень рискованной и очень трусливой. Особи, убегающие слишком поздно, с высокой вероятностью погибают. Есть и другая опасность, хотя и менее очевидная, — убежать слишком рано: трусливые особи никогда не наедаются. Нам с вами очень просто упустить из виду опасность в природе, так как мы слишком боязливы. Нам странно видеть, как зебры и антилопы спокойно жуют прямо на виду у львов, настороженно на них поглядывая. И странно это только потому, что наша собственная дистанция избегания (или таковая нашего гида на сафари) удерживает нас в «лендровере», даже когда ни одного льва нет на целые мили вокруг. А все потому, что риск для нас ничем не оправдан. Мы в любом случае наедимся досыта, когда вернемся в бунгало. А вот наши полудикие предки поняли бы «отважных» зебр куда лучше. Как и зебрам, им приходилось ходить по лезвию ножа. Лев может напасть и съесть, это верно. Однако, учитывая, что жуете вы далеко не в одиночестве, велика вероятность, что лев съест не вас, а соседа. Если же вовсе не выходить на пастбище и к водопою, смерть неминуема. По сути, это равновесие между «экономическими» факторами, с которым мы сталкивались[44].

Подведем итог. Волк, как и любое другое животное, обладает оптимальной дистанцией избегания — где-то между слишком рискованным и слишком трусливым поведением. При изменении условий внешней среды естественный отбор начнет влиять на этот параметр, сдвигая его в ту или иную сторону. Так, если у волков появляется новый обильный пищевой ресурс (мусорные кучи), то дистанция избегания будет сдвигаться в сторону «храброго» поведения.

Представим себе волков, копающихся в мусорной куче на окраине деревни. Большинство имеет большую дистанцию избегания и боится человека, его камней, стрел и копий.

Стоит человеку появиться в поле зрения, и волки убегают.

Попались, однако, несколько особей, дистанция избегания которых (из-за генетических особенностей) несколько меньше, чем у остальных. Их готовность к небольшому риску (они в каком-то смысле храбры, но не безрассудны) позволяет им съесть больше, чем сородичам. Таким образом, естественный отбор будет идти в направлении снижения дистанции избегания, вплоть до такого, на котором люди, швыряющиеся камнями, уже представляют реальную опасность. Появился новый пищевой ресурс, и дистанция избегания изменилась.

По мнению Коппингера, именно процесс эволюционного сокращения дистанции избегания под воздействием естественного, а не искусственного отбора стал первым шагом к одомашниванию собаки.

Уменьшение дистанции избегания — объективная поведенческая оценка того, что мы называем «прирученностью». На этой ранней стадии люди не отбирали особей для размножения по признаку наибольшей прирученности. Взаимоотношения между собакой и человеком оставались исключительно враждебными. Одомашнивание волков в тот момент было самоодомашниванием, а не приручением (оно началось позднее). Представление о том, как происходят эволюционные изменения при одомашнивании (благодаря естественному и искусственному отбору), можно получить благодаря замечательному эксперименту по приручению черно-бурой лисы для разведения на мех. Этот эксперимент рассказывает о том, чего Дарвин не знал об одомашнивании, о побочных эффектах селекции и, что наиболее важно, о схожести процессов естественного и искусственного отбора (а вот это он отлично понимал).

Черно-бурая лиса — высоко ценимый вариант окраски обычной лисы Vulpes vulpes. В 1950-х генетик Дмитрий Беляев был назначен директором лисьей фермы. Позднее Беляева уволили, поскольку его научно-генетический подход противоречил идеологии Трофима Лысенко, шарлатана от биологии, умудрившегося завладеть вниманием Сталина и на двадцать с лишним лет захватить (и благополучно похоронить) советскую генетику и сельскохозяйственные науки. Беляев, однако, сохранил любовь к лисам и генетике и впоследствии смог возобновить свои исследования на посту директора Института генетики Сибирского отделения Академии наук СССР.

Генетик Дмитрий Беляев со своими лисицами, которые в процессе одомашнивания стали напоминать собак

Теперь мы увидим, с какой силой естественный отбор двигает эволюцию. Биология опыления цветов богата интереснейшими фактами и примерами отбора, но апогея изысканность механизмов опыления достигла у орхидных. Не случайно Дарвин так их любил, не случайно посвятил им целую книгу — «О различных приспособлениях, посредством которых британские и заморские орхидеи опыляются насекомыми». Многие орхидеи, например, мадагаскарские цветы, прибегающие к помощи «волшебных пуль», кормят насекомых-опылителей нектаром. Другие нашли способ избежать этих затрат и научились просто обманывать опылителей. Например, существуют орхидеи, цветки которых так напоминают самок пчел, ос или мух, что насекомые пытаются с ними спариться. Если цветок напоминает самку определенного вида, то самцы этого вида будут служить «волшебными пулями», путешествующими от цветка к цветку определенного вида орхидей. Даже если цветок похож на пчелу не того же вида, что и самец, а просто на половозрелую пчелу, самцы будут все равно служить «волшебными пулями». Посмотрев на цветок орхидеи-«пчелы» или орхидеи-«мухи» (цветная вклейка 5), мы без труда отличим его от насекомого. В то же время мы легко обманемся, если взглянем на цветок лишь краем глаза. Однако приглядевшись внимательнее, мы с вами даже сможем сказать, что орхидея-«пчела» на рисунке — это на самом деле скорее орхидея-«шмель», а не орхидея-«пчела». Но насекомые, в отличие от нас, обладают куда менее зоркими фасеточными глазами. Форма и расцветка подражающих насекомым орхидей, усиленные обманчивыми запахами, прекрасно справляются с задачей одурачить самца и привлечь его к цветку. Более того, весьма вероятно, что действенность обмана возрастает при наблюдении в ультрафиолетовом диапазоне, который мы видеть не способны.

Так называемая орхидея-паук, или брассия[46], (цветная вклейка 5), опыляется при помощи другой обманки. Самки многих видов ос-отшельниц («отшельниц» потому, что они не селятся большими колониями, в отличие от хорошо известных нам настоящих, социальных ос) ловят пауков, жалят их, парализуя, и откладывают в них яйца, используя паука в качестве живого склада провианта для личинок. Брассия настолько похожа на паука, что осы пытаются ужалить цветок. При этом они подбирают поллинии — комки пыльцы. Когда оса перелетает на другой цветок, чтобы попытаться ужалить и его, она переносит и пыльцу. Не могу не привести и другой пример: паук Epicadus heterogaster прикидывается орхидеей. Заинтересованные насекомые слетаются к «цветку» и съедаются им.

Самые восхитительные орхидеи, поднаторевшие в обмане, можно найти в Западной Австралии. К ним относятся различные виды дракей Drakaea, известных также как молоточковые орхидеи. Каждый вид особым образом связан с каким-либо видом осы Thynnidae. Той или иной своей частью цветок напоминает осу-самку. Пока все вроде бы похоже на другие истории. Но у дракеи есть еще одна уловка, да какая изощренная! Лже-оса будто бы сидит на одной части руки с суставом, и «локоть» у этой «руки» сгибается. На иллюстрации (цветная вклейка 5) хорошо виден «сустав». Вибрирующие движения брюшка самца, захватившего «самку», приводят к сгибанию «локтя». В результате самец ударяется как молоточек о другую часть цветка (назовем ее наковальней), где расположены органы размножения цветка. И тогда поллинии высвобождаются из пыльников и прилипают к самцу. И вот он опомнился и улетел прочь, печальный, но ничуть не поумневший: он снова находит «самку» — орхидею, начинает спаривание, вибрирующая рука сгибается в локте, наковальня снова приходит в движение. Поллинии аккуратно приклеиваются к наковальне: теперь они доставлены прямо к месту назначения — к женским органам орхидеи. Я демонстрировал фильм, где было показано это потрясающее представление, на специальной новогодней лекции для детей, прочитанной в Королевском институте. Его можно увидеть в записи той лекции, названной «Ультрафиолетовый сад»[47].

Тогда же я рассказывал о другой орхидее из Южной Америки. Ее называют ковшовой. Эти орхидеи тоже обзавелись опылителями, но не осами, а маленькими пчелами Euglossini. Ковшовые орхидеи не вырабатывают нектар. Но они и не пытаются соблазнять пчел. Вместо этого они оказывают самцам услугу, без которой те не смогли бы привлечь самок.

У этих южноамериканских пчел есть странная привычка. Их задние конечности непомерно увеличены, и к ним прикреплены особые контейнеры, в которых хранятся пахучие вещества. У разных видов пчел эти запахи различаются[48]: у одних цветочные ароматы, у вторых — гнилая древесина, у третьих — запах экскрементов, и так далее. Похоже, они используют запахи, чтобы привлекать самок. Многие насекомые используют запахи, чтобы привлекать особей противоположного пола, и большинство их вырабатывает ароматические вещества особыми железами. Так, самки шелкопрядов выделяют специфическое вещество, запах которого самец различает на удивительно большом расстоянии. В случае пчел Euglossini запахи используют самцы. Но в отличие от самок шелкопрядов они не синтезируют пахучее вещество, а пользуются готовыми составами, которые сами собирают. При этом нужный аромат является не чистым веществом, а смесью различных ингредиентов, подобранных с профессионализмом настоящих парфюмеров. Среди Euglossini встречаются «парфюмеры», которым для составления «букета» необходимо вещество, поставляемое только одним видом орхидей. Потому этих пчел называют орхидными.

На удивление занимательная картина взаимозависимости! Орхидеям нужны орхидные пчелы, которых те держат в качестве «волшебных пуль». А самцам пчел необходимы орхидеи, поскольку они не могут привлечь самок без помощи веществ, которые нельзя найти нигде, кроме цветов. Но вообразите: способ, каким осуществляется само опыление, еще более затейлив! При дилетантском подходе он заставляет считать пчелу скорее жертвой, чем партнером.

Самец Euglossini летит на запах орхидеи, который нужен ему для составления афродизиака. Он усаживается на борт ковшика, откуда начинает соскребать воскообразное вещество в специальные запаховые кармашки на задних конечностях. Но бортики ковша скользкие, и это не случайно. Пчела поскальзывается и падает в ковшик, наполненный жидкостью. Выкарабкаться, взобравшись на бортик, она не может. Орхидея оставила пчеле единственный путь — специальное, как раз по размеру пчелы, отверстие в стенке ковша. Путь к выходу снабжен указателями. Когда пчела начинает протискиваться сквозь тесное отверстие, оно сжимается (его устройство напоминает кулачковый патрон электродрели: проворачиваешь его, и он сжимает сверло). В этот момент к спинке пчелы надежно приклеиваются два поллиния. Ловушка еще немного «медлит», чтобы клей схватился, а потом отпускает пчелу. Теперь она свободна. Ее ждет поиск ингредиентов для «духов», и вновь на ее пути оказывается орхидея с ковшом-ловушкой и тесным лазом. Здесь пчела оставляет поллинии, и они опыляют цветок.

Близкие связи между цветами и опылителями являют собой превосходный пример коэволюции, то есть совместной эволюции. Коэволюция часто происходит у организмов, которые получают друг от друга пользу, у партнеров, каждый из которых может чем-либо помочь другому, причем обоим по тем или иным причинам это сотрудничество выгодно. Вот еще один замечательный пример взаимосвязей, независимо возникших в разных частях света, — симбиоз крупных рыб и чистильщиков, обитающих в коралловых рифах. Чистильщики принадлежат к разным видам рыб, а иногда и не рыб вовсе, а креветок — чудесный пример конвергентной эволюции. Стратегия чистильщиков, так же как и стратегия млекопитающих-охотников, пастбищных животных или поедателей муравьев, является вполне надежной. Их специализацией является сбор паразитов с тела крупных клиентов. Можно с легкостью продемонстрировать, какую выгоду получают клиенты от этой работы: просто удалите из опытной акватории всех чистильщиков, и тут же состояние многих рыб ухудшится. Я обсуждал тему чистильщиков в различных работах[49], поэтому не буду здесь останавливаться на ней.

Коэволюция может идти и в том случае, когда виды не выгадывают от обоюдного присутствия, как, например, хищники и жертвы, паразиты и их несчастные хозяева. Этот тип коэволюции иногда называют «гонкой вооружений». Мы рассмотрим его в главе 12.

Итак, отбор, осуществляемый человеком, может превратить дворнягу в пекинеса или дикую капусту в капусту цветную в течение жизни нескольких столетий. Объем различий между двумя породами собак дает нам примерное представление о том, сколько изменений может накопиться менее чем за тысячелетие. Теперь зададимся вопросом: о скольких тысячелетиях мы говорим, когда обсуждаем историю жизни на Земле? Мы представляем себе, насколько изменилась дворняга, превратившись всего за несколько столетий в пекинеса. А сколько времени отделяет нас от начала эволюции или, например, от появления млекопитающих? Или выхода рыб на сушу? Ответ таков: жизнь началась не столетия, а десятки миллионов столетий назад. Измеряемый возраст нашей планеты примерно равен 4,6 миллиарда лет, или 46 миллионам столетий. Общий предок современных нам млекопитающих ходил по земле примерно два миллиона столетий назад. Для нас, людей, век — это очень, очень долго. А можем ли мы представить себе два миллиона веков? Наши рыбообразные предки вышли на сушу примерно 3,5 миллиона столетий назад — это примерно в двадцать тысяч раз больше, чем ушло на появление такого количества разных (действительно разных) пород собак со времени жизни их последнего общего предка.

Вспомните об отличии дворняги от пекинеса. Речь не идет о точных измерениях. Мы могли бы взять две другие породы собак, поскольку их различия примерно равны удвоенному объему изменений, произошедших со времени жизни их последнего общего предка. Задержим этот образ на секунду в памяти и экстраполируем в прошлое, отстоящее в двадцать тысяч раз дальше. При таком подходе достаточно просто принять как факт: эволюция могла успеть сделать достаточно ходов для преобразования рыбы в человека. Все это, однако, означает, что мы считаем возраст Земли известным, как и хронологию ключевых эпизодов палеонтологической летописи. Поскольку эта книга посвящена доказыванию, я не могу просто указать даты — я должен подтвердить их. Но как узнать возраст определенного куска горной породы? Как определить возраст окаменелостей? Как определить возраст Земли? Как определить возраст Вселенной? Нам нужны часы. О них и пойдет речь в следующей главе.

Если «отрицатели истории», сомневающиеся в том, что эволюция — это факт, просто не знают биологии, то те, кто считает, что мир младше десяти тысяч лет, не просто невежды: их заблуждения граничат с безумием. Они отрицают не только факты, поставляемые биологией, но также физикой, геологией, космологией, археологией, историей и химией. Эту главу я посвящу определению возраста горных пород и содержащихся в них окаменелостей. Я представлю доказательства того, что время существования жизни на нашей планете измеряется не тысячелетиями, а тысячами миллионов лет. Вспомним уже использованную мной аналогию. Эволюционист находится в положении детектива, прибывшего на место преступления. Чтобы выяснить, когда происходили события, мы изучаем следы процессов, зависящих от времени, то есть пользуемся часами в широком смысле слова. Детектив, приступая к расследованию убийства, прежде всего интересуется у врача или патологоанатома временем смерти жертвы. Это весьма важная информация, и в детективной литературе заключению медика придается почти мистическое значение. Знание времени смерти — отправная точка рассуждений детектива. Оценка, конечно, может быть ошибочной. Патологоанатом для установления времени смерти наблюдает за ходом различных процессов: тело остывает постепенно и с известной скоростью, трупное окоченение наступает в определенный момент, и так далее. Это — достаточно грубые «часы», доступные следователю. Часы, имеющиеся в распоряжении эволюциониста, потенциально гораздо точнее (разумеется, в рамках своей шкалы), и камень юрского периода в руках геолога больше похож на точный хронометр, чем остывающее тело, доставшееся патологоанатому.

Часы, изготовленные человеком, измеряют пренебрежимо малые с эволюционной точки зрения доли — часы, минуты, секунды — и поэтому основаны на быстрых динамических процессах: качании маятника, раскручивании пружины, колебаниях кристаллов, горении свечи, вытекании воды из сосуда или высыпании песка, вращении Земли (определяемом по движению солнечной тени). Эти процессы протекают с известной постоянной скоростью. Маятник качается с известной частотой, определяемой, по крайней мере в теории, только его длиной, но не амплитудой колебаний и не массой груза на его конце. Напольные часы работают благодаря присоединению маятника к анкеру, передающему движение зубчатому колесу, которое при помощи системы шестеренок обеспечивает ход секундной, минутной и часовой стрелок. Пружинные часы работают почти так же. Кварцевые часы работают при помощи эквивалента маятника — колебаний кристаллов определенного вида под воздействием энергии, поставляемой батарейкой. Водяные и огненные часы обладают куда меньшей точностью, но ими широко пользовались до изобретения часов, основанных на постоянстве хода. Они основаны не на подсчете отрезков времени, как маятниковые или цифровые часы, а на измерении объема. Солнечные часы — неточный способ измерения времени. Однако вращение Земли позволяет создать более точные, хотя и медленные часы, которые мы называем календарем. Это происходит именно потому, что при таком масштабе часы становятся не измеряющими (как солнечные часы, измеряющие постоянно меняющееся склонение солнца), а счетными (подсчитывающими число циклов день/ночь).

В медленном временном масштабе эволюционного процесса мы располагаем как счетными, так и измеряющими часами. Но для того, чтобы по-настоящему исследовать эволюционный процесс, нам скорее нужны не часы, определяющие текущее время, как солнечные или механические часы, а аналог секундомера, который можно обнулять. Нам нужно, чтобы эволюционные часы в какой-то момент обнулились, чтобы мы могли затем подсчитать, сколько времени прошло с этого момента, и установить абсолютный возраст объекта, например фрагмента горной породы. Так, радиоактивные часы для измерения возраста вулканической породы обнуляются в момент ее образования из затвердевающей лавы.

К счастью, существует несколько разновидностей природных «часов» с возможностью обнуления. Особенно приятно как раз то, что их несколько: это позволяет нам проверять точность одних часов с помощью других. Еще приятнее то, что они покрывают огромный спектр временных масштабов, и это нам действительно необходимо, поскольку временные масштабы эволюционного процесса могут различаться на семь или восемь порядков. Думаю, будет полезным объяснить, что это значит.

«Порядок» — весьма точное понятие. Изменение на один порядок подразумевает умножение или деление на десять. Поскольку мы пользуемся десятичной системой счисления[50], то порядок числа определяется количеством нолей до или после запятой. Таким образом, различие на восемь порядков — это различие в сто миллионов раз. Секундная стрелка часов вращается в 60 раз быстрее минутной стрелки и в 720 раз быстрее часовой. Следовательно, три стрелки часов покрывают меньше, чем три порядка. Это — ничто по сравнению с восемью порядками, покрываемыми нашим арсеналом геологических часов. Для коротких промежутков времени (до долей секунды) существуют «часы», основанные на радиоактивном распаде, но самые точные часы, которые нам могут потребоваться для эволюционных нужд, измеряют века или десятилетия. Эти «быстрые» природные часы — годичные кольца деревьев и радиоуглеродный метод датирования — полезны археологам и при определении возраста образцов времен одомашнивания собак или капусты. На противоположном конце шкалы нам нужны часы, способные надежно отмерять сотни миллионов и даже миллиарды лет. И — хвала природе — она предоставила нам весь спектр «часов», которые могут нам потребоваться. Более того, их шкалы перекрывают друг друга, что позволяет нам использовать их для перепроверки.

При помощи часов, основанных на образовании годичных колец у деревьев, можно с потрясающей точностью, буквально до года, определить возраст куска древесины, например балки в доме эпохи Тюдоров. Вот как это происходит. Во-первых, возраст спиленного дерева можно определить, подсчитав годовые кольца на срезе ствола (внешнее кольцо соответствует настоящему времени). Кольца отражают разную скорость роста в зависимости от времени года и природных условий — зима или лето, сухой или влажный сезон — и особенно выражены в высоких широтах, где времена года резко различаются. К счастью, чтобы определить возраст дерева, не обязательно его рубить. Можно пробурить небольшое отверстие до сердцевины ствола и выпилить пробу — тонкий деревянный стержень. Однако простой подсчет колец не покажет, в каком веке потолочная балка или мачта драккара перестала быть деревом. Если вы хотите определить, когда жило старое, давно умершее дерево, надо не просто подсчитать кольца, а уделить внимание чередованию широких и узких колец.

Поскольку погода меняется от года к году, условия роста меняются вместе с ней: в годы засухи рост приостанавливается, в урожайные годы ускоряется. Бывают холодные и жаркие годы. Случаются катастрофы вроде взрыва Кракатау, дает о себе знать Южная осцилляция[51]. Все это отражается на ширине годовых колец, подобно тому, как само существование колец является отражением сезонных изменений темпа роста. Хороший с точки зрения дерева год даст более широкое кольцо. Последовательность плохих и хороших лет в любом регионе будет отражаться на всех местных деревьях, формируя своеобразный «отпечаток пальца», прекрасно узнаваемый от дерева к дереву.

Дендрохронологи измеряют кольца на деревьях, для которых точно известна дата образования любого из колец, отсчитанная назад от года, когда дерево было повалено. На основании этих данных составляется дендрохронологическая таблица, с которой можно сравнить образец дерева, возраст которого вы хотите установить. В итоге вы можете получить примерно такой ответ: «Эта балка содержит характерную последовательность колец, совпадающую с образцом из коллекции и соответствующую 1541–1547 годам. Таким образом, дом был построен после 1547 года».

Что такое дендрохронология

Теперь перейдем к радиометрическому датированию. Нам есть из чего выбирать: радиоактивные «часы» отмеряют время от веков до миллиардов лет. У каждых есть погрешность, обычно не превышающая 1 %. Таким образом, если вы измеряете возраст горной породы в миллиардах лет, то должны принимать в расчет погрешность в десятки миллионов лет. Если определяете возраст породы, которой сотни миллионов лет, погрешность не будет превышать миллиона лет. Если породе десятки миллионов лет, делайте поправку на сотни тысяч лет.

Чтобы понять, как работают радиоактивные «часы», необходимо прежде узнать, что такое радиоактивный изотоп. Материя состоит из химических элементов, как правило, химически связанных с другими элементами. Всего существует около ста элементов (чуть больше, если прибавить элементы, которые существуют только в лабораторных условиях, и чуть меньше, если сосчитать только элементы, встречающиеся в природе): углерод, железо, азот, алюминий, магний, фтор, аргон, хлор, натрий, уран, свинец, кислород, калий, олово и так далее. Атомная теория строения вещества, с которой, думаю, согласны даже креационисты, утверждает, что каждому элементу соответствует собственный атом, являющийся самой маленькой частицей, на которую возможно разделить элемент без утраты им своих свойств. Как выглядит атом свинца, меди или углерода? Безусловно, не как медь, свинец или уголь. Он вообще никак не выглядит, поскольку слишком мал для того, чтобы броситься вам в глаза, каким бы мощным микроскопом вы ни пользовались. Поэтому мы прибегаем к аналогиям или моделям. Самая известная была предложена великим датским физиком Нильсом Бором. Модель Бора, сегодня уже устаревшая, похожа на Солнечную систему. Вместо Солнца — ядро, вокруг которого обращаются электроны, играющие роль планет. Как и в Солнечной системе, практически вся масса атома содержится в ядре («Солнце»), а практически весь объем занят пространством между электронами («планетами»). Каждый из электронов в сравнении с размером ядра пренебрежимо мал, а расстояние от него до ядра намного больше размеров самого ядра. Известная аналогия — ядро атома, как муха в центре футбольного стадиона. Тогда ядро соседнего атома будет мухой в центре соседнего стадиона. Электроны кружат по орбитам вокруг мух, они меньше самых мелких мошек, слишком маленькие для того, чтобы увидеть их в одном масштабе с мухами. Когда мы берем в руки кусок металла или камня, мы на самом деле смотрим на предмет, состоящий в основном из пустоты. Мы ощущаем его как плотное и непрозрачное тело потому, что наши органы чувств и мозг находят удобным воспринимать этот объект как твердый и непрозрачный. Наш мозг находит это удобным потому, что мы не можем пройти сквозь камень. «Твердый» — это характеристика, которую мы присваиваем веществам и материалам, через которые не можем пройти или в которые не можем провалиться из-за электромагнитных взаимодействий между их атомами. «Непрозрачный» — воспринимаемая нами картина света, отражающегося от поверхности объекта и не проходящего сквозь него.

Согласно модели Бора, в состав атома входят три вида частиц. С электронами мы уже знакомы. Две другие частицы, существенно превосходящие по размеру электрон, но по-прежнему настолько малые, что мы не можем увидеть их, называются протон и нейтрон. Они почти одинакового размера. Число протонов в атоме любого химического элемента постоянно и равно числу электронов. Оно называется атомным числом и является уникальным свойством химического элемента. Нет никаких промежутков в последовательности атомных чисел в знаменитой периодической таблице элементов[52]. Каждый номер в ряду соответствует одному и только одному химическому элементу. Элемент с атомным числом 1 — водород, 2 — гелий, 3 — литий, 4 — бериллий, 5 — бор, 6 — углерод, 7 — азот, 8 — кислород, и так далее.

Протоны и электроны несут электрические заряды противоположных знаков — мы называем их положительными и отрицательными. Эти заряды становятся важными, когда элементы составляют химические соединения. Основными проводниками взаимодействий являются электроны. Нейтроны в атомах связаны в ядре с протонами. В отличие от протонов, они не имеют заряда и не участвуют в химических реакциях.

Протоны, нейтроны и электроны любого химического элемента ничем не отличаются от таких же частиц, составляющих атомы других элементов. Никаких «золотых» протонов, «медных» электронов и «калиевых» нейтронов не существует. Атом меди делает атомом меди только наличие 29 протонов и электронов. Все, что мы привыкли считать свойствами меди, — вопрос химии. Химия — нескончаемый танец электронов. Все химические реакции — взаимодействие атомов при помощи электронов. Химические связи сравнительно легко образуются и распадаются, поскольку обмениваются или отделяются только электроны. Силы взаимного притяжения, образующие ядро атома, преодолеть существенно сложнее. Вот почему термин деление атома имеет зловещую окраску. Однако оно возможно, и в результате начинаются ядерные реакции — в противоположность химическим. На этом и основана работа радиоактивных «часов».

Масса электрона пренебрежимо мала, поэтому общая масса атома — его массовое число — равна суммарному числу протонов и нейтронов в ядре. Как правило, массовое число чуть более чем вдвое превосходит порядковый номер элемента, поскольку нейтронов обычно чуть больше, чем протонов. В отличие от числа протонов, число нейтронов не определяет, к какому элементу относится атом. Атомы любого элемента могут существовать в различных вариантах, именуемых изотопами, у которых одинаковое число протонов, но разное число нейтронов. У некоторых элементов, например фтора, имеется только один природный изотоп. Фтор — элемент с порядковым номером 9 и массовым числом 19. Отсюда следует, что ядро атома фтора состоит из девяти протонов и десяти нейтронов. Другие элементы, однако, имеют множество изотопов. У свинца пять широко распространенных изотопов. Все они имеют одно и то же число протонов и электронов (82 — атомное число свинца) и массовое число (от 202 до 208). Углерод имеет три природных изотопа. Углерод-12 — самый распространенный, он имеет по шесть протонов и нейтронов. Реже встречается углерод-13. Углерод-14 тоже редок, но его все же достаточно для использования в датировании образцов органического происхождения.

Одни изотопы стабильны, другие — нет. Свинец-202 нестабилен. Стабильными являются: свинец-204, свинец-206, свинец-207 и свинец-208. Нестабильность означает, что атомы данного изотопа спонтанно распадаются с образованием других атомов. Распадаются они с известной скоростью, но момент начала распада непредсказуем. Именно предсказуемость скорости распада служит основой радиоактивных «часов». Нестабильные изотопы иначе называют радиоактивными. Существует несколько видов радиоактивного распада, каждый из которых имеет ценность в качестве «часов». Нам не требуется понимание этих механизмов, но я постараюсь объяснить их, чтобы показать замечательный уровень детализации, которого физики достигли в ходе изучения этого вопроса. Этот уровень детализации придает комический оттенок попыткам креационистов доказать ненадежность радиометрического метода датирования и сохранить Землю вечно молодой, как Питер Пэн.

Все механизмы радиоактивности зависят от поведения нейтронов. Первый тип представляет собой превращение нейтрона в протон. Это означает, что массовое число не изменяется (поскольку масса протонов и нейтронов, как мы помним, одинакова), а атомное число увеличивается на единицу. Таким образом, атом превращается в другой элемент, на один дальше в периодической таблице. Например, атом натрия-24 становится атомом магния-24. В другом механизме протон превращается в нейтрон. Массовое число не изменяется, а атомное уменьшается на единицу, и в периодической таблице атом перемещается на клетку назад. Третий механизм, когда свободный нейтрон ударяет в ядро атома, выбивает один протон и занимает его место, приводит к такому же результату. Массовое число не изменяется, атомный номер уменьшается на единицу.

Более сложный тип распада связан с испусканием ядром альфа-частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов. При альфа-распаде, таким образом, массовое число уменьшается на четыре, а атомное — на два. Атом переходит в химический элемент, находящийся на две позиции позади в периодической таблице. Примером такого распада может служить превращение радиоактивного изотопа уран-238 (92 протона, 146 нейтронов) в торий-234 (90 протонов, 144 нейтрона).

Подходим к сути. Все нестабильные изотопы распадаются с постоянной, хорошо известной скоростью. Более того, скорость распада некоторых изотопов существенно меньше, чем у других. Распад во всех случаях описывается экспонентой. Это значит, что если в начале эксперимента есть 100 г радиоактивного изотопа, то за единицу времени в другой химический элемент будет превращаться не фиксированное количество изотопа (скажем, 10 г), а строго определенная доля оставшегося количества. Здесь следует сказать о так называемом периоде полураспада — времени, за которое распадается половина атомов радиоактивного изотопа. Период полураспада не изменяется в зависимости от того, сколько атомов распалось прежде — это и означает, что процесс идет экспоненциально. Естественно, что при таком последовательном «ополовинивании» мы никогда не узнаем наверняка, что атомов начального элемента не осталось. Тем не менее, мы можем сказать, что спустя некоторое достаточно долгое время — например, десять периодов полураспада — останется так мало атомов исходного элемента, что в практических целях этим количеством можно пренебречь. Например, период полураспада углерода-14 составляет 5730±40 лет. Следовательно, для ископаемых образцов старше 50–60 тысяч лет радиоуглеродное датирование не подходит, и необходимо пользоваться более медленными «часами».

Период полураспада рубидия-87 составляет 49 миллиардов лет, фермия-244–3,3 миллисекунды. Впечатляет, не так ли? Этот разброс прекрасно отражает спектр доступных нам радиометрических методов датирования. Несмотря на то, что время полураспада углерода-15, составляющее 2,4 секунды, слишком коротко для прояснения вопросов эволюции, углерод-14 с его 5730 годами отлично подходит для датирования археологических находок. В датировке палеонтологических находок часто используется калий-40 (период полураспада 1,26 миллиарда лет), и я воспользуюсь им в качестве примера для объяснения принципа работы радиоактивных «часов». Часы, «работающие» на калии-40, часто называют калий-аргоновыми, поскольку именно аргон-40, находящийся в периодической таблице элементов клеткой раньше, является продуктом распада калия-40. Также калий-40 путем другого типа радиоактивного распада может превращаться в кальций-40, стоящий в таблице Менделеева на клетку правее.

Предположим, что в начале эксперимента у нас есть некоторое количество калия-40. Исходя из периода полураспада, через 1,26 миллиарда лет половина этого калия-40 превратится в аргон-40. Спустя еще 1,26 миллиарда лет в аргон превратится половина остатка, то есть четверть начального количества, и так далее. К любому моменту времени, меньшему 1,26 миллиарда лет, в аргон превратится соответствующая часть начального количества калия-40. Теперь представьте, что мы помещаем некоторое количество калия-40 в закрытый контейнер, в котором нет аргона-40. Спустя несколько сотен миллионов лет к контейнеру приходит ученый и измеряет соотношение калия-40 и аргона-40. Исходя из этого соотношения и зная, что аргона-40 в начале эксперимента не было, даже при неизвестном начальном количестве калия-40 можно вычислить, сколько времени прошло с момента начала распада, то есть с «обнуления» радиоактивных «часов». Нам необходимо и достаточно знать только соотношение родительских (калий-40) и дочерних (аргон-40) изотопов. Кроме того, как мы уже обсуждали, необходимо, чтобы «часы» обнулялись. Как это может произойти? Ответ дает понимание процесса кристаллизации.

Как и все радиоактивные «часы», используемые геологами, калий-аргоновые часы работают только на магматических породах. Магматические породы образуются при затвердевании расплавленной породы — подземной магмы (гранит) или вулканической лавы (базальт). Когда расплавленная порода застывает, она кристаллизуется. Обычно это некрупные прозрачные кристаллы наподобие кварца — как правило, они слишком малы, чтобы без помощи микроскопа распознать в них кристаллы. Кристаллы бывают разные, и некоторые из них (например, слюда) содержат атомы калия. Среди этих атомов есть и атомы радиоактивного изотопа калий-40. В момент образования кристалла, когда затвердевает расплавленная порода, аргона в ней нет, и, соответственно, «часы» обнуляются. Проходят миллионы лет, атомы калия-40 постепенно распадаются и заменяются в кристалле на атомы аргона-40. Количество образовавшегося аргона-40 соответствует времени, прошедшему с момента образования породы. Но, как я отмечал выше, имеет смысл не количество аргона, а только соотношение числа атомов калия и аргона. В момент обнуления «часов» соотношение составляло 100 % в пользу калия-40. Через 1,26 миллиарда лет соотношение будет равно 50 %, еще через 1,26 миллиарда лет — 25 %, и так далее. Промежуточные значения будут соответствовать промежуточным значениям времени, прошедшего с момента обнуления «часов». Таким образом, геолог, измеряя соотношение между калием-40 и аргоном-40 во фрагменте вулканической породы, может определить, как давно эта порода кристаллизовалась. Как правило, вулканические породы содержат не только калий-40, но и другие радиоактивные изотопы. Весьма удачно, что вулканические породы застывают почти мгновенно[53] — следовательно, все радиоактивные «часы» в куске породы обнуляются одновременно.

Радиоактивные «часы» существуют только в породах вулканического происхождения, в которых почти никогда не бывает окаменелостей. Ископаемые остатки живых существ сохраняются в осадочных породах — известняках и песчаниках, которые не имеют отношения к лаве. Осадочные породы — слои грязи, ила, песка, постепенно накапливающиеся на дне моря, озера или залива. Проходят эпохи, и слои песка и грязи слеживаются, становясь твердыми как камень. Остатки живых существ, похороненные в иле, имеют шанс окаменеть. Окаменевают далеко не все остатки, но только осадочные породы содержат окаменелости, о которых вообще есть смысл разговаривать.

К сожалению, датировка осадочных пород радиометрическим методом невозможна. Вероятно, отдельные песчинки и частицы ила, из которых формируются осадочные породы, содержат калий-40 и другие радиоактивные изотопы и, таким образом, имеют встроенные радиоактивные «часы». Однако этими «часами» нельзя пользоваться, поскольку они не обнуляются (или обнуляются в разное время). С точки зрения датировщика, осадочная порода — настоящий хаос, пользоваться ею нельзя. Лучшее, что мы можем сделать — и это совсем не так плохо! — это определить возраст вулканических пород, обнаруживаемых рядом с исследуемой осадочной породой или включенных в нее.

Чтобы определить возраст находки, она необязательно должна быть заключена между слоями вулканической породы, как ветчина в сандвиче. По всему миру встречаются очень похожие слои осадочных пород. Задолго до возникновения радиометрических методов датирования эти слои были идентифицированы и названы: кембрий, ордовик, девон, юра, мел, эоцен, олигоцен, миоцен. Девонские осадочные породы обнаруживают не только в Девоншире, графстве на юго-западе Англии, но и в других частях света. Они похожи друг на друга и содержат сходные наборы ископаемых. Порядок, в котором откладывались эти осадочные слои, известен геологам очень давно. До изобретения радиоактивных «часов» мы не знали только, когда именно возник каждый слой. По порядку их можно расставить хотя бы потому, что старшие слои залегают глубже молодых. Так, девонские отложения старше карбоновых (названных так потому, что в карбоновых отложениях обнаруживается каменный уголь). Мы знаем это потому, что в тех частях света, где эти слои встречаются вместе, девонский слой расположен под карбоновым (за исключением регионов, где мы на основании других признаков можем сказать, что осадочные слои были смяты, наклонены или даже перевернуты). Как правило, мы не настолько удачливы, чтобы найти полную последовательность слоев от кембрия до современности. Но благодаря тому, что слои легко узнаваемы, вы можете прослеживать цепочки из последовательных слоев по всему миру, сравнивать их между собой и таким образом устанавливать их взаиморасположение.

Итак, задолго до того, как мы узнали, сколько лет ископаемым, мы знали порядок, в котором они были захоронены, или, по крайней мере, в каком порядке откладывались содержащие их слои осадочных пород. Мы знали, что кембрийские ископаемые из любой части света старше ордовикских, которые, в свою очередь, старше силурийских (затем следуют девонские, карбоновые, пермские, триасовые, юрские, меловые и так далее). Внутри слоев геологи различают подслои: верхняя юра, средняя юра, нижняя юра и тому подобные. Указанные слои, как правило, можно опознать по содержащимся в них ископаемым. И мы воспользуемся послойным расположением окаменелостей как одним из доказательств эволюции. Нет ли опасности, что мы угодим в порочный круг? Нет. Кембрийские окаменелости — это характерный набор ископаемых, безошибочно опознаваемых как кембрийские. Эти окаменелости в настоящее время используются как маркеры пород кембрийского возраста. Именно поэтому нефтедобывающие компании нанимают палеонтологов, способных по микроскопическим ископаемым остаткам животных (как правило, фораминифер или радиолярий) идентифицировать слои осадочных пород.

Для каждого слоя — ордовикского, девонского и прочих — характерен свой набор ископаемых. До сих пор мы пользовались ими только для того, чтобы определить, к какому слою относится данная порода — пермского или, скажем, силурийского периода. Теперь мы воспользуемся прослеженным по всему миру порядком отложения геологических слоев, чтобы установить, какие слои образовались раньше, а какие позднее. Используя эти два блока информации, мы можем проследить, двигаясь вверх по слоям, образуют ли найденные в них ископаемые осмысленную с эволюционной точки зрения последовательность. Развиваются ли они в каком-то определенном направлении? Появляются ли некоторые разновидности ископаемых (например, млекопитающие) только после определенного момента (слоя) и никогда — раньше? Ответ на все подобные вопросы — да. Всегда. Никаких исключений. Это одно из главных свидетельств в пользу эволюции, поскольку оно не является необходимым фактом и никак не следует ни из нашего метода идентификации слоев, ни из способа, позволившего нам установить хронологический порядок их формирования.

Остатков животных, хотя бы отдаленно похожих на млекопитающих, никогда не обнаруживали в девонских или более ранних слоях. Млекопитающие не просто статистически реже встречаются в девоне. Они никогда не встречались в слоях старше определенного возраста. Не то чтобы это обязательно было так — могло бы быть иначе: копая все глубже и глубже от девона, раскрывая все более ранние слои (силур и ордовик), мы докопались бы до кембрия и с удивлением обнаружили бы там изобилие млекопитающих. На самом деле ничего подобного мы в кембрийских слоях, конечно, не обнаружим, но этот пример прекрасно иллюстрирует, что наши рассуждения не заводят нас в порочный круг. В тот момент, когда кто-либо извлечет остатки млекопитающего из кембрийской породы, теория эволюции рассыплется в прах. Таким образом, теория эволюции может быть опровергнута и, следовательно, является научной теорией. Я вернусь к этому вопросу в главе 6.

Попытки креационистов объяснить подобную последовательность находок выглядят комично. Нам авторитетно сообщают, что ключом к пониманию последовательности захоронения ископаемых является Всемирный потоп. Привожу цитату с одного заслуженного креационистского сайта[54]:

Замечательное объяснение! Оставив прочие причины, по которым с ним невозможно согласиться, замечу только, что млекопитающие в таком случае должны быть только статистически, то есть в среднем успешнее убегать от воды, чем, например, рептилии. На самом деле, как и предсказывает теория эволюции, в более древних геологических слоях млекопитающих вообще нет. Теория «бегства в горы» была бы более обоснованной, если бы с глубиной залегания слоев количество остатков млекопитающих убывало статистически, постепенно. Однако выше перми нет трилобитов, а выше мела нет динозавров (кроме птиц). Теория «бегства в горы» в этих случаях предсказывает постепенное убывание.

Но вернемся к датированию и радиоактивным «часам». Поскольку последовательность расположения слоев осадочных пород хорошо известна и одинакова во всем мире, можно использовать вулканические породы, залегающие непосредственно над или под этими слоями (или внутри них) для датирования осадочных слоев и, соответственно, обнаруженных в них окаменелостей. Усовершенствовав метод, мы сможем датировать ископаемые остатки, находящиеся, скажем, в верхней части карбона или мела, как более ранние, чем окаменелости, лежащие чуть глубже в этих же слоях. Нет необходимости искать прослой вулканической породы в непосредственной близости от ископаемого, возраст которого мы хотим определить. Исходя лишь из того, что окаменелость найдена в определенной части девонского слоя, ее возраст можно определить, скажем, как верхнедевонский. Анализ возраста вулканических пород, обнаруживаемых рядом с девонскими осадочными породами по всему миру, показывает, что девон окончился около 360 миллионов лет назад.

Калий-аргоновые «часы» — только одни из многих радиоактивных «часов», доступных геологам. Все они работают по одному и тому же принципу, хотя шкала у них разная. Ниже приведена таблица, в которой «часы» ранжированы от медленных к быстрым. Еще раз отметим огромный разброс периодов полураспада — от 49 миллиардов лет до 6 тысяч лет. Быстрые «часы» (например, углерод-14) имеют особый механизм обнуления. Все атомы быстро распадающихся изотопов, которые были на Земле в момент ее возникновения, давным-давно распались. Прежде чем перейти к рассказу о радиоуглеродном датировании, есть смысл остановиться еще на одном доказательстве древности Земли — планеты, возраст которой составляет миллиарды лет.

Радиоактивные «часы»

Из всех химических элементов углерод представляется неотъемлемой частью всего живого. Без этого элемента очень трудно представить себе жизнь на любой планете. «Виной» этому выдающаяся способность атомов углерода к формированию колец, цепей и других молекулярных структур сложной архитектуры. Углерод попадает в пищевую цепь в ходе фотосинтеза — процесса, при котором растения усваивают молекулы двуокиси углерода (углекислого газа) из воздуха и используют энергию света для включения атомов углерода в состав молекул сахаров. Весь углерод, содержащийся в телах животных (и наших), поступает из растений, а значит, из атмосферного CO₂. Процесс замкнут: когда мы дышим, выделяем вещества во внешнюю среду, когда умираем — углерод возвращается в атмосферу.

Подавляющее количество углерода, содержащегося в углекислом газе атмосферы СО₂, — это стабильный изотоп углерод-12. Примерно в одном случае из триллиона атомов встречается радиоактивный атом углерода-14. Он довольно быстро распадается (период полураспада, напомню, 5730 лет) и превращается в азот-14. Для растения разницы между изотопами углерода нет, поэтому они с удовольствием усваивают с углеродом-12 и углерод-14, встраивая в сахара атомы обоих типов в той же пропорции, в которой углерод присутствует в атмосфере. Попав в растения, углерод (оба его изотопа в том же соотношении, что и в атмосфере) быстро (по сравнению со временем полураспада углерода-14) распространяется по пищевым цепям: растения съедаются травоядными животными, травоядные — хищниками, и так далее. Поэтому все живые существа содержат углерод-12 и углерод-14 приблизительно в одних и тех же долях, соответствующих долям в атмосферном СО₂.

Итак, когда обнуляются «часы»? Когда растение или животное погибает. В этот момент оно отсекается от пищевой цепи и перестает получать углерод-14 из атмосферы. Проходят века, и углерод-14, содержащийся в трупе, деревяшке или куске ткани, постепенно превращается в азот-14. Следовательно, соотношение углерода-12 и углерода-14 в предмете постепенно опускается ниже значения, характерного для живых организмов и атмосферы. В итоге останется только углерод-12 — или, вернее, атомов углерода-14 станет слишком мало для того, чтобы мы могли их обнаружить. Таким образом, соотношение углерода-12 и углерода-14 может быть использовано для установления времени, прошедшего с момента оставления растением или животным пищевой цепи и прекращения углеродного обмена с атмосферой.

Это прекрасно, однако работает только потому, что запас углерода-14 все время возобновляется. Будь иначе, углерод-14 с его коротким периодом полураспада давным-давно исчез бы из атмосферы, так же, как оттуда исчезли другие быстро живущие природные изотопы. Углерод-14 — исключение из правил, поскольку он восстанавливается благодаря космическим лучам, бомбардирующим атомы азота в верхних слоях атмосферы. Азот — самый распространенный в атмосфере газ, массовое число которого — 14 (такое же, как и у углерода-14). Различие состоит в том, что в атоме углерода-14 содержится 6 протонов и 8 нейтронов, тогда как азот-14 имеет 7 протонов и 7 нейтронов (масса нейтронов почти равна массе протонов). Космические частицы способны, ударяя в протон ядра азота, превратить его в нейтрон. Когда это происходит, атом превращается в углерод-14 (углерод в периодической таблице стоит на клетку левее азота). Поскольку частота таких превращений мало изменяется от века к веку, радиоуглеродный метод прекрасно работает. На самом деле эта частота непостоянна, поэтому необходим метод учета и компенсации колебаний. К счастью, мы можем провести точную калибровку колебаний количества углерода-14 в атмосфере, что позволяет учитывать при датировании изменчивость соотношения углерода-12 и углерода-14. (Вы ведь не забыли, что временной промежуток, доступный для датировки при помощи углерода-14, в значительной мере покрывается дендрохронологией, которая позволяет определять возраст с точностью до года?) Таким образом, сопоставляя результаты, полученные двумя методами — радиоуглеродным и по годичным кольцам, — мы оценим ошибки, возникающие из-за непостоянной концентрации в атмосфере углерода-14. Мы можем пользоваться этой калибровкой при определении возраста органических образцов, для которых нет дендрохронологических данных (их абсолютное большинство).

Радиоуглеродный метод датировки изобретен сравнительно недавно — в 1940-х. Первое время он требовал большого объема органического материала. В 1970-х на помощь радиоуглеродному методу пришла масс-спектрометрия, и сейчас для анализа хватает крошечного образца. Это произвело настоящую революцию в археологии. Любопытный пример — Туринская плащаница. Из-за того, что на этом куске ткани таинственным образом появилось изображение распятого бородатого мужчины, множество людей верит, что этот предмет относится к временам Христа. Первые упоминания о плащанице во французских источниках относятся к середине XIV века (где она находилась до тех пор, неизвестно). С 1578 года плащаница хранится в Турине, причем с 1983 года — под надзором Ватикана. Когда с помощью масс-спектрометрии стало возможно определять возраст маленьких частиц, а не огромных кусков, как прежде, Ватикан позволил отрезать от плащаницы небольшую полоску. Образец был разделен на три части[55] и отправлен в три лидирующие в области радиоуглеродного анализа лаборатории: в Оксфорде, американской Аризоне и Цюрихе. Лаборатории, соблюдая условие независимости экспериментов и не обмениваясь данными, одновременно опубликовали приговоры относительно «даты смерти» льна, из волокон которого была соткана ткань. Британские ученые назвали 1200 год, американские — 1304 год, швейцарские — 1274 год. Эти даты, с учетом погрешности, согласуются друг с другом и с датой первого упоминания о плащанице: середина 1350-х годов. Датировка остается спорной, но отнюдь не из-за претензий к точности радиоуглеродного метода. Так, например, на углерод плащаницы мог оказать влияние огонь во время пожара 1532 года. Я не буду вдаваться в подробности, поскольку плащаница представляет собой исторический, а не эволюционный интерес. Скажу только, что эта история прекрасно иллюстрирует работу радиоуглеродного метода, а также показывает, что он, в отличие от дендрохронологии, работает с точностью не до года, а примерно до столетия.

Я подчеркивал, что существует множество часов[56], которыми может воспользоваться ученый-эволюционист, а также то, что наилучшим образом они работают в разных пересекающихся временных шкалах. Для определения возраста одного и того же образца породы можно пользоваться разными радиоактивными «часами», потому что все они обнулились одновременно, когда образец затвердел. В таких случаях результаты, полученные при помощи разных часов, совпадают (с учетом обычной погрешности). Это, безусловно, дает нам уверенность в точности этих инструментов.

Проверенные друг на друге и на породах известного возраста, эти методы могут быть использованы и при решении более интересных проблем, например вопроса о возрасте Земли. В настоящий момент ученые, использующие различные радиоактивные «часы», сходятся в том, что нашей планете около 4,6 миллиарда лет. В сходстве результатов, полученных разными путями, нет ничего удивительного, но, к несчастью, нам приходится снова и снова подчеркивать это: не менее 40 % населения США и чуть меньшая доля населения Великобритании (точные данные вы найдете в приложении) считает, что возраст Земли не превышает десяти тысяч лет. К несчастью, в США и мусульманском мире некоторые из «отрицателей истории» обладают существенным влиянием на учебные программы.

Допустим, «отрицатели истории» скажут, например, что с калий-аргоновым методом датирования что-либо не так. А вдруг известная нам скорость распада калия-40 стала такой только после Всемирного потопа? Что если в допотопные времена период полураспада калия-40 был гораздо короче — не 1,26 миллиарда лет, а, например, несколько столетий? Меня восхищает предлагаемая аргументация: ну почему, скажите, законы физики должны изменяться так внезапно, глобально и таким удобным для креационистов образом? Чем больше подобных допущений, тем удивительнее. На сегодняшний день исследования доступных нам изотопов показывают сходный результат: Земля образовалась 4–5 миллиардов лет назад. Эти результаты основаны на предположении, что период полураспада радиоактивных изотопов за время существования планеты не менялся. Законы физики утверждают, что так это и должно быть. «Отрицателям истории» пришлось бы, чтобы опровергнуть эти факты, доказать, что период полураспада всех элементов разом изменился в разных пропорциях, причем именно так, чтобы сегодня все радиоактивные «часы» показывали, будто Земле миллиарды лет, хотя на самом деле планете всего шесть тысяч лет. Вот уж действительно сложная задача! Я уже не говорю о других методах, дающих близкие результаты, например о датировании по следам осколков распада. Вспомните, что разные «часы» имеют разную шкалу и работают с разной погрешностью. А теперь представьте себе, как нужно подтасовать факты, чтобы все эти «часы» показали возраст Земли равным шести тысячам лет! Если учесть, что единственная цель, которую преследуют занимающиеся этим энтузиасты, — консервация космогонического мифа, бытовавшего у одного из кочевых племен бронзового века, то удивительно, что они кого-то могут обмануть.

Существует еще один тип эволюционных часов — молекулярные. О них мы поговорим в главе 10.

Выше я сравнил эволюциониста с детективом, который реконструирует картину преступления по сохранившимся уликам. Но, возможно, я поспешил, сказав, что мы не в состоянии проследить за ходом эволюции. Несмотря на то, что подавляющее большинство эволюционных изменений произошло задолго до появления людей, есть примеры перемен настолько быстрых, что мы можем наблюдать их на протяжении человеческой жизни — буквально собственными глазами.

Есть данные, что подобное может происходить даже с такими медленно размножающимися громадами, как слоны. Дарвин считал слонов примером животных с крайне медленной репродукцией и одной из самых медленных на Земле смен поколений. Одна из основных причин смертности у африканских слонов — люди с ружьями, охотящиеся на них ради бивней. Естественно, охотники выбирают особей с самыми большими бивнями. Это означает, по крайней мере в теории, что особи с меньшими бивнями получают селективное преимущество. Как всегда бывает в эволюции, между разнонаправленными давлениями отбора возникает конфликт, и эволюционные изменения, которые в итоге произойдут, станут результатом компромисса. Слоны с крупными бивнями, без сомнения, имеют существенное преимущество в конкуренции с себе подобными, и это будет в какой-то степени уравновешивать те недостатки, которые проявляются при встрече с охотником. Любое увеличение интенсивности легального или браконьерского отстрела приведет к смещению баланса в сторону уменьшения размера бивней. При прочих равных условиях можно ожидать, что в результате охоты возникнет эволюционная тенденция к уменьшению размера слоновьих бивней. И чтобы эта тенденция обнаружила себя, не требуются тысячелетия.

В графике ниже приведены данные Департамента по делам охоты в Уганде, опубликованные в 1962 году[57]: вес бивней слонов, отстреленных по лицензии в 1925–1958 годах, когда Уганда была протекторатом Британской империи. Точками обозначены среднегодовые значения. Линия, проведенная между точками, построена не на глаз, а при помощи статистического метода линейной регрессии. Заметно, что на протяжении тридцати пяти лет средняя масса бивней постоянно снижалась. Более того, тенденция обладает очень большой статистической достоверностью, что скорее всего означает, что перед нами действительно тенденция, а не просто совпадение.

Вес бивней добытых в Уганде слонов

В Адриатическом море, неподалеку от хорватского берега, лежат два островка — Копиште и Мрчара. На Копиште существовала популяция обычной для Средиземноморья ящерицы Podarcis sicula, которая питается в основном насекомыми. На острове Мрчара таких ящериц не было. В 1971 году экспериментаторы переселили пять пар P. sicula с Копиште на Мрчару[58]. В 2008 году другая группа ученых, в основном бельгийских, связанная с Энтони Херрелом, посетила острова, чтобы проверить, что произошло за это время. Исследователи нашли на Мрчаре процветающую популяцию ящериц, и анализ их ДНК подтвердил, что это действительно P. sicula. Предполагается, что все эти животные — потомки переселенных на остров пяти пар. Херрел и его коллеги наблюдали за потомками ящериц-переселенцев и сравнили их с ящерицами, живущими на Копиште. Обнаружились существенные различия. Ученые вполне резонно предполагали, что ящерицы Копиште за последние тридцать шесть лет не изменились и, таким образом, соответствуют предкам переселенных на Мрчару ящериц (точнее, являются их современниками предкового типа). Пусть даже такое предположение ошибочно и, например, ящерицы Копиште эволюционировали с такой же скоростью, как на острове Мрчара, мы все равно собственными глазами, на протяжении всего нескольких десятилетий, наблюдаем расхождение популяций.

Что же за различия (да еще и проявившиеся всего за тридцать семь лет или около того) обнаруживаются между двумя островными популяциями? У ящериц острова Мрчара, представителей «эволюционировавшей» популяции, головы существенно больше, чем у их сородичей на Копиште — длиннее, шире и выше. Почему? Очень просто: более крупная голова предполагает наличие более сильных челюстей. Как правило, такие изменения морфологии связаны с переходом на предпочтительно растительную диету — и действительно, ящерицы острова Мрчара употребляют существенно больше растительной пищи, чем их предки с Копиште. В отличие от ящериц Копиште, по-прежнему в основном насекомоядных, обитатели Мрчары питаются преимущественно растениями, особенно летом.

Летний рацион ящериц P. sicula, обитающих на адриатических островах Копиште и Мрчара

Почему при переходе к растительноядности животному нужны более сильные челюсти? Потому, что стенки растительных клеток, в отличие от клеток животных, укреплены целлюлозой. Зубы травоядных животных — лошадей, коров и слонов — подобно жерновам перемалывают целлюлозу, тогда как острые, похожие на клинки зубы хищников предназначены для разрывания мяса, а игольчатые зубы характерны для насекомоядных животных. Жевательная мускулатура травоядных более массивна, и череп обладает выраженным рельефом для прикрепления мышц (вспомните «гребень» на черепе гориллы)[59].

Кишечник травоядных также устроен иначе. В общем, животные не способны переваривать целлюлозу без помощи бактерий или иных симбионтов, и многие позвоночные имеют специальный отросток кишечника — слепую кишку, в которой поселяются бактерии. Фактически слепая кишка работает как ферментационная камера (аппендикс — рудимент более крупной слепой кишки наших в основном растительноядных предков). У многих специализированных травоядных живот ных слепая кишка и другие отделы кишечника приобретают весьма сложное строение. Среди приспособлений, развивающихся в их пищеварительном тракте, не последнее место занимает цекальный клапан. Он представляет собой не полностью замкнутый, иногда мускульный участок, способный регулировать, замедлять или ускорять поток химуса через кишечник либо увеличивать площадь внутренней поверхности слепой кишки. На рисунке изображена вскрытая слепая кишка ящерицы, диета которой состояла в основном из растительной пищи.

Слепая кишка ящерицы. Стрелка указывает на цекальный клапан

Вернемся к нашим ящерицам. Самое удивительное то, что хотя цекальный клапан у P. sicula практически не выражен и в целом редок у представителей семейства, к которому относится эта ящерица, он (клапан) начал появляться у представителей популяции, живущей на острове Мрчара, — популяции, которая на протяжении последних тридцати семи лет эволюционирует в сторону травоядности. Исследователи увидели и другие эволюционные изменения. Плотность проживания ящериц возросла, они прекратили охранять свою территорию, как делают представители предковой популяции на Копиште. Хочу еще раз напомнить: единственное, что удивительно в этой истории, — то, что все события происходят чрезвычайно быстро, буквально перед нашими глазами.

Частота смены поколений у ящериц P. sicula не превышает двух лет, поэтому эволюционные изменения, которые мы наблюдаем на острове Мрчара, произошли всего за восемнадцать-девятнадцать поколений. Теперь задумайтесь: что если на протяжении трех-четырех десятилетий следить за эволюцией бактерий? Бактерий, поколения которых сменяются не за годы, а в течение нескольких часов, даже минут? Бактерии преподносят эволюционисту и другой бесценный подарок: в некоторых случаях их можно на неограниченное время заморозить, а после оживить, и они продолжат размножаться как ни в чем не бывало. Таким образом, экспериментаторы могут составлять собственную «палеонтологическую летопись», делать мгновенный снимок состояния эволюционного процесса в любой его точке. Представьте: если бы мы могли вернуть к жизни «Люси», человеческого предка, чьи окаменелые остатки были найдены Дональдом Йохансоном, из глубокой заморозки и предоставить ей как представительнице своего вида возможность размножаться и эволюционировать! Именно это и сумел проделать с бактерией Escherichia coli Ричард Ленски и его коллеги из Мичиганского университета[60]. В наши дни многие исследования по плечу только большому коллективу ученых. Когда я буду рассказывать, что «Ленски сделал то-то», меня следует понимать так: «Ленски со своими сотрудниками и студентами». Мы увидим, почему эксперименты Ленски так нервируют креационистов.

Эта работа — блистательная демонстрация эволюции.

Кишечная палочка E. coli — очень распространенный микроорганизм. Чрезвычайно распространенный. В любой момент по всему миру их примерно сто миллиардов миллиардов, причем около миллиарда из них находятся сейчас в вашем толстом кишечнике. Большинство кишечных палочек безвредно или даже приносит пользу, но иногда возникают и вредоносные штаммы. Столь частые эволюционные изменения не удивительны, если учесть огромную численность бактерий (хотя мутации происходят довольно редко). Предположим, что вероятность мутации любого гена в ходе единичного акта размножения составляет один на миллиард. Но бактерий настолько много, что любой ген наверняка мутирует ежедневно где-нибудь в мире. Как говорит сам Ленски, «возможностей для эволюции — масса». Ричард Ленски и его коллеги воспользовались этими возможностями. Для понимания доказательной силы их экспериментов важны детали, поэтому я постараюсь доходчиво, но подробно изложить их.

Бактерии E. coli размножаются делением, то есть бесполым путем, и благодаря этому можно быстро и легко создать огромную популяцию генетически идентичных организмов. В 1988 году Ленски взял бактерии из одной такой популяции и поместил их в двенадцать идентичных колб, содержащих одну и ту же среду, основным питательным компонентом которой являлась глюкоза. Колбы с исходными популяциями бактерий помещались в шейкерный инкубатор, в котором подопытным было тепло и хорошо, и взбалтывались, чтобы бактерии были равномерно распределены в питательной среде. Первым бактериям из этих двенадцати колб было суждено основать двенадцать независимо эволюционирующих линий, которым предстояло существовать отдельно друг от друга свыше двадцати лет. Почти как двенадцать колен Израилевых, разве что у тех не было запрета смешиваться друг с другом.

Эти двенадцать «колен» E. coli не жили все время в одной и той же колбе: каждой линии ежедневно доставалась новая (вообразите двенадцать рядов колб, семь тысяч в каждом). Каждый день небольшим количеством жидкости из предыдущей колбы — ровно сотая часть содержимого — заражалась новая, богатой глюкозой среда. Численность популяции бактерий в новой колбе начинала стремительно расти, однако через сутки темп роста всегда выходил на плато, потому что запас пищи иссякал. Другими словами, сначала численность популяции в колбе резко возрастала, затем достигала плато, и в этот момент из популяции отбиралась новая проба, которую пересаживали в новую колбу, и цикл начинался заново. Таким образом, бактерии проходили через каждодневные циклы изобилия, сменяющегося голодом, от которого спасалась счастливая сотая часть, которую, как в стеклянном Ноевом ковчеге, переносили в новый, пусть временный, глюкозный рай. Замечательные, чудесные условия для эволюции. Немаловажно, что эксперимент шел параллельно на двенадцати линиях.

Ленски и его команда продолжали повторять эти операции ежедневно на протяжении двадцати с лишним лет. С начала эксперимента сменилось примерно 7000 «поколений колб» и около 45000 поколений бактерий (в день сменяется шесть-семь поколений). Если бы мы проследили столько же поколений назад в истории человека, то оказались бы примерно за миллион лет до сегодняшнего дня, во времена Homo erectus — что, впрочем, по эволюционным меркам не так уж много. Задумайтесь на секунду — если уж за время, эквивалентное миллиону лет по меркам млекопитающих, Ленски наблюдает эволюционные изменения, сколько изменений должно было произойти за сто миллионов лет реальной эволюции млекопитающих? А ведь сто миллионов лет — это не так уж много с точки зрения геологии.

Помимо основного эволюционного эксперимента, группа Ленски использовала культуру кишечной палочки для нескольких побочных опытов, в одном из которых, например, через две тысячи поколений бактерий глюкозу заменили другим сахаром — мальтозой (мы остановимся на основной работе, в которой использовалась глюкозная среда). Через равные интервалы времени ученые отбирали пробу бактерий каждого из «колен», чтобы понять, как идет эволюционный процесс. Кроме того, они замораживали взятые образцы, чтобы получить своеобразную палеонтологическую летопись бактериальной эволюции.

Трудно переоценить замысел этих экспериментов. Приведу замечательный пример планирования. Помните, я говорил, что бактерии во всех двенадцати колбах происходили из одного клона и были, таким образом, вначале генетически идентичными? На самом деле это не совсем так. Незадолго до начала этой работы в лаборатории Ленски изучал ген ara, встречающийся в двух вариантах: Ara+ и Ara-. Вы не сможете различить их, пока не посеете культуру бактерий в чашку с агаром, содержащим питательную среду, сахар арабинозу и краску тетразоль. Посев — распространенный в микробиологии прием, при котором на дно чашки, покрытое тонким слоем застывшего агарового геля, наносится небольшое количество жидкости, содержащей бактерии, затем чашка инкубируется. Колонии бактерий вырастают из упавших на агар капель в виде концентрических колец, питаясь находящимися в агаре питательными веществами. Если среда содержит арабинозу и краску-индикатор, то различия между двумя генами становятся очевидными: будто кто-то нагрел невидимые чернила. Колонии, содержащие Ara-, становятся красными, Ara+ — белыми. Ленски решил, что это различие удобно в качестве метки, и сделал шесть «колен» Ara+, шесть — Ara-. Использовали их исследователи, например, для того, чтобы проверять собственные лабораторные методы. Производя ежедневный ритуал посева, они тщательно следили за тем, чтобы попеременно работать с линиями Ara+ и Ara-. Таким образом, если ученые допустили бы ошибку, то она проявилась бы на красно-белом тесте. (Гениально, не правда ли? И скрупулезно. Хорошему ученому приходится сочетать эти качества.)

Но забудем пока о гене ara. Во всем остальном клоны-основатели были идентичными. Никаких других различий между Ara+ и Ara- обнаружить не удалось, так что ими действительно можно пользоваться просто как цветными маркерами, вроде колец на птичьих лапах.

Прекрасно. У нас есть двенадцать бактериальных «колен», мчащихся сквозь собственное «геологическое время», переживая циклы изобилия и голода. Останутся ли они такими же, как их предки? Или начнут изменяться? А если начнется эволюция, то будут ли все двенадцать «колен» изменяться одинаково? Как я уже говорил, питательная среда содержала глюкозу.

Не будучи единственным источником пищи, она, тем не менее, являлась ограничивающим рост колонии ресурсом. Причиной прекращения взрывного роста и выхода на плато день за днем было именно истощение запасов глюкозы. Другими словами, если бы экспериментаторы клали в колбы чуть больше глюкозы, то плато в конце каждого дня было бы выше. Если экспериментаторы решили бы добавить вторую дозу глюкозы после достижения плато, началась бы следующая стадия быстрого роста популяции — до нового плато.

В таких условиях, согласно дарвиновской теории, следует ожидать, что если произойдет мутация, помогающая отдельной бактерии использовать глюкозу более эффективно, то естественный отбор ее поддержит и мутация распространится в данной колбе, потому что мутантные бактерии будут размножаться быстрее, чем не-мутантные. Поэтому в следующую колбу бактерии-мутанты попадут в повышенной пропорции, а затем, переходя из колбы в колбу, довольно быстро добьются монополии в своем «колене». Именно это и случилось во всех двенадцати «коленах» — со сменой поколений произошло полное замещение предковых популяций бактериями, способными лучше усваивать глюкозу. Но, что самое поразительное, они добились лучшего усвоения глюкозы различными путями. То есть разные линии бактерий выработали различные наборы мутаций.

Как ученым удалось это узнать? Сравнивая уровень «приспособленности» бактерий в каждой линии с замороженными «ископаемыми» — предковыми популяциями. Напомню, «ископаемые» в данном случае — это замороженные бактерии, которые после размораживания способны нормально жить и размножаться. Как же, спросите вы, Ленски и коллеги сравнивали приспособленность бактерий с их «ископаемыми» предками? Весьма изящным образом. Образец эволюционировавшей линии отбирался и помещался в новую колбу. Туда же помещалось равное количество размороженной культуры. Разумеется, контакт с бактериями основных двенадцати линий сразу же исключался. Используемые для этого побочного опыта образцы в эксперименте участия не принимали.

Итак, перед нами колба с двумя конкурирующими культурами, «современной» и «ископаемой», и мы желаем знать, какая из линий окажется успешнее и достигнет наибольшей численности. Помните про «цветное кодирование» при помощи гена ara? Что нам потребуется, чтобы сравнить конкурентоспособность «современных» бактерий, например, из линии № 5 с «ископаемым» предком? Допустим, линия № 5 имеет ген Ara+. Тогда возьмем вариант Ara- предковой популяции, разморозим и добавим в «соревновательную» колбу. Если же линия № 5 несла вариант Ara-, то ее следовало бы смешивать с предковой популяцией Ara+. Из предыдущих работ группы Ленски было известно, что сами по себе гены Ara+ и Ara- не оказывают действия на приспособленность бактериальной популяции. Поэтому исследователи могли использовать цветные маркеры, чтобы сравнить конкурентоспособность каждого эволюционирующего «колена» с «ископаемыми» предками. Для этого надо было высадить каплю смеси из «соревновательной» колбы в чашку Петри и сосчитать, сколько колоний будут белыми, а сколько — красными.

Эксперимент Ленски. Размер бактериальной клетки в одной линии

Выше я упоминал, что приспособленность бактериальных культур с проходящими поколениями повышалась по сравнению с их предками. Все двенадцать «колен» стали успешнее выживать в условиях дефицита глюкозы. Повышение приспособленности могло идти несколькими путями. Скорость размножения бактерий всех «колен» росла от колбы к колбе, и средний размер бактериальной клетки увеличивался (см. иллюстрацию). Точками отмечены реальные данные, кривая построена при помощи численной аппроксимации. Наилучшим приближением к наблюдаемому набору данных является гипербола. Всегда есть шанс, что математическая функция порядка более высокого, чем гипербола, обеспечит лучшее приближение к набору наблюдаемых данных, но и гипербола достаточно хороша. Биологи часто прибегают к статистическому анализу данных и вписыванию приближенной кривой в наблюдаемые данные, но, в отличие от физиков, мало когда сталкиваются с настолько точным совпадением. Обычно наши данные куда запутаннее. Биолог может получить гладкую кривую только при наличии огромного количества тщательно собранных данных. Опыт Ленски прошел как по учебнику.

Эксперимент Ленски. Размер бактериальной клетки в двенадцати линиях

Как видите, основной прирост среднего размера бактериальной клетки произошел в течение первых двух тысяч поколений. Если все двенадцать «колен» увеличили в ходе эволюции средний размер бактериальной клетки, происходило ли это одним и тем же способом? Ответ — нет, и это второй интересный результат данной работы. График относится только к одной из двенадцати линий. Теперь посмотрим на соответствующие ему гиперболы для остальных «колен»: как велик разброс! Да, все они рано или поздно выходят на плато, но самое высокое плато почти вдвое выше самого низкого. Формой они также различаются: кривая, достигающая наибольшего значения после 10000 поколений, сначала растет медленнее многих других и «перехватывает инициативу» только после 7000 поколений. Не путайте эти плато с ежедневными плато численности популяции в каждой колбе: сейчас мы рассматриваем кривые в эволюционном масштабе времени, измеряемом поколениями колб, а не в индивидуальном масштабе, измеряемом часами существования в одной колбе.

Итак, увеличение размеров клетки, похоже, помогает бактериям выжить в условиях постоянного чередования изобилия и голода. Я не буду рассуждать о причинах этого (их может быть много), однако этим путем пошли все двенадцать линий. Правда, существует множество способов стать больше, что предполагает разные наборы мутаций, и, похоже, разные линии выработали в процессе эволюции разные подходы к увеличению размеров клетки. Это очень интересно. Еще интереснее то, что в некоторых случаях способ увеличения размера клетки совпал у двух линий. Ленски и другая группа его сотрудников исследовали это явление, взяв две клеточные линии Ara+1 и Ara-1, которые в течение жизни 20000 поколений шли по одной и той же эволюционной траектории, и проанализировали их ДНК. Результат оказался ошеломляющим: в клетках этих двух линий изменилась активность (уровень экспрессии) 59 генов, и в обеих линиях уровень экспрессии всех 59 генов изменился в одном и том же направлении. Без помощи естественного отбора вероятность такого параллельного, независимого изменения активности 59 генов в двух линиях была бы предельно низка. Именно о таких вещах креационисты любят говорить, что те попросту не могут произойти, поскольку вероятность совпадения ничтожна. Но в действительности это произошло! Объяснение простое: никакой случайности здесь нет. Естественный отбор постепенно отдавал предпочтение одним и тем же полезным изменениям в обеих линиях.

Плавность кривой возрастания размера клетки с ходом поколений наводит на мысль, что улучшения в клетке происходят постепенно. Но не слишком ли она плавная? Не следует ли ожидать ступеней, временных остановок на пути эволюции, пока популяция ждет следующей увеличивающей приспособленность мутации? Не обязательно. Это зависит от множества факторов, в том числе от количества вовлеченных мутаций, силы влияния определенной мутации на размер клетки, негенетических факторов, влияющих на ее размер, частоты отбора проб. Но если мы посмотрим на график роста приспособленности (а не увеличения размера клетки), то увидим несколько иную картину, которую в принципе можно интерпретировать как последовательность ступеней (см. иллюстрацию ниже). Выше я упомянул, что всегда есть вероятность существования функции, более точно аппроксимирующей набор данных, чем та, которую мы выбрали. Математики называют любую такую функцию «моделью». Наши данные можно соотнести с гиперболической моделью, однако ступенчатая модель аппроксимирует их еще точнее.

Соответствие, однако, не столь близкое, как в случае с графиком роста клеток. Ни в одном из случаев нельзя доказать, что данные полностью соответствуют избранной модели, поскольку это невозможно. Однако данные по крайней мере не противоречат предположению, что мы наблюдаем эволюционные изменения, вызванные постепенным накоплением мутаций[61].

То, что мы увидели — прекрасный пример эволюции в действии. Эволюции, происходящей прямо перед нашими глазами, эволюции тщательно документированной, описанной сравнением двенадцати независимых линий между собой и с «живыми ископаемыми» — предками, вернувшимися, словно из глубин тысячелетий, из морозильника.

Теперь мы готовы к тому, чтобы познакомиться с еще более интригующими подробностями. До сих пор мы говорили, что все двенадцать «колен» развивались примерно в одном и том же направлении, постепенно приспосабливаясь к условиям роста, и различались только одним: кто-то эволюционировал быстрее, кто-то медленнее. Однако долгий эксперимент породил одно очень важное исключение. Вскоре после поколения № 33000 произошло нечто удивительное: одна из двенадцати линий, Ara-3, внезапно словно взбесилась. Взгляните на рисунок: на оси ординат отложена оптическая плотность, или «мутность» раствора, отражающая численность бактерий в колбе. Жидкость мутнеет просто потому, что в ней много бактерий; прозрачность жидкости может быть точно измерена, и результат мы можем использовать как показатель плотности популяции.

Эксперимент Ленски. Рост приспособленности

Если вы взглянете на рисунок, то заметите, что до поколения № 33000 показатель численности бактерий линии Ara-3 колебался в районе 0,04, мало отличаясь от остальных линий. Затем, сразу после поколения № 33100, плотность популяции Ara-3 начала чрезвычайно быстро, почти вертикально, расти. Среднее значение выросло почти до 0,25, то есть в шесть раз (!). Для этой популяции наступил «золотой век». Спустя всего несколько дней типичная высота плато, на которой стабилизировалась численность бактерий в популяции, выросла в шесть раз по сравнению с недавно еще таким постоянным значением, которое демонстрировали остальные линии. Возросшая высота плато впоследствии достигалась всеми поколениями линии Ara-3, и никогда — бактериями других линий. Все выглядело так, как будто линии Ara-3 досталась большая, чем другим, порция глюкозы. Однако никто этим бактериям лишней глюкозы не давал: во все колбы помещалось одинаковое, тщательно отмеренное ее количество.

Эксперимент Ленски. Плотность популяции

Что же случилось с линией Ara-3? Ленски и двое его коллег потратили некоторое время на выяснение этого, и их усилия окупились сторицей. Произошло нечто замечательное.

Помните, я отметил, что ресурсом, ограничивающим рост популяции, является глюкоза, и линия, которая нашла бы более эффективный способ ее использования, получила бы эволюционное преимущество? Именно это и происходило во всех двенадцати «коленах». Но я говорил также о том, что глюкоза была не единственным питательным веществом в культуральной среде. Кроме глюкозы там был цитрат (лимонная кислота). Цитрата в среде было много, однако бактерия E. coli не способна его усваивать — по крайней мере, не в среде, в которой присутствует растворенный кислород (как это было в колбах Ленски). Но стоило бы хоть одной бактерии научиться усваивать цитрат, перед ней открылось бы настоящее Эльдорадо. Именно это произошло с линией Ara-3. Эта линия, и только она, внезапно обрела способность усваивать не только глюкозу, но и цитрат. Таким образом, количество пищи в колбе резко возросло, и, соответственно, резко вырос уровень плато, на котором стабилизируется популяция в конце каждого суточного цикла.

Выяснив, что случилось с загадочной Ara-3, Ленски и его коллеги продолжили работу, задавшись следующим важным вопросом. Была ли эта неожиданно появившаяся способность вызвана всего одной редкой мутацией (настолько редкой, что из двенадцати линий повезло только одной)? Была ли она, в сущности, такой же мутационной ступенью, как и другие мутации, обеспечившие ступенчатый рост приспособленности на графике выше? Ленски счел это маловероятным. Он предложил следующее объяснение. Зная средний темп мутаций в каждом гене бактерии, он вычислил, что время жизни 30000 поколений — это срок, достаточный для того, чтобы каждый ген мутировал хотя бы раз в каждой из двенадцати клеточных линий. Следовательно, маловероятно, что Ara-3 выделилась из общей массы благодаря редкости мутации. Будь это единичная мутация, ее бы открыли и в других линиях.

Но есть еще одна возможность, по крайней мере, теоретическая. Что если для того, чтобы питаться цитратом, бактериям необходима не одна мутация, а две, три, четыре? Мы не говорим сейчас о простом случае, когда эффекты двух мутаций суммируются. Если бы это было так, бактерии могли бы приобрести эти мутации порознь, в любом порядке. Любая из этих мутаций отдельно приближала бы нас на шажок к цели, предоставляла бы клетке способность частично усваивать цитрат, пусть не так эффективно, как две мутации вместе. Мутации такого типа мы уже обсуждали, когда рассматривали механизм увеличения размера клетки. Однако в данном случае приобретение способности питаться цитратом не было бы такой редкостью, и линия Ara-3 не оказалась бы уникальной. Редкость цитратного метаболизма обязывает нас искать что-то более похожее на столь любимую креационистами «несократимую сложность». Может существовать биохимический путь, состоящий из двух реакций, причем в ходе первой реакции образуется необходимый исходный материал для второй, а для получения конечного продукта необходимы обе реакции. Для создания такого механизма потребовались бы две мутации (назовем их А и Б), катализирующие две реакции. При этом только две мутации вместе дают бактерии преимущество, а по отдельности они бесполезны и потому не могут быть поддержаны отбором. Такое двойное событие, без сомнения, будет достаточно редким для того, чтобы произойти только в одном из двенадцати случаев.

Однако пока это гипотеза. Была ли у группы Ленски возможность экспериментально выяснить, что произошло? Ученые могли бы сделать ряд очень важных шагов в этом направлении, используя размороженные «ископаемые». Повторим основные положения нашей гипотезы. В некоторый момент в геноме Ara-3 произошла мутация А. Она не имела заметного эффекта, поскольку мутация Б, необходимая для цепочки биохимических реакций, отсутствовала. Мутация Б может с одинаковой вероятностью возникнуть в любой линии. Более того, вполне возможно, что она там возникала! Но мутация Б бесполезна — она не дает абсолютно никакого положительного эффекта, если линия предварительно не обзавелась мутацией А. Так получилось, что подготовлена таким образом была только линия Ara-3.

Ленски мог бы даже сформулировать гипотезу в форме проверяемого предсказания — и, пожалуй, имеет смысл так ее и сформулировать, потому что это и есть самое настоящее предсказание, хоть оно и относится к прошлому. Вот как я бы сформулировал ее на месте Ленски:

Я разморожу «ископаемые» образцы линии Ara-3 разного, сознательно выбранного возраста. Затем я дам «воскрешенным» бактериям возможность эволюционировать в тех же условиях, что и в основном эксперименте, но в полной изоляции от других. Теперь — собственно предсказание. Способность усваивать цитрат приобретут только линии размороженных бактерий, которые были заморожены до определенного, критически важного поколения основного эксперимента. Так мы сможем установить, когда в линии появилась мутация А.

Вы, вероятно, обрадуетесь, когда узнаете, что именно к этому результату пришел студент Ленски Захария Блаунт. Он провел изматывающую серию экспериментов с сорока триллионами (40.000.000.000.000) клеток E. Coli из разных поколений и получил результат, полностью соответствующий такому предсказанию. Чудо произошло примерно в поколении № 20000. Замороженные бактерии из последующих поколений демонстрировали повышенную вероятность появления способности к усвоению цитрата, чего не показывали бактерии из более ранних поколений. В полном согласии с нашей гипотезой, клоны после поколения № 20000 были подготовлены к восприятию мутации Б. Все «воскрешенные» бактерии, относившиеся к поколениям после № 20000, имели одинаковую вероятность появления способности к усвоению цитрата (прежде эта вероятность не была повышена). До этого момента линия Ara-3 ничем не отличалась от прочих. Бактерии еще не имели мутации А. Однако после поколения № 20000 только линия Ara-3 могла воспользоваться позитивным эффектом мутации Б. В жизни ученого есть моменты, когда он испытывает истинное наслаждение от результата своего труда. Это, безусловно, был один из них.

Работы Ленски демонстрируют нам в масштабе микрокосма и условиях лаборатории многократно ускоренные процессы эволюции путем естественного отбора. Мы наблюдаем: случайную мутацию, за которой следует неслучайный отбор; независимые пути адаптации к одним и тем же внешним условиям у разных популяций; эволюционные изменения за счет добавления успешных мутаций к существующим; зависимость эффектов некоторых генов от присутствия других генов. И все это произошло за время, составляющее ничтожную долю срока, который обычно требуется для эволюционных изменений в природе.

У этой истории триумфа есть комическое продолжение. Креационисты ее ненавидят. Ведь здесь заметна не только эволюция в действии, не только попадание новой информации в геном безо всякого вмешательства разумного Творца (эту возможность им сказано было отрицать при любой возможности; я говорю «им было сказано», поскольку большинство креационистов плохо представляет себе, что такое информация), не только мощь естественного отбора, позволяющая ему составлять комбинации генов, которые, исходя из столь любимых креационистами вероятностных вычислений, статистически невозможны. Хуже всего для креационистов то, что эксперимент Ленски не оставляет камня на камне от постулата о «несократимой сложности». Так что нет ничего удивительного в том, что они озабочены исследованиями Ленски.

Эндрю Шлэфли, креационист и редактор «Консервапедии», печально известного аналога «Википедии», написал Ричарду Ленски и потребовал доступа к его исходным данным, высказав сомнение в их достоверности. В принципе, Ленски вовсе не был обязан отвечать, но тем не менее вежливо посоветовал Шлэфли прежде прочитать его статью, а уж затем критиковать работу. Кроме того, он отметил, что основные его данные — это замороженные бактериальные культуры, которые кто угодно может исследовать, чтобы проверить достоверность полученных результатов. Он с радостью готов предоставить эти культуры любому микробиологу, который будет в состоянии с ними работать — поскольку в неопытных руках они могут быть весьма опасными. Ленски подробно перечислил требования, предъявляемые к микробиологу. Любой читатель может представить себе, с каким удовольствием он это сделал, отлично зная, что Шлэфли — адвокат, а не ученый, и поэтому просто не поймет половину сказанного, не говоря уже о том, что не проведет необходимые исследования и статистический анализ результатов. Черту под историей подвел известный ученый и блогер Пи Зет Майерс[62], комментарий которого начинался словами «В который уже раз Ричард Ленски утер нос недотепам и дуракам из „Консервапедии“, и, боже мой, насколько же он круче».

Проведенные Ленски эксперименты, особенно гениальная методика заморозки «ископаемых образцов», показывают способность естественного отбора вызывать эволюционные изменения за промежутки времени, которые мы в состоянии оценить и понять, то есть сопоставимые со сроком нашей жизни. Однако бактерии представляют нам и другие впечатляющие примеры, пусть и не так детально изученные. Многие штаммы бактерий удивительно быстро выработали устойчивость к антибиотикам. Ведь первый антибиотик — пенициллин — был героически разработан Флори и Чейном во время Второй мировой войны, то есть не так давно. С тех пор регулярно появляются новые антибиотики, и бактерии выработали устойчивость почти к каждому из них. На сегодняшний день одним из самых зловещих примеров является MRSA (устойчивый к метициллину Staphylococcus aureus), сделавший многие больницы весьма опасными для посещения местами. Другой нешуточной угрозой является микроорганизм Clostridium difficile. И в этом случае мы наблюдаем получение штаммами, обладающими устойчивостью к антибиотикам, эволюционного преимущества в ходе естественного отбора, однако здесь добавляется еще один фактор.

При длительном лечении антибиотиками гибнут практически все микроорганизмы в кишечнике человека — как патогенные, так и полезные. Однако C. difficile, устойчивый к большинству антибиотиков, получает огромные преимущества на фоне отсутствия микроорганизмов, с которыми он в нормальных условиях конкурировал бы («враг моего врага — мой друг»).

Меня неприятно удивила брошюра в приемной моего врача, предупреждающая об опасности неоконченного курса приема антибиотиков. Такая опасность существует, и предупреждать о ней правильно, но меня озадачила названная в брошюре причина. Там объяснялось, что бактерии «умны» и способны «учиться» справляться с антибиотиками. Вероятно, авторам брошюры показалось, что объяснить природу устойчивости микроорганизмов к антибиотикам обычному человеку будет проще, если указание на естественный отбор заменить словами об обучении. Однако разговоры о том, что бактерии «умны» и способны к «обучению», сбивают пациентов с толку и, главное, не убеждают в необходимости продолжать прием антибиотиков так долго, как это предписано врачом. И глупцу понятно, что странно рассуждать об «уме» бактерий. Кроме того, если бактерии были бы умны, как преждевременное прекращение приема антибиотиков повлияло бы на их когнитивные способности? Зато стоит нам вспомнить о естественном отборе, и разговор немедленно обретает смысл.

Действие антибиотиков, как и любого яда, зависит от дозировки: большая доза убьет все бактерии, средняя — не все, небольшая — ни одной. Если среди бактерий есть генетическая изменчивость, например, если одни из них устойчивее к антибиотикам, чем другие, то промежуточная доза будет стимулировать естественный отбор по признаку устойчивости к антибиотикам. Когда врач велит вам продолжать прием лекарства, он делает это для того, чтобы повысить вероятность гибели всех бактерий, не оставляя в живых устойчивых или полуустойчивых мутантов. Будь мы ближе знакомы с теорией Дарвина, мы смогли бы раньше осознать опасность появления устойчивых к антибиотикам микроорганизмов. К сожалению, брошюры вроде той, которую я видел в приемной своего врача, ничуть не способствуют просвещению. Очень жаль, что упущена замечательная возможность рассказать людям о могуществе естественного отбора.

Мой коллега доктор Джон Эндлер, недавно переехавший из Северной Америки в Эксетер, рассказал мне замечательную, хоть и невеселую, историю. Эндлер, будучи в Америке, летел внутренним рейсом, и попутчик спросил его, чем он занимается. Эндлер ответил, что он — профессор биологии, изучает популяции диких гуппи Тринидада. Пассажир заинтересовался и принялся расспрашивать Эндлера. Восхищенный элегантностью теории, на которой, очевидно, основывались эксперименты, попутчик спросил Эндлера, что это за теория и кто ее автор. Тогда-то Эндлер и обрушил на голову собеседнику взрывоопасную информацию: «Это дарвиновская теория эволюции путем естественного отбора». Вдруг поведение собеседника совершенно изменилось. Он побагровел, резко отвернулся и прекратил всякое общение, отказавшись от продолжения прекрасной беседы. Воистину прекрасной: Эндлер рассказал мне, что перед этим конфузом сосед «задал несколько отличных вопросов, указывающих на то, что он с удовольствием и пониманием участвовал в беседе. Поистине горько».

Эксперименты, о которых Эндлер рассказывал своему предвзятому попутчику[63], просты и элегантны и прекрасно иллюстрируют скорость, с которой может идти естественный отбор. Мне кажется, что работам Эндлера на страницах этой книги самое место, особенно учитывая, что он — автор труда «Естественный отбор в дикой природе» — лучшей на сегодняшний день книги с примерами подобных исследований и описанием методов.

Гуппи — широко известная пресноводная аквариумная рыба. Самцы гуппи (как и фазанов, с которыми мы встречались в главе 3) окрашены ярче самок. Аквариумисты поддержали усилия природы и вывели еще более ярких рыб. Эндлер изучал диких гуппи Poecilia reticulata, обитающих в горных реках Тринидада, Тобаго и Венесуэлы. Он заметил, что географически обособленные популяции заметно отличаются друг от друга: в некоторых самцы были окрашены во все цвета радуги и по яркости приближались к выращенным в аквариумах. Эндлер предположил, что предки этих самцов отбирались самками в зависимости от окраски, — то же самое происходило у фазанов. В других районах самцы гуппи, напротив, были окрашены гораздо скромнее, хотя все же ярче самок. Они, как и самки, обладали камуфляжной окраской, соответствующей каменистому дну ручьев, в которых они жили. Сравнивая численные показатели популяций из различных районов Венесуэлы и Тринидада, Эндлер показал, что в тех ручьях, где наблюдалась блеклая окраска самцов, гуппи активнее поедались хищниками. В ручьях же, где хищников меньше, самцы окрашены броско, число цветных пятен на их теле больше, пятна крупнее и ярче. При минимуме хищников самцы могли свободно развивать окраску, привлекающую самок, а там, где хищников больше, лучше поостеречься. Во всех популяциях присутствует эволюционное давление самок на самцов, заставляющее последних вырабатывать более привлекательную окраску, вне зависимости от наличия хищников и давления с их стороны. Эволюция, как всегда, находит компромисс между противоречивыми давлениями отбора. Эндлеру удалось не только проанализировать, как модель компромисса варьируется от популяции к популяции, но даже перейти к экспериментам.

Представьте себе, что вы хотите провести идеальный эксперимент и продемонстрировать эволюцию маскирующей окраски. Что вы стали бы делать? Камуфляж животных напоминает фон, на котором им приходится существовать. Можно ли провести эксперимент, в рамках которого животные будут активно приспосабливаться к среде, которую создадите для них вы? Или — еще лучше — создать два фона, по одному на каждую из двух изолированных популяций? В идеале следует провести нечто аналогичное эксперименту с двумя линиями кукурузы, описанному в главе 3. Но в нашем новом эксперименте отбор будет вести не человек, а хищники и самки гуппи. Единственное, чем будут различаться две экспериментальных популяции, — это фон, на котором они будут жить.

Возьмем какое-нибудь животное с камуфляжной окраской — например, насекомое — и рассадим представителей одного вида по разным вольерам (прудам, клеткам и так далее) с разноцветным фоном. Например, можно сделать для одних вольеров зеленый фон (лес), для других — порыжелый (пустыня). Поместив экспериментальных животных в определенную среду, предоставим им жить и размножаться в течение жизни стольких поколений, сколько мы можем себе позволить, а затем вернемся и посмотрим, выработалось ли у них сходство с фоном, зеленым или красным соответственно. Естественно, ожидать такого результата мы можем, только если поместим в тот же вольер хищников. Значит, давайте запустим внутрь, скажем, хамелеона. Во все вольеры? Нет, это же эксперимент. Значит, нам нужен контроль — и мы поместим хищников в половину красных и половину зеленых вольеров. Цель нашего эксперимента — проверить предположение о том, что в вольерах с хищниками будет происходить эволюция в направлении камуфляжной окраски (зеленой или коричневой), в то время как в вольерах без хищников эволюция окраски если и будет идти, то, скорее, в обратном направлении — чтобы сильнее отличаться от фона и быть заметнее для самок.

Много лет мне хотелось провести такой эксперимент с дрозофилой (исходя из быстрой у этих мух смены поколений), но, увы, у меня так и не дошли до этого руки. Поэтому я безумно рад тому, что именно такой эксперимент провел Джон Эндлер, хоть и не с дрозофилой, а с гуппи. Естественно, в качестве хищника он заселял не хамелеонов. Он использовал в этой роли цихлид Crenicichla alta, опаснейших природных врагов гуппи. В выборе фона он тоже не остановился на неинтересном зеленом. Он заметил, что гуппи в своем камуфляже часто используют пятна различного размера, напоминающие камешки, которыми усыпано дно родных ручьев. В некоторых ручьях на дне крупный гравий, в других — почти песок. Именно эту разницу в размерах камней на дне и решил использовать Эндлер. Гораздо изящнее, чем мои зеленый и красный, не правда ли?

Эндлер нашел большую оранжерею, которая изображала для гуппи тропический лес, и устроил в ней десять прудов. На дне каждого лежали камни разного размера: в первых пяти прудах — крупная галька, в остальных — мелкая. Предсказание, таким образом, сводится к следующему: в присутствии хищников эволюция гуппи, живущих в разных средах, пойдет в разных направлениях — каждая популяция будет эволюционировать в сторону размера пятен, характерного для среды. В случае редкости или отсутствия хищников самцы обеих популяций должны изменяться в сторону повышения контрастности своей окраски для привлечения самок.

Вместо того чтобы просто поместить хищников в половину прудов, Эндлер нашел более изящное решение. В эксперименте было три уровня давления со стороны хищников. В двух прудах (по одному с крупной и мелкой галькой) хищников не было вообще. В четырех прудах (по два) обитали опасные цихлиды. В оставшиеся четыре Эндлер поселил рыб еще одного вида (Rivulus hartii), который относительно неопасен для гуппи. Это «слабый хищник», в то время как цихлиды — «сильный хищник». Введение в среду «слабого хищника» лучше отражает природную ситуацию, чем контроль без хищников. Эндлер пытался моделировать естественные условия, а ручьи, в которых природных хищников не было вовсе, ему не были известны.

Итак, гуппи случайным образом распределяются по десяти прудам. Дно пяти прудов засыпано крупной галькой, еще пяти — мелкой. Население всех десяти колоний спокойно размножается в отсутствие хищников в течение полугода. После этого начинается основной эксперимент. В четыре пруда (два с крупной галькой, два — с мелкой) помещается по одному «сильному» хищнику. Еще в четыре помещается по шесть (чтобы точнее отразить соотношение в дикой природе) «слабых» хищников. В двух оставшихся прудах гуппи продолжают жить, как и прежде, без хищников.

Спустя пять месяцев после начала эксперимента Эндлер провел перепись населения. Он подсчитал и измерил пятна на всех рыбках гуппи во всех прудах. Эту операцию он повторил спустя девять месяцев, то есть через четырнадцать месяцев после начала опыта. Достигнутые даже за такой короткий срок результаты оказались впечатляющими. Эндлер воспользовался несколькими количественными параметрами, одним из которых было число пятен на рыбку. До того, как гуппи были выпущены в экспериментальную среду, разброс по этому параметру был чрезвычайно велик, поскольку рыбы собирались из разных ручьев и речек, с разной фактурой дна и количеством хищников. За первые шесть месяцев, проведенные всеми рыбами вдали от хищников, число пятен резко возросло. Вероятно, это был ответ на отбор, осуществляемый самками. Затем, через некоторое время после интродукции хищников в систему, произошли заметные изменения. В четырех прудах с «сильными» хищниками число пятен резко упало. Разница была прекрасно заметна и спустя пять месяцев после начала эксперимента. Ко второй «переписи», через четырнадцать месяцев, тенденция продолжилась. В остальных шести прудах (со «слабыми» хищниками и вовсе без хищников) число пятен увеличивалось. К пятому месяцу оно достигло плато и на этом уровне сохранялось до второй «переписи» после четырнадцати месяцев эксперимента. По этому параметру популяции без хищников и со «слабым» хищником не отличались — по всей видимости, половой отбор со стороны самок, предпочитающих большое количество пятен, оказался сильнее.

Теперь поговорим о размере пятен. Это тоже очень интересно. В присутствии хищников (не важно, «сильных» или «слабых») размеры пятен менялись в соответствии с размером гальки на дне: там, где галька была крупной, пятна увеличивались, в прудах с мелкой галькой — уменьшались. Это несложно интерпретировать как эволюционное изменение в сторону камуфляжной расцветки. Удивительно, однако, другое: в прудах, где хищников вообще не было, Эндлер выявил противоположную тенденцию. Самцы гуппи в прудах с крупной галькой приобретали мелкие пятна, а в прудах с мелкой — крупные. Ведь для того, чтобы привлекать самок, надо быть как можно более заметным и, значит, как можно меньше сливаться с фоном!

Но это все в лаборатории. Мог ли Эндлер получить сходные результаты в дикой природе? Да. Он отправился к ручью, в котором водились цихлиды («сильные хищники» эксперимента), а самцы гуппи, соответственно, имели в основном камуфляжную окраску. Он отобрал некоторое количество гуппи обоих полов и переселил их в приток того же ручья, в котором не было ни гуппи, ни цихлид, зато были Rivulus hartii, «слабые хищники» эксперимента. Спустя двадцать три месяца Эндлер вернулся. Невероятно, но факт: менее чем за два года самцы существенно изменили окраску, став куда ярче — несомненно, под влиянием самок, в условиях, когда хищники не мешали им эволюционировать в сторону яркости.

Один из плюсов науки — в том, что она является публичной деятельностью. Ученые демонстрируют как свои результаты, так и методы работы, и это позволяет любому пройти по их следам. Если результаты не совпадают, возникает вопрос — почему? Но, как правило, проверкой результатов дело не ограничивается, и исследователи идут дальше своих предшественников. Работа Эндлера прямо-таки требовала продолжения. Среди тех, кто подхватил его знамя, был Дэвид Резник из Калифорнийского университета в Риверсайде[64].

Спустя девять лет после того, как Эндлер в последний раз осматривал свой ручей, место эксперимента посетил Резник со своими коллегами. Они еще раз изучили потомков заселенной Эндлером популяции гуппи. Окраска самцов стала очень яркой. Половой отбор со стороны самок продолжился. Но было и еще кое-что. Помните черно-бурых лис из главы 3, у которых искусственный отбор по признаку дружелюбия и желанию идти на контакт с экспериментатором «протащил на хвосте» массу других признаков (смену сезона размножения, формы ушей и хвоста, цвета шкуры и так далее)? Так вот, под действием естественного отбора с гуппи произошло примерно то же.

Резник и Эндлер прежде заметили, что если сравнивать гуппи из ручьев, где давление хищников значительно, с рыбками из водоемов, где хищников мало, то различия в окраске — это верхушка айсберга. Есть масса других различий. Гуппи из водоемов, в которых нет хищников, достигают половой зрелости позднее, чем гуппи из водоемов с обилием хищников, и вырастают крупнее. Они реже приносят потомство, число мальков в выводке у них меньше, новорожденные мальки — крупнее. Когда Резник заново осмотрел потомков изначально заселенной Эндлером популяции, результаты оказались настолько впечатляющими, что в это трудно было поверить. Рыбы, которые эволюционировали только под воздействием полового отбора, направляемого самками, без направляемого хищниками отбора на выживание, приобрели не только более яркую окраску, но и весь спектр перечисленных выше признаков, и приблизились к естественным популяциям, живущим в ручьях без хищников. Эти гуппи стали позднее достигать половой зрелости, стали крупнее, производили меньшее потомство, их мальки были крупнее. Равновесие сместилось в сторону того, что нормально для водоемов, свободных от хищников, где решающую роль играет сексуальная привлекательность. Но удивительнее всего, конечно, тот факт, что все произошло чрезвычайно быстро — за ничтожное по эволюционным меркам время. Чуть позднее мы увидим, что эволюционные изменения, отмеченные Эндлером и Резником, вызванные исключительно естественным отбором (включая половой отбор), происходили со скоростью, сравнимой с искусственным отбором домашних животных. Очередной прекрасный пример эволюции, происходящей прямо перед нашими глазами.

Lingula

Одна из удивительных вещей, которые мы знаем об эволюции, — она может идти и очень быстро, как мы только что увидели, и очень медленно, как видно из палеонтологической летописи. Медленнее всего эволюционируют создания, которых мы называем «живыми ископаемыми». Нет, они не восстают из мертвых, подобно замороженным бактериям Ленски. «Живые ископаемые» — это существа, которые изменились с давних времен настолько незначительно, что, с нашей точки зрения, они все равно что ископаемые.

Из всех «живых ископаемых» я больше всего люблю плеченогое под названием лингула Lingula. Вам не обязательно знать, кто такие плеченогие. Если бы до «великого пермского вымирания» (самая крупная из катастроф биосферы на планете), четверть миллиарда лет тому назад, существовали рестораны, то плеченогие, безусловно, стали бы украшением меню. Их легко перепутать с двустворчатыми моллюсками — мидиями и им подобными, однако они совсем другие. Две створки их раковины — верхняя и нижняя, в то время как створки раковин мидий — правая и левая. Плеченогие и двустворчатые, как верно заметил Стивен Джей Гулд, разошлись в эволюционной истории как в море корабли. «Великое вымирание», как назвал пермскую катастрофу Гулд, пережили немногие плеченогие. Однако современная лингула настолько похожа на ископаемую Lingulella, что изначально им было дано одно родовое название — Lingula. Изображенный на иллюстрации представитель Lingulella относится к эпохе ордовика (примерно 450 миллионов лет назад). Однако обнаружены ископаемые, сначала отнесенные к Lingula и известные теперь как Lingulella, жившие в кембрии, более полумиллиарда лет назад. Надо, однако, признать, что окаменелая раковина — не ахти какой материал для работы, и многие зоологи оспаривают утверждение, что Lingula почти не изменилась с древних времен[65].

Многие проблемы, с которыми мы сталкиваемся при изучении эволюции, связаны с тем, что иные живые существа настолько безответственны, что вообще не желают эволюционировать или эволюционируют ужасно медленно. Был бы закон природы, обязывающий всех эволюционировать с одинаковой скоростью, тогда сходство между двумя организмами точно отражало бы их родство, то есть эволюционное расстояние между ними. Однако нам приходится мириться с участием в гонке «спринтеров», например, птиц, которые распрощались со своими рептильными предками, топтавшими мезозойскую пыль, и взлетели в воздух, подгоняемые тем, что их соседи по эволюционному древу погибли во время космической катастрофы[66]. С другой стороны, нам приходится мириться и с «живыми ископаемыми» вроде лингул, которые с давних времен изменились так незначительно, что могли бы скрещиваться со своими ископаемыми предками, если бы машина времени сумела их познакомить.

Lingulella, очень похожая на своих нынешних родственников

Lingula — не единственный широко известный пример «живого ископаемого». Есть и другие, например, мечехвост Limulus и латимерия (целакант), с которыми мы познакомимся в следующей главе.

Креационисты так влюблены в палеонтологическую летопись, потому что приучены — друг другом! — думать, будто она изобилует пробелами. Они повторяют как мантру: «Покажите, покажите, покажите нам промежуточные звенья». Они с поразительной уверенностью утверждают, будто эти «провалы» смущают эволюционистов. На самом деле нам повезло, что у нас есть хоть какие-то ископаемые, не говоря уже о том, что сейчас известно настолько большое их количество, что можно написать целую эволюционную историю; многие из этих ископаемых согласно любым стандартам — настоящие «промежуточные звенья». В главах 9 и 10 я объясню, почему нам вообще не нужны окаменелости для того, чтобы доказать истинность эволюции. Доказательства эволюции были бы неопровержимыми и в том случае, если бы ни одно живое существо за всю историю Земли не сохранилось в ископаемом состоянии. То, что у нас есть масса ископаемых остатков и каждый день ученые находят новые — большая удача и приятное дополнение. Окаменелости очень убедительно доказывают эволюционные изменения многих крупных групп животных. При этом, разумеется, в летописи есть пробелы, и креационисты их обожают до безумия.

Воспользуемся еще раз нашей аналогией с детективом, прибывшим на место убийства. Баронет застрелен. Очевидцев нет. Следы, отпечатки пальцев, ДНК из пота на рукоятке пистолета, мотив — все указывает на дворецкого. Дело простое и очевидное, и никто в зале суда и в жюри присяжных не сомневается в том, что дворецкий виновен. Однако в последний момент, перед тем как присяжные удалятся для вынесения бесспорно обвинительного вердикта, обнаруживается еще одна улика: кто-то вспоминает, что баронет тайно установил в доме видеокамеры для защиты от взломщиков. Затаив дыхание, присяжные смотрят записи. На одной из них дворецкий открывает шкаф в своей комнате, достает пистолет, заряжает его и со злым блеском в глазах выходит из комнаты. (Казалось бы, это подтверждает обвинения, однако посмотрим, как будут развиваться события.) Адвокат обвиняемого проницательно замечает, что в библиотеке, где произошло убийство, и в коридоре, ведущем от комнаты подозреваемого, камер не было! Убедительно помахивая пальцем (знаете этот типичный адвокатский жест?), он заявляет: «В видеозаписи имеется пробел. Мы не знаем, что делал дворецкий после того, как покинул свою комнату. Для осуждения моего клиента доказательств явно недостаточно».

В отчаянной попытке спасти положение обвинитель указывает на наличие второй камеры в бильярдной, запись с которой показывает через дверной проем все того же крадущегося на цыпочках дворецкого с пистолетом наизготовку. Она ведь закрывает «пробел» в первой записи? Уж теперь-то никаких сомнений в вине дворецкого быть не может. А вот и нет! Адвокат разыгрывает туза: «Мы не знаем, что происходило до или после того, как дворецкий прошел мимо открытой двери в бильярдную. Теперь в видеозаписи два пробела! Господа присяжные, я спокоен за исход этого дела. У стороны обвинения стало еще меньше доказательств против моего подзащитного».

Палеонтологическая летопись — как видеозапись в этом примере. Это бонус, дополнительная информация, нечто, на что мы не имели права рассчитывать при рассмотрении вопроса. Есть масса улик, которые позволяют признать дворецкого виновным, и именно это присяжные и собирались сделать до того, как была найдена запись. Точно так же существует масса доказательств эволюции, основанных на сравнительном изучении современных видов (глава 10) и их географическом распространении (глава 9). Для того, чтобы доказать реальность эволюции, нам не нужны окаменелости — процесс и без них выигран. По меньшей мере нелепо использовать пробелы в ископаемой летописи как свидетельства против эволюции. Я уже говорил: нам очень повезло, что есть хоть какие-то ископаемые.

Вот что было бы действительно сильным аргументом против эволюции, так это обнаружение любой окаменелости в чуждом геологическом слое. Я упоминал об этом в главе 4. Однажды Дж. Б. С. Холдейна спросили, что, по его мнению, могло бы сокрушить теорию эволюции, и он ответил: «Ископаемые кролики в докембрийских слоях». Ни одного такого кролика, ни одной достоверной анахроничной окаменелости до сих пор не найдено. Все известные нам ископаемые — а их много, действительно много, — все без исключения расположены в правильной временной последовательности. Да, имеются пробелы, в которых ископаемые вовсе отсутствуют, но этого и следует ожидать. Однако никогда ни один ископаемый организм не был обнаружен в слое более раннем, чем соответствующий времени, когда он мог появиться в ходе эволюции. Этот факт говорит о многом, и он никоим образом не вытекает из креационистских теорий и не объясняется ими. Как я упомянул в главе 4, хорошая научная теория — это такая теория, которую в принципе опровергнуть можно, но пока не удалось. Опровергнуть теорию эволюции просто: для этого надо найти всего один анахроничный ископаемый организм. Пока, однако, теория эволюции гордо шествует с высоко поднятым знаменем. Скептикам, желающим повергнуть это знамя, следовало бы изо всех сил рыть землю в попытках найти хоть одну неправильную окаменелость. Может, и найдут. Хотите пари?

Самый большой пробел в летописи — и наиболее любимый креационистами — относится к так называемому кембрийскому взрыву. Чуть больше полумиллиарда лет назад, в кембрийскую эпоху, в ископаемой летописи внезапно появляются остатки большинства типов животных (типы — самые крупные подразделения внутри животного царства). Говоря «внезапно», я имею в виду отсутствие таких остатков в докембрийских породах, а не скорость процесса: мы говорим сейчас о промежутке времени примерно в двадцать миллионов лет. Кажется, что двадцать миллионов лет — это немного, когда речь идет о событиях пятисотмиллионолетней давности. Но и тогда за двадцать миллионов лет могло произойти не меньше эволюционных изменений, чем за такой же срок сейчас. И все же перед нами действительно довольно быстрый процесс. Я написал в своей предыдущей книге, что в кембрии многие типы животных появляются в уже очень развитом состоянии[68]. Кажется, будто их просто туда посадили, безо всякой эволюционной истории. Ничего удивительного, что эта видимость внезапности восхищает креационистов.

Последнее предложение показывает, что уже в далеком 1986 году мне хватило здравого смысла, чтобы предугадать симпатию креационистов к кембрийскому взрыву. Увы, на что мне здравого смысла не хватило, так это на то, чтобы предвидеть, как они, ликуя, будут швыряться в меня моими же строчками, аккуратно опуская мои не менее аккуратные объяснения. Однажды я попробовал найти в интернете фразу: «Кажется, будто их просто туда посадили, безо всякой эволюционной истории» — и получил более 1250 результатов. Чтобы проверить свое предположение, что большинство результатов представляет собой цитату, вырванную креационистами из контекста, я ввел в тот же поиск фразу из «Слепого часовщика»: «Эволюционисты всех мастей, однако, полагают, что здесь мы имеем дело с большим пробелом в палеонтологической летописи». Я получил ссылки на 63 веб-страницы. Это в 19,8 раз меньше, чем в предыдущем случае. Предлагаю назвать это соотношение индексом вырывания из контекста (ИВК).

Я обсуждал кембрийский взрыв в нескольких своих книгах, особенно в «Расплетая радугу». Сейчас добавлю один штрих — при помощи плоских червей Platyhelminthes. Этот тип включает паразитических сосальщиков и ленточных червей, имеющих огромное медицинское значение. Мне, однако, куда более симпатичны свободноживущие турбеллярии, которых более четырех тысяч видов: почти столько же, сколько млекопитающих. Некоторые турбеллярии — прекрасные существа. Они широко распространены и в воде, и на суше и, по всей видимости, радуются жизни уже очень давно. Следовательно, можно было бы ожидать наличия достаточно богатой ископаемой летописи. Однако, к несчастью, таких остатков практически нет. Помимо нескольких сомнительных ископаемых следов, не было обнаружено ничего — ни одного окаменелого плоского червя. Все Platyhelminthes, до последнего лентеца, «находятся в уже очень развитом состоянии; кажется, будто их просто туда посадили, безо всякой эволюционной истории». Только в этом случае «туда» — не докембрий, а сегодняшний день. Видите, что это означает — по крайней мере, должно означать — для креационистов? Они уверены, что плоские черви были созданы в ту же неделю, что и все остальные живые существа. Следовательно, на то, чтобы стать окаменелостями, у них было столько же времени, сколько у остальных. Пока животные с костями и панцирями превращались в окаменелости, плоские черви счастливо жили бок о бок с ними, но не оставили в осадочных породах никаких следов. Что же необычного в пробелах в истории существ, которые окаменевают, если вся история плоских червей — один пробел (хотя последние, по утверждению самих же креационистов, существуют столько же, сколько прочие животные)? Если вы используете пробел перед кембрийским взрывом, чтобы утверждать, будто все животные внезапно появились именно тогда и полностью сформировавшимися, будьте добры воспользоваться той же логикой и прийти к выводу, что плоские черви появились в полностью сформированном виде вчера. Однако это противоречит креационистскому тезису о том, что плоские черви были созданы в течение той же недели, что и все остальные животные. Однако и рыбку съесть, и на лошадке покататься в данном случае не получится, и плоские черви не оставляют камня на камне от креационистских утверждений, будто докембрийский пробел в палеонтологической летописи ставит под сомнение факт эволюции.

Турбеллярии. Хотя ископаемые остатки этих червей не обнаружены, существуют они очень давно

Теперь рассмотрим вопрос с эволюционной точки зрения. Почему мы находим так мало докембрийских окаменелостей? Возможно, плоские черви не сохраняются в геологической летописи по тем же причинам, по которым не оставляют окаменевших следов и докембрийские животные[69]. Вероятно, большинство докембрийских животных были мягкотелыми, как плоские черви, и достаточно маленькими, как турбеллярии — и, следовательно, не очень-то годились для фоссилизации (превращения в окаменелость). Затем, примерно полмиллиарда лет назад, произошло что-то, что позволило останкам животных окаменевать. Например, у них появились твердые минеральные скелеты.

Раньше вместо «пробел в ископаемой летописи» говорили: «недостающее звено». Это словосочетание вошло в моду в викторианской Англии и успешно дожило до XX века. Поскольку большинство превратно понимало теорию Дарвина, термин использовался как ругательство — так же, как в наши дни (совершенно незаслуженно) используется слово «неандерталец». В Оксфордском словаре приводится произнесенная Д. Г. Лоуренсом в 1930 году фраза о даме, сообщившей ему, что он-де «смердит» и являет собой «помесь недостающего звена и шимпанзе».

Исходное — и, как мы вскоре убедимся, превратное — значение словосочетания «недостающее звено» базировалось на убеждении, что в теории Дарвина отсутствует критически важное звено между человеком и другими приматами. Вот, например, как используется это словосочетание в еще одной цитате из той же словарной статьи, но на этот раз из викторианской эпохи: «Я слышал разговоры о каком-то „недостающем звене“ между людьми и мартышками». «Отрицатели истории» и в наши времена часто говорят: вы еще не нашли «недостающее звено»! И напоминают о «пилтдаунском человеке». Мы не знаем, кто осуществил эту мистификацию, но ему есть за что ответить[70]. То, что один из первых кандидатов на роль ископаемого обезьяночеловека оказался подделкой, дал возможность «отрицателям истории» игнорировать огромное количество обнаруженных позднее подлинных окаменелостей. Они и до сих пор продолжают этим заниматься. Если бы они взяли на себя труд взглянуть на факты, то узнали бы, что на данный момент мы обладаем большим количеством ископаемых промежуточных звеньев, связывающих современных людей с общим предком человека и шимпанзе, по крайней мере в человеческой ветви. Интересно, что ископаемых, которые связывали бы современных шимпанзе с этим общим предком (который не был ни человеком, ни шимпанзе), пока не обнаружено. Возможно, это следствие того, что шимпанзе живут в лесах, а лес не предоставляет условий для фоссилизации. Если уж кто-то и имеет право в наши дни возмущаться по поводу отсутствия связующих звеньев, то это шимпанзе, а не люди.

Таким образом, одно из значений выражения «недостающее звено» — это не покрытая ископаемыми находками эволюционная дистанция между человеком и остальными животными. В этом смысле звено больше не является недостающим. Я вернусь к этому вопросу в следующей главе, посвященной ископаемым остаткам ближайших предков человека.

В другом случае, когда говорят о «недостающем звене», имеют в виду предполагаемую скудость известных нам остатков так называемых переходных форм между крупными группами животных, например, между рептилиями и птицами либо между рыбами и амфибиями. В ответ эволюционисты предъявляют «отрицателям истории» ископаемого археоптерикса — знаменитую переходную форму между рептилиями и птицами. Однако этот путь ошибочен: археоптерикс — это не ответ на вызов, потому что вызова, достойного хоть какого-либо ответа, просто нет. Поднимать на щит какое-нибудь одно широко известное ископаемое — значит потакать заблуждению. На самом деле множество окаменелостей можно назвать промежуточными формами. Якобы существующая проблема, ответом на которую якобы является археоптерикс, основывается на устаревшей концепции Лестницы существ (разберемся с ней позднее).

Самые дурацкие из этих «вызовов» — следующие (с различными вариантами). Первый: если человек произошел от обезьян, те — от лягушек, а лягушки, в свою очередь, от рыб, то почему мы не обнаруживаем ископаемые остатки лягузьяны?[71] Честное слово, я видел креациониста-мусульманина, вопрошавшего, почему ученые не могут предъявить остатки крокоутки. Вторая: «Я поверю в эволюцию не раньше, чем увижу обезьяну, родившую человеческого ребенка». То же самое, плюс ошибочное мнение, будто крупные эволюционные изменения происходят в одночасье.

Среди огромного количества комментариев[72], которые я получил после публикации в лондонской газете «Санди таймс» статьи о моем фильме, посвященном Дарвину, обе эти ошибки присутствовали в двух соседних посланиях:

Мнение Докинза о религии абсурдно, поскольку эволюция — это не более чем еще одна религия! Она требует уверовать в то, что все мы произошли от одной-единственной клетки… и что улитка может превратиться в обезьяну — ХА-ХА-ХА — самая смешная из религий!

Джойс, Уорикшир, Британия

Докинзу стоило бы объяснить, почему наука до сих пор не обнаружила «недостающие звенья». Вера в науку, ни на чем не основанную, куда хуже, чем вера в Бога.

Боб, Лас-Вегас, США

В этой главе рассматриваются все подобные заблуждения. Начнем с глупейшего.

Итак, почему в палеонтологической летописи нет лягузьяны? Естественно, потому, что обезьяны не происходят от лягушек. Ни один эволюционист в здравом уме этого не скажет. Точно так же утки не происходят от крокодилов, а крокодилы — от уток. У лягушек и обезьян был общий предок, однако он не был похож ни на лягушку, ни на обезьяну. Возможно, он был немного похож на саламандру. Кстати, ученые нашли ископаемые остатки саламандроподобных животных, вполне подходящие по времени, но дело не в этом. Каждый из миллионов видов животных имеет общего предка с любым другим. Если же ваше понимание эволюции искажено настолько, что вы ожидаете увидеть лягузьяну и крокоутку, то почему не рассуждать о загадочном отсутствии собакопотамов и слонманзе? Да и зачем ограничиваться млекопитающими? Почему не тарангуру (кенгуру плюс таракан) или осьмипард (осьминог плюс леопард)? Можно породить бесконечно много нелепых названий. Разумеется, бегемоты не происходят от собак, а собаки — от гиппопотамов. Шимпанзе не являются потомками слонов, а мартышки — лягушек. Ни один из современных нам видов не происходит от другого современного вида (не считая недавно разделившихся видов). Поискав хорошенько, вы можете найти ископаемые остатки животных, близких к общему предку лягушки и мартышки или, например, слона и шимпанзе.

Эомайя

Повторю: люди не происходят от обезьян. У нас есть общий предок. Так получилось, что он был гораздо больше похож на обезьяну, чем на человека, и если бы мы случайно повстречались с ним около 25 млн лет назад, то с полным правом назвали бы его обезьяной. Но даже несмотря на то, что человек произошел от животного, которое можно назвать обезьяной, ни одно животное никогда не родит детеныша, относящегося к другому виду, по крайней мере если эти два вида отличаются друг от друга так же сильно, как человек отличается от мартышки (или даже от шимпанзе).

То, что эволюция — процесс, это не просто факт, а естественная необходимость. Гигантские скачки за одно поколение — такие, как рождение человеческого ребенка обезьяной, — почти так же маловероятны, как и божественное творение, и по этой же причине нами отвергаются. Было бы прекрасно, если бы оппоненты эволюционной теории постарались изучить хотя бы основы того, против чего борются.

В основе нелепых требований предъявить «недостающие звенья» лежит средневековый миф, который властвовал над умами ученых мужей до появления Дарвина и который поныне продолжает многих смущать. Я говорю о концепции Лестницы существ, в соответствии с которой все во Вселенной расположено иерархически, на ступеньках гигантской лестницы — на самом верху Бог, после архангелы, после ангелы разных чинов, после люди, после животные, растения и так далее, вплоть до камней и других объектов неживой природы. Учитывая, что этот миф относится к временам, когда расизм цвел пышным цветом, вряд ли надо уточнять, что тогда и не все люди считались достойными занимать одну и ту же ступень. Конечно, мужчины горделиво стояли ступенью выше женщин своего ранга (и поэтому в начале абзаца я написал: «над умами ученых мужей»). Но когда на сцене появилась эволюционная теория, больше всего путаницы породили устаревшие представления об иерархии внутри животного царства. Казалось логичным, что «низшие» животные эволюционировали в «высших». Следовательно, мы вправе ожидать обнаружения «связующих звеньев» между ними, отражающих восхождение по иерархической лестнице. Лестница с провалами выглядит неубедительно. И именно этот образ — лестницы с недостающими ступенями — лежит в основе скепсиса по отношению к «недостающим звеньям». Но, как я сейчас покажу, миф о Лестнице существ целиком ошибочен и антиэволюционен.

Словосочетания «низшие животные» и «высшие животные» так легко слетают с нашего языка. Так же легко, казалось бы, они должны вписываться в эволюционное мышление — и тем неожиданнее осознание того, что эти понятия глубоко антиэволюционны. Казалось бы, мы всегда понимали, что шимпанзе — существо более сложное, «высшее», в то время как дождевые черви — «низшие» существа. Мы думаем, будто мы знаем, что это значит — и эволюция, казалось бы, еще лучше проясняет смысл этих понятий. Однако это не так. На самом деле вообще не ясно, имеют ли смысл эти слова. Если же они значат что-либо, то значений столько и они такие разные, что в итоге разделение животных на «низших» и «высших» только запутывает или даже оказывается откровенно вредным.

Перечислим несколько более или менее ошибочных смыслов, которые можно вложить во фразу: обезьяна — «высшее» в сравнении с дождевым червем животное.

Нелегко представить себе сильнее меняющее уклад жизни событие, чем полет человека в космос и выход животных на сушу. Переход от одной среды к другой требует радикальных перемен во всех частях и системах тела. Жабры, превосходно поглощающие кислород из воды, в атмосфере бесполезны, а легкие бесполезны в воде. Способы передвижения, в воде ловкие, быстрые и маневренные, неприемлемы на суше — и наоборот. Не случайно появились пословицы «как рыба, вытащенная из воды» и «плавает как топор». И не случайно «недостающие звенья» в палеонтологической летописи, относящиеся к этому периоду, вызывают повышенный интерес.

Если нырнуть поглубже во время, мы обнаружим, что когда-то все живые существа обитали в море, этой соленой и мокрой колыбели. Время от времени в эволюционной истории случалось, что предприимчивые особи из разных групп организмов выходили на сушу, иногда даже в самые сухие из пустынь, и уносили с собой морскую воду в виде собственной крови и клеточных жидкостей. Кроме рептилий, птиц, млекопитающих и насекомых, на суше преуспели скорпионы, улитки, ракообразные (сухопутные крабы и мокрицы), кивсяки и сороконожки, пауки со своими родичами, по меньшей мере три типа червей. Не следует забывать также об источнике углерода — растениях, выигравших авангардный бой, без победы в котором не смогла бы произойти ни одна из упомянутых миграций.

Нам невероятно повезло в том, что палеонтологическая летопись содержит записи о пути исхода рыб на сушу. Как, кстати, и обратного процесса, в течение которого предки китов и дюгоней много позднее бросали с трудом завоеванную сушу и возвращались в море. Звенья, считавшиеся недостающими, в настоящий момент обнаружены и украшают наши музеи.

Говоря, что рыбы выбрались на сушу, следует помнить прежде всего о том, что рыбы, как и рептилии, не представляют собой естественную группу. Рыбы — это все позвоночные, за исключением вышедших на сушу. Поскольку эволюция позвоночных на ранних стадиях происходила в море, не удивительно, что там и осталась большая часть ветвей этой группы. И, даже если они очень далеки от других рыб, мы называем их рыбами. Форель и тунец ближе к человеку, чем к акуле, однако и тех, и других мы считаем рыбами. Двоякодышащие и латимерии ближе к людям, чем к тунцу и форели (и, конечно, акуле), однако и их называют рыбами. Даже акулы ближе к человеку, чем к миногам и миксинам (единственным ныне живущим представителям некогда процветающей группы бесчелюстных рыб). Но и их мы называем рыбами. Позвоночные, предки которых никогда не выходили на землю, выглядят как рыбы, плавают как рыбы (в отличие, например, от дельфинов, которые плывут, изгибая позвоночник вверх и вниз, а не вправо-влево) и, полагаю, на вкус как рыба.

Из примеров с птицами и рептилиями видно, что для эволюциониста естественная группа животных — это такая группа, все члены которой ближе друг к другу, чем к любому организму, не являющемуся членом группы. Птицы — естественная группа, поскольку их последний общий предок не имеет других потомков, кроме птиц, а рыбы и рептилии естественными группами не являются. Последний общий предок всех рыб является также общим предком многих других организмов. Если отталкиваться от акул, то мы, млекопитающие, принадлежим к группе, включающей также современных костистых рыб (в противоположность хрящевым, например акулам). Если отталкиваться от костистых, или лучеперых рыб (лосось, форель, тунец, рыбаангел, вообще все рыбы, которых вы видели, кроме акулы), то мы принадлежим к группе, к которой также относятся все наземные позвоночные, а также так называемые лопастеперые рыбы. Именно от лопастеперых рыб произошли все наземные позвоночные, и потому нам стоит обратить особое внимание на их плавники.

К нашему времени из лопастеперых сохранились только целаканты и двоякодышащие рыбы (ну и, конечно, все наземные позвоночные). Лопастеперыми их называют потому, что их мясистые плавники больше напоминают ноги, чем типичные лучевые плавники хорошо знакомых нам рыб. Недаром книга известного специалиста по целакантам Дж. Л. Б. Смита, южноафриканского ихтиолога, представившего их широкой общественности после того, как в 1938 году при тралении поймали первого живого представителя вида, называлась «Старина Четвероног». Смит писал: «Не нужно особого воображения, чтобы представить себе, какой переполох вызвало бы внезапное появление перед нами исполинского динозавра! Вообще обнаружить какой-нибудь фрагмент далеких эпох считается целым событием. И пусть целакант ростом не с динозавра, его появление во многом еще более поразительно». Целаканты были хорошо известны в виде отпечатков и ископаемых остатков, однако считалось, что они вымерли еще во времена динозавров.

Смит с чувством описал свою первую встречу с целакантом. Взглянуть на этот потрясающий улов и высказать экспертное мнение Смита попросила Марджори Куртенэ-Латимер, обнаружившая рыбу (которую Смит позднее назвал латимерией):

Целаканты ближе к нам, чем к большинству рыб. Они несколько изменились со времен нашего последнего общего предка, но не слишком сильно для того, чтобы, по общему признанию и с точки зрения рыбака, быть выделенными из группы рыб. Но они, как и двоякодышащие, действительно ближе к нам, чем к форели, тунцу и вообще большинству рыб. Целаканты и двоякодышащие — примеры так называемых «живых ископаемых».

Тем не менее мы не происходим ни от двоякодышащих, ни от целакантов. С двоякодышащими нас объединяет предок, который был больше похож на рыбу, чем на человека. Но, если честно, он и на рыбу-то не был похож. Двоякодышащие — живые ископаемые, но все же они очень далеки от наших общих предков. В поисках этих существ нам надо обратиться не к живым, а к настоящим ископаемым, в особенности из девонских слоев: там зафиксирован переход от живших в воде рыб к первым позвоночным, освоившим сушу. Мы были бы чересчур самонадеянны, если бы рассчитывали найти наших предков даже среди ископаемых, но все же вполне можно найти остатки организмов, достаточно близких к нашим предкам, и по их строению понять, на кого наши предки были похожи.

Среди пробелов в палеонтологической летописи хорошо известен так называемый пробел Ромера. Он назван в честь известного американского палеонтолога Альфреда Шервуда Ромера и представляет собой временной отрезок с конца девонского периода (примерно 360 миллионов лет назад) до первой трети карбона (около 340 миллионов лет назад). После пробела Ромера мы находим безошибочно определяемых амфибий, расплодившихся в болотах, богатое разнообразие саламандроподобных животных, некоторые из которых были размером с крокодила, напоминая его и своим обликом. Вообще, это был настоящий век гигантов: в те времена жили даже стрекозы с размахом крыльев больше моей руки — самые крупные из обитавших на планете насекомых[80]. Каменноугольный период, начавшийся примерно 340 миллионов лет назад, для амфибий представлял собой аналог эры динозавров. Но перед ним — провал, пустота, пробел Ромера. А прежде этого пробела мы вместе с Ромером видим только рыб — лопастеперых рыб, живших в воде. Где же «промежуточные звенья»? И что заставило их выйти на сушу?

В далекие времена студенчества в Оксфорде мое воображение будоражили лекции заслуженно известного Гарольда Пьюзи. Он умел, несмотря на свою сухую и нудную манеру изложения, увидеть за иссохшими костями животное из плоти и крови, жившее в давно ушедшую эпоху[81]. Собственное (хотя и происходящее от самого Ромера) объяснение причин, побудивших лопастеперых заполучить легкие и ноги, чтобы выйти на сушу, Пьюзи крепко вложил в мою студенческую голову. Я до сих пор вижу в нем смысл, несмотря на то, что в наши времена оно несколько менее в моде, чем во времена Ромера. И Ромер, и Пьюзи представляли себе ежегодные засухи, во время которых озера, пруды и речушки пересыхали, а в следующий паводок заполнялись снова. В этих условиях рыбы — водные обитатели — могли, однако, получать существенное преимущество от приобретенной способности жить на суше в короткие промежутки времени, когда им требовалось переползти из пересыхающего озера или пруда в более глубокий водоем, в котором можно дожить до следующего влажного сезона. Получается, что наши далекие предки не столько выходили на сушу, сколько пользовались ею как понтоном, по которому можно вернуться в воду. Многие современные нам животные поступают так же.

К сожалению, в предисловии к изложению своей теории Ромер показал, что девон был засушливым периодом. Поэтому, когда позднее выяснилось, что это не совсем так, появились сомнения и в справедливости самой теории Ромера. По-моему, Ромеру просто следовало отказаться от этого введения, в любом случае претенциозного. В «Рассказе прародителя» я упоминал, что теория Ромера еще жизнеспособна, даже если климат в девоне был куда менее засушлив, чем предполагалось.

Как бы то ни было, вернемся к ископаемым. В позднем девоне — периоде, предшествовавшем каменноугольному — удалось обнаружить жалкие крохи. Однако эти крохи представляют собой волнующие следы «недостающих звеньев»: животных, которые продвинулись по пути от обычных в девонских морях лопастеперых рыб к амфибиям, заполнившим болота каменноугольного периода. В 1881 году в коллекции останков из Канады был обнаружен первый представитель этих животных, близких к лопастеперым — эустеноптерон. По-видимому, это была рыба, охотившаяся у поверхности воды и, вопреки ранним предположениям, никогда не выходившая на сушу. Тем не менее она обладала анатомическими особенностями (кости черепа, зубы и, главное, плавники), характерными для амфибий, живших на 50 миллионов лет позднее. Вероятнее всего, эустеноптерон при помощи плавников плавал, а не ходил, однако кости плавников расположены характерным для тетрапод, то есть четвероногих (собирательное название наземных позвоночных), образом. В передней конечности единственная плечевая кость соединялась с двумя костями предплечья — лучевой и локтевой, а они, в свою очередь, присоединялись к нескольким небольшим костям, которые мы, настоящие тетраподы, называли бы пястью, запястьем и пальцами. Задние конечности были устроены аналогичным образом.

Затем, уже со стороны амфибий, где-то на границе девона и карбона, то есть на 20 миллионов лет позднее, появляется ихтиостега (найдена в 1932 году в Гренландии). Кстати, пусть мысли о холоде и льдах вас не смущают. Во времена ихтиостеги Гренландия располагалась на экваторе. Первая реконструкция этого ископаемого животного была выполнена шведским палеонтологом Эриком Ярвиком в 1955 году. Он изображал ихтиостегу существенно ближе к сухопутным, чем считают современные эксперты. Согласно современной реконструкции Пера Альберга из Университета Уппсалы (родного университета Ярвика), ихтиостега большую часть времени проводила в воде, но совершала, вероятно, и недолгие вылазки на сушу. Тем не менее она куда сильнее напоминала саламандру, чем рыбу, и голова у нее была плоской, как у амфибий. В отличие от современных тетрапод, имеющих по пять пальцев на передних и задних конечностях (по крайней мере на эмбриональной стадии; во взрослом состоянии они могут часть пальцев утрачивать), у ихтиостеги было по семь пальцев. Похоже, что ранние тетраподы обладали большим простором для экспериментов в количестве фаланг и пальцев, чем мы теперь. По-видимому, в какой-то момент эмбриологические процессы зафиксировались на пяти пальцах, и был сделан шаг, после которого нам оказалось трудно повернуть вспять. Трудно, но не очень: встречаются же шестипалые кошки, а у людей бывает по шесть пальцев. Эти дополнительные пальцы возникают из-за дупликации.

Эустеноптерон

Еще одно прекрасное ископаемое из тропической Гренландии, датируемое границей девона и карбона, было названо акантостегой. Как и ихтиостега, это животное имело плоский череп и конечности, характерные для тетрапод. Однако оно еще сильнее отличалось от того, что мы считаем стандартом: у акантостеги было восемь пальцев. Наибольший вклад в исследование акантостеги внесли Дженни Клак и Майкл Коутс из Кембриджского университета. Они считают, что акантостега, как и ихтиостега, была водоплавающим животным, но имела легкие. Устройство конечностей этого животного свидетельствует о том, что в случае необходимости оно могло перемещаться по суше практически так же хорошо, как и в воде. Выглядело же оно как гигантская саламандра. Возвращаясь к «рыбьей» стороне провала Ромера: пандерихтис, также живший в позднем девоне, был чуть более близок к амфибиям, чем эустеноптерон. Но если бы вы увидели его живьем, то назвали бы рыбой, а не саламандрой.

Ихтиостега

Акантостега

Таким образом, остается промежуток между амфибиеподобной рыбой пандерихтисом и рыбоподобной амфибией акантостегой. А где же звено между ними? Его поисками занималась группа из Университета Пенсильвании, в том числе Нил Шубин и Эдвард Дэшлер. Основываясь на результатах той экспедиции, Нил Шубин сделал серию блестящих замечаний об эволюции человека в своей книге «Внутренняя рыба». После долгого выбора места для поисков они отправились в горный район Канадской Арктики, содержавший породы позднего девона. Отправились — и нашли настоящее зоологическое сокровище. Тиктаалик! Это имя никогда не забудется[82]. По-латыни — Tiktaalik, а на инуитском языке оно означает «крупная пресноводная рыба». В связи же с видовым названием тиктаалика (roseae) я могу рассказать поучительную историю о самом себе. Услышав это название и увидев фотографии (цветная вклейка 10), я представил себе классические девонские отложения, знаменитый «древний красный песчаник» графства Девон и города Петры (тот самый «город цвета красных роз», который «наполовину младше земных времен»[83]).

Пандерихтис

Как же я ошибся! На фотографиях розовый отчаянно преувеличен, а имя было выбрано в честь мецената, финансировавшего экспедицию в Арктику. Вскоре после этого открытия я обедал с доктором Дэшлером, и мне была оказана честь осмотреть находку. Признаюсь, мое зоологическое «я» (или моя «внутренняя рыба»?) были потрясены до потери дара речи. Я представил, что смотрю в лицо своего прямого предка. Как бы фантастично ни звучали мои слова, но эти не-совсем-розовые-остатки были тем самым мертвым предком, который был всего наполовину младше земного времени.

Если бы вам довелось столкнуться с живым тиктааликом нос к носу, вы скорее всего сбежали бы: до того он напоминал крокодила. Голова крокодила на теле саламандры с рыбьим хвостом. У тиктаалика, в отличие от рыб, была шея, и он мог поворачивать голову. Со всех точек зрения тиктаалик представляет собой совершенное «недостающее звено» — совершенное потому, что он практически ровно наполовину рыба, наполовину — амфибия, а также потому, что тиктаалик теперь с нами. У нас есть его ископаемые остатки. Их можно увидеть, потрогать, даже попытаться почувствовать их древность — безрезультатно.

Выход из моря на сушу запустил цепочку преобразований в каждой сфере, от дыхания до размножения. Это был великий поход через биологическое пространство. Тем не менее впоследствии некоторые вполне успешные наземные животные отказывались от завоеванной земли и с необъяснимым упорством стремились обратно в воду. Тюлени и морские львы прошли эту дорогу наполовину. Они показывают нам, как могли выглядеть промежуточные звенья на пути к китам и дюгоням. Киты (включая мелких китов, которых мы называем дельфинами) и дюгони со своими близкими родственниками ламантинами совершенно оставили сушу и возвратились к жизни в море, как их далекие предки. Они вообще не выходят на берег, даже для размножения. Однако им так и не удалось выработать ничего похожего на жабры, утраченные предками, и поэтому они продолжают дышать атмосферным воздухом. К другим животным, возвращающимся в воду хотя бы на некоторое время, относятся: прудовики Lymnaeidae, водяные пауки Cybaeidae, жуки-плавунцы Dytiscidae, крокодилы, каланы Lutra, морские змеи Hydrophiinae, куторы Neomys, галапагосские нелетающие бакланы Phalacrocorax harrisi, галапагосские морские игуаны Amblyrhynchus cristatus, водяные опоссумы Chironectes minimus, представители южноамериканских сумчатых, утконосы Ornithorhynchus anatinus, пингвины и водные черепахи.

Долгое время эволюция китов была для нас тайной за семью печатями, но в последние годы мы существенно приблизились к ее разгадке. Результаты, полученные молекулярной генетикой (см. главу 10), показывают, что наиболее близкими родичами китов из ныне живущих животных являются бегемоты, затем свиньи, а после — жвачные. Удивительно, что в результате генетического анализа гиппопотамы оказались в эволюционном отношении ближе к китам, чем к парнокопытным — свиньям и жвачным, которые внешне похожи на них гораздо сильнее. (Вот и еще один пример того, что внешнее сходство организмов далеко не всегда указывает на их родство. Мы уже отметили это несоответствие, когда говорили о латимериях, для которых люди являются более близкой родней, чем другие рыбы. Эта аномалия была порождена выходом на сушу наших далеких предков — выходом, который ускорил их эволюцию и в результате которого двоякодышащие и латимерии остались позади. Они больше похожи на других рыб, чем на нас, просто потому, что не покинули воду.) Бегемоты, по крайней мере отчасти, остались на суше и потому во многом похожи на своих далеких сухопутных родичей — жвачных, в то время как киты, их более близкие родичи, окончательно ушли в воду и изменились так сильно, что их родство с гиппопотамами укрылось ото всех ученых, кроме молекулярных генетиков. Как вышедшие на сушу далекие рыбьи предки будто бы отправились в космос или взлетели в небо на воздушном шаре, так и предки китов избавились от пут гравитации и свободно выплыли в пространство, освоившись в воде.

Эволюционный ряд, соединяющий наземных животных с китами и включающий многочисленные переходные формы, недавно обнаруженные в эоценовых отложениях Африки и Пакистана. Рисунок К. Буэля

В то же время палеонтологическая летопись китов, до сих пор практически полностью состоявшая из белых пятен, была в последние годы восстановлена — в основном благодаря находкам на территории современного Пакистана. История ископаемых китов настолько подробно описана в недавно вышедших книгах (в том числе в «Эволюция: о чем рассказывают ископаемые остатки» Дональда Протеро и «Почему эволюция истинна» Джерри Койна), что я решил подробно ее не пересказывать и ограничился диаграммой из книги Протеро.

Обратите внимание на осторожность, с которой нарисована схема. Любого автора подмывает (авторы старых книг часто уступали этому соблазну) изобразить последовательность ископаемых животных, соединенных стрелками, от древних к молодым. Однако никто не может утверждать наверняка, что Ambulocetus произошел от Pakicetus, а Basilosaurus — от Rodhocetus. Вместо этого осторожно предполагается, что киты произошли от животного, родственного Ambulocetus, похожего на него, возможно — именно от него. Изображенные на схеме ископаемые животные представляют собой разные стадии эволюции китов. Постепенная утрата задних конечностей, превращение передних конечностей в ласты, уплощение хвоста и его превращение в хвостовой плавник — вот некоторые изменения, поэтапный ход которых можно наблюдать в этой элегантной эволюционной последовательности.

Современный дюгонь (вверху) и древний дюгонь Pezosiren

Другая группа полностью водных млекопитающих — сирены (к ним относятся дюгони и ламантины) — имеет куда более неясную палеонтологическую летопись, однако недавно было найдено прекрасное «недостающее звено»: Pezosiren, «шагающий ламантин» с Ямайки[84]. Его ископаемые остатки имеют примерно такой же возраст, как и остатки Ambulocetus — жившего в эоцене «шагающего кита». В целом Pezosiren очень похож на современного ламантина или дюгоня. Отличаются они тем, что у Pezosiren были две пары ног, пригодных для ходьбы, а у его потомков вместо передних ног — плавники, а задних нет вовсе. На рисунке изображены два скелета: современного дюгоня и Pezosiren.

Существует множество свидетельств (включая самые важные — молекулярно-генетические) того, что сирены — родственники слонов, точно так же как киты — родственники гиппопотамов. Тем не менее Pezosiren, вероятно, вел образ жизни, сходный с современными гиппопотамами — проводил большую часть времени в воде, пользуясь ногами и для ходьбы, и для плавания. Строение его черепа, однако, не оставляет сомнений в том, что перед нами представитель сирен. Неизвестно, был ли Pezosiren прямым предком современных дюгоней и ламантинов, но он, бесспорно, хорошо подходит на эту роль.

Когда книга готовилась к публикации, журнал «Нэйчер» напечатал статью об ископаемом животном[85], обнаруженном в канадской Арктике и закрывающем лакуну в эволюционной линии современных ластоногих (тюленей, морских львов и моржей). Найденный скелет (сохранилось около 65 % костей) был назван Puijila darwini. Он относится к раннемиоценовой эпохе (примерно двадцать миллионов лет назад). Это не очень давно: карта мира тогда была почти такой же, как сейчас. Следовательно, найденный ископаемый тюлень (или морской лев — их эволюционные пути тогда еще не разошлись) был арктическим животным, обитателем холодных вод. На основании имеющихся данных мы можем утверждать, что древний тюлень жил и ловил рыбу в пресных водоемах, подобно выдрам (за исключением калифорнийской морской выдры или калана — жителя океанического побережья). Среди современных тюленей большинство обитает в море, только байкальская нерпа населяет пресные воды. У Puijila еще не было ласт, но уже были лапы с перепонками. Вероятно, по земле он бегал как собака (не похоже на современных ластоногих), но проводил большую часть времени в воде, где плавал — также по-собачьи, не прибегая ни к одному из двух способов плавания, впоследствии принятых тюленями и морскими львами. Puijila аккуратно закрывает пробел между сухопутными и водоплавающими существами в родословной ластоногих. Вот и еще одно пополнение в длинном списке звеньев, которые больше не являются недостающими.

Перейдем к другой группе животных, вернувшихся с суши обратно в воду. Пример поразителен еще и тем, что некоторые из них впоследствии вернулись на сушу еще раз! В отличие от китов и дюгоней, морские черепахи не полностью ушли в воду — они выходят на берег, чтобы отложить яйца. Как и все позвоночные, вернувшиеся в воду, они не смогли отказаться от дыхания атмосферным воздухом, но некоторые из них продвинулись в этом направлении несколько дальше китов. Эти водные черепахи, обладая двумя камерами на заднем конце тела, насыщенными кровеносными сосудами, способны извлекать кислород из воды. Одна из австралийских речных черепах получает большую часть кислорода для дыхания буквально, как без стеснения говорят австралийцы, через задницу.

Перед тем как приступить к обсуждению интересных эволюционных проблем, нам придется остановиться на занудных терминологических подробностях[86]. Связаны они с языком. Не случайно Бернард Шоу сказал: «Англия и Америка — это две страны, разделенные общим языком». Эта фраза с полным основанием относится к наименованиям черепах. В британском английском черепахи (turtles) — это те, кто живет в море. Для наземных черепах имеется особое слово (tortoises), свое наименование используется и для пресноводных черепах (terrapins). В американском английском все эти животные называются одним словом — черепаха. Поэтому для английского зоолога словосочетание «наземная черепаха» звучит дико, а для американского (и русского) — нормально. Иногда в американской литературе слово tortoises используется для обозначения отдельной группы черепах Testudinidae, а это современные наземные черепахи. А в британском английском этим словом называются все наземные черепахи, будь они представителями Testudinidae или другого семейства (мы вскоре увидим, что есть вымершие наземные черепахи, не принадлежащие к Testudinidae). Вот такая путаница. Но зоологи, на каком бы языке они ни говорили, называют обобщенно всех этих животных «черепаховые» или хелониевые (калька с латинского названия). Далее в тексте черепахи и хелониевые будут считаться синонимами.

Наиболее заметный признак хелониевых — панцирь. Как он развивался? Как выглядели промежуточные этапы его развития? Какими были «недостающие звенья»? Фанатик-креационист мог бы прибавить: кому нужна половина панциря? Замечательным образом совсем недавно, незадолго до сдачи мною данной книги издателю, были обнаружены ископаемые остатки, дающие ответ на этот вопрос. Остатки принадлежат водной черепахе, жившей примерно 220 миллионов лет назад. Они были обнаружены в позднетриасовых отложениях на территории современного Китая. Животное было названо зубастой полупанцирной черепахой Odontochelys semitestacea, и из ее названия можно заключить, что, во-первых, в отличие от современных черепах, у нее были зубы, во-вторых, она обладала половиной панциря. Кроме того, хвост Odontochelys был существенно длиннее, чем у современных черепах. Все три особенности делают ее прекрасным «недостающим звеном». Живот ее был, как и у современных морских черепах, покрыт пластроном (брюшным щитом), а спинной щит практически отсутствовал. Спина Odontochelys была, по всей видимости, мягкой, как у ящерицы. Несколько плотных костных фрагментов, наподобие характерных для крокодилов чешуй, все-таки имелись. Ребра были уплощены, будто животное пыталось сформировать эволюционную основу будущего панциря.

И вот мы приходим к интересному противоречию. Авторы статьи, представившие миру Odontochelys (Ли, У, Риппель, Ван и Чжао; для краткости я буду называть их китайскими авторами, хотя Риппель — не китаец), считают, что открытое ими животное действительно прошло половину пути к полному панцирю. Другие зоологи не соглашаются с авторами, так как считают, что эволюция панциря происходила не в воде, а наш полупанцирник — водное животное. Журнал «Нэйчер», следуя традиции, публикует в особой колонке комментарии выдающихся экспертов к наиболее важным статьям. Комментарии, посвященные статье об Odontochelys, были составлены двумя канадскими биологами Робертом Рейшем и Джейсоном Хэдом, которые предложили альтернативное объяснение. Может быть, панцирь развился на суше, до того, как предки Odontochelys вернулись в воду? В таком случае Odontochelys мог потерять спинной щит уже после возвращения в водную среду. Некоторые современные нам морские черепахи, пишут Рейш и Хэд, например гигантская кожистая черепаха, полностью или почти полностью утратили спинной щит, так что это предположение правдоподобно.

Дополнительный глаз рыбы Bathylychnops

Отвлечемся ненадолго, чтобы ответить на вопрос, какой толк в половине панциря. Или так: почему у Odontochelys броня только на животе? Может быть, потому, что эта черепаха большую часть времени проводила в поверхностных слоях воды и опасность чаще всего грозила ей из глубины? Современные акулы часто атакуют снизу. Во времена Odontochelys они были широко распространены, и ничто не указывает на отличие их прежних охотничьих приемов от нынешних. В качестве параллельного примера можно привести один из самых неожиданных ходов эволюции — дополнительная пара глаз рыбы Bathyly chnops. По всей видимости, они были предназначены именно для предупреждения атаки хищников снизу. «Основной» глаз смотрит наружу, как у всех рыб. Но на нижнем крае основного глаза есть еще один, небольшой, со своим хрустали ком и сетчаткой.

Филогенетическое древо наземных и морских черепах. Жирным шрифтом выделены группы наземных черепах

Если уж Bathylychnops постарался настолько, что отрастил лишнюю пару глаз, то наращивание дополнительной брони на животе выглядит не таким уж большим делом. Пластрон этой черепахе был необходим. А если вы спросите, почему бы заодно не отрастить и спинной щит, просто на всякий случай — ответ будет таким: панцирь тяжел и неудобен, он сложен в эксплуатации, а его выращивание обходится недешево. Эволюция — это всегда компромисс. Для наземных черепах этот компромисс заключается в приобретении тяжелой прочной брони. Многие морские черепахи, напротив, делают выбор в пользу мощного брюшного щита и облегченного спинного. Odontochelys, таким образом, просто продвинулся по этому пути чуть дальше.

Если, с другой стороны, китайские авторы правы и Odontochelys находился на пути к полному панцирю, и, соответственно, панцирь развился в воде, то получается, что современные наземные черепахи, обладающие полными панцирями, происходят от водных черепах. И это, как мы увидим чуть позднее, скорее всего правда. Но тогда современные наземные черепахи представляют собой результат вторичного выхода на сушу. Удивительно! Никто и никогда не утверждал, что киты или дюгони возвращались на сушу после успешного выхода в водную среду. Альтернативная версия предполагает, что сухопутные черепахи жили на суше и развили панцирь независимо, параллельно с водными родственницами. Это, заметим, возможно. Но так получилось, что у нас есть несколько весомых причин полагать, что морские черепахи действительно вышли на сушу повторно и дали начало современным наземным черепахам.

Если мы, основываясь на молекулярных и других признаках, нарисуем филогенетическое дерево современных черепах, то мы увидим, что практически все группы обитают в водной среде. Сухопутные черепахи составляют единственную ветвь, Testudinidae, окруженную со всех сторон богатейшим скоплением водных ветвей хелониевых. Современные сухопутные черепахи — всего лишь веточка на древе морских черепах. Их морские предки построились и дружными рядами поползли обратно на сушу. Этот факт отлично согласуется с гипотезой, что у существа вроде Odontochelys панцирь развивался в воде. Но тут возникает другая проблема. На филогенетическом дереве, как вы уже заметили, помимо наземных Testudinidae имеются еще два наземных рода вымерших панцирных черепах — Proganochelys[87] и Palaeochersis. На схеме они обозначены как сухопутные (почему — обсудим ниже). Они лежат вне ветвей, представляющих водных черепах. Похоже, что два этих рода были изначально сухопутными.

До открытия Odontochelys эти останки были наиболее древними обнаруженными хелониевыми. Они жили в позднем триасе, как и Odontochelys, но позднее примерно на 15 миллионов лет. Некоторые вполне авторитетные ученые реконструировали их образ жизни как пресноводный, однако недавно обнаруженные данные достаточно уверенно определяют их как сухопутных жителей. Вы можете спросить: а как по остаткам можно определить, в воде или на суше обитало то или иное вымершее животное? Иногда все достаточно просто. Так, ископаемые остатки ихтиозавров (рептилий, современных динозаврам, обладавших плавниками и веретенообразными телами) выглядят как дельфиньи, и жили они, как и дельфины, в воде. Случай черепах, однако, не так прост. Несложно догадаться, что прежде всего следует обратить внимание на конечности. Ласты довольно сильно отличаются от ходильных лап. Уолтер Джойс и Жак Готье из Йельского университета подняли это утверждение с уровня здравого смысла до конкретных цифр. Сняв по три ключевых измерения с конечностей 71 вида современных нам хелониевых (я все-таки сумел справиться с искушением и не стану приводить подробную схему их расчетов, чертовски остроумную), они сделали четкий вывод. Конечности Proganochelys и Palaeochersis были ходильными ногами, а не ластами. Следовательно, они были сухопутными черепахами и жили на суше. Тем не менее, для современных наземных черепах они являются очень далекими родственниками.

А вот и проблема: если мы соглашаемся с китайскими авторами в том, что полупанцирный Odontochelys эволюционировал в воде, то как объяснить два рода покрытых полным панцирем сухопутных черепах на суше, да еще спустя 15 миллионов лет? Если бы наш разговор происходил до открытия Odontochelys, я бы без тени сомнения сказал, что Proganochelys и Palaeochersis были представителями сухопутных предковых групп до возвращения в воду: панцирь развивался на суше. Часть панцирных черепах отправилась в море, как позднее поступили тюлени, киты и дюгони, а другие остались на суше и впоследствии вымерли. Затем часть морских черепах вернулась на сушу и произвела на свет всех современных сухопутных черепах. Именно так, кстати, я и писал в первом варианте этой главы — до выхода статьи, описывающей Odontochelys.

Однако после открытия Odontochelys спор возобновился. Теперь мы имеем три вероятных сценария, в равной степени интригующие:

1. Как Proganochelys, так и Palaeochersis представляют собой выживших представителей наземной группы, которая до этого отправила некоторых своих представителей в воду. Потомком этих пионеров является Odontochelys. Эта гипотеза предполагает, что панцирь развился на суше целиком, а Odontochelys потерял спинной щит в воде, сохранив при этом пластрон.

2. Как предполагают китайские авторы, панцирь мог развиться в воде, причем вначале развился пластрон, защищающий живот, а позднее — спинной щит. В этом случае кем нам считать Proganochelys и Palaeochersis, живших на суше после водного Odontochelys с его полупанцирем? Proganochelys и Palaeochersis могли независимо развить панцирь.

3. Proganochelys и Palaeochersis представляют собой потомков более раннего возврата из воды на сушу. Изумительная мысль, не правда ли?

Мы уже вполне уверены в том, что по меньшей мере однажды черепахи смогли вернуться на сушу. Ранняя группа сухопутных черепах перешла в водную среду своих еще более древних предков — стала морскими черепахами, а затем еще раз вышла на сушу в качестве реинкарнации сухопутных черепах — Testudinidae. Это мы знаем наверное или почти наверное. Но теперь мы столкнулись с предположением, что этот двойной эволюционный путь был пройден дважды — не только современными наземными черепахами, но и триасовыми Proganochelys и Palaeochersis.

В одной из предыдущих книг я назвал ДНК «генетической Книгой мертвых»[88]. Благодаря естественному отбору ДНК любого животного является в определенном смысле летописью условий и эпох, в которых были отобраны предки этого животного. Так, «генетическая Книга мертвых» у рыб описывает моря времен их предков. Первые главы нашей (и большинства млекопитающих) книги рассказывают о море, последующие — о суше. Третья часть такой книги китов, дюгоней, морских игуан, пингвинов, тюленей, морских львов и морских черепах описывает героическое возвращение на эволюционный полигон далекого прошлого — в море. Но в книге поразительных наземных черепах, возможно, дважды независимо и совершенно раздельно во времени и пространстве, появилась четвертая глава, посвященная последнему (?) выходу на сушу. Есть ли другое животное, у которого «генетическая Книга мертвых» содержит столько крутых поворотов сюжета, столько слоев палимпсеста? Напоследок скажу, что я не могу без удивления думать о черепахах, обитающих в пресных и солоноватых водах, об этих близких родственниках сухопутных черепах. Перешли ли их предки непосредственно из моря в солоноватые воды, а оттуда в пресные? Представляют ли они промежуточную стадию на пути из моря обратно на сушу? Или они снова решили повернуть и двигаться к воде от предков, близких к современным сухопутным черепахам? Продолжают ли хелониевые скитаться туда и обратно между водой и сушей на протяжении своей эволюции? Может ли этот палимпсест содержать еще больше слоев?

Девятнадцатого мая 2009 года, в то время как я правил макет этой книги, в сетевом научном журнале PLoS One появилось сообщение об открытии «недостающего звена» между лемуровыми и обезьянами. Это животное, получившее название Darwinius masillae, жило 47 миллионов лет назад во влажном лесу на территории современной Германии. Авторы открытия утверждают, что это наиболее полная находка ископаемого примата всех времен: она содержит не только кости, но и кожу, волосы, часть внутренних органов и даже последнюю пищу, съеденную животным. Сколь бы прекрасна ни была эта находка (цветная вклейка 9), она вызвала шумиху, затуманивающую взор научной общественности. На телеканале «Скай ньюс» объявили, что это ни много ни мало «восьмое чудо света», которое «наконец-то подтвердило истинность теории эволюции Чарльза Дарвина». Вот тебе и Юрьев день! «Недостающие звенья» по-прежнему властвуют над умами.

Внимание, которое Чарльз Дарвин уделил эволюции человека в самой знаменитой своей книге, «Происхождении видов путем естественного отбора», сводится к девяти пророческим словам: «Свет будет пролит на происхождение человека и на его историю». Так фраза выглядит в первом издании, которое я цитирую, если не указываю иное. К шестому изданию он позволил себе раскрыть тему более подробно: «Много света будет пролито на происхождение человека и на его историю». Мне нравится думать о том, как этот великий человек сидел над книгой, нацелив перо на эту фразу, и раздумывал, позволить ли себе вписать «много». Но даже с этим словом вся фраза — явное сознательное принижение.

Дарвин намеренно вынес обсуждение эволюции человека в отдельную книгу — «Происхождение человека и половой отбор». Вероятно, нет ничего удивительного в том, что в книге уделено куда больше внимания половому отбору (исследованному главным образом на птицах), чем эволюции человека. Это неудивительно, поскольку в то время еще не было найдено ни одной окаменелости, связывающей нас с ближайшими родственниками — человекообразными обезьянами. Дарвину были доступны только данные о современных обезьянах, и он успешно воспользовался ими, сделав вывод (верный, хоть и не поддержанный коллегами), что нашими ближайшими родственниками являются африканские человекообразные обезьяны (гориллы и шимпанзе; карликового шимпанзе, или бонобо, тогда не выделяли в отдельный вид; впрочем, он тоже обитает в Африке). Соответственно, если ископаемые остатки предков человека где-то и могут быть обнаружены, то искать их следует в Африке. Дарвин сожалел об отсутствии окаменелостей, но относился к этой проблеме с неизменным оптимизмом. Дарвин, цитируя Лайеля, своего учителя и величайшего геолога эпохи, указывал:

Дарвин, безусловно, имел в виду Африку. Его последователи сначала пренебрегали советом и искали в Азии, что не приблизило решение задачи.

Однако «недостающие звенья» перестали быть недостающими именно благодаря азиатским находкам. Первые обнаруженные окаменелости были сравнительно молодыми — они имели возраст менее миллиона лет — и относились ко времени, когда гоминиды, уже достаточно близкие к современным людям, мигрировали из Африки и достигли Дальнего Востока. Находки были названы в соответствии с местом обнаружения «яванским человеком» и «пекинским человеком». Первый был обнаружен голландским антропологом Эженом Дюбуа в 1891 году и назван им «обезьяночеловеком прямоходящим» (Pithecanthropus erectus). Название отражало в первую очередь убежденность исследователя в том, что он осуществил мечту своей жизни и обнаружил «недостающее звено». Критика обрушилась с двух сторон, что в целом подтверждало вывод Дюбуа: одни оппоненты считали, что кости принадлежат человеку, другие приписывали их гигантскому гиббону. Жизнь Дюбуа после этой находки была полна свар и горечи. Он отрицал сходство между обнаруженным позднее «пекинским человеком» и своей находкой, будучи буквально одержим ею. Дюбуа был уверен в том, что только она представляет собой истинное «недостающее звено». Подчеркивая отличия от остатков «пекинского человека», он описывал последние как существенно более близкие к современному человеку, в то время как «яванский человек из Тринила» являлся, по его мнению, промежуточной стадией между обезьяной и человеком:

Улучшению настроения Дюбуа нисколько не способствовало то, что некоторые читатели решили, будто он посчитал питекантропа гигантским гиббоном, а не промежуточным звеном между человеком и обезьяной. Дюбуа изо всех сил старался подтвердить свою прошлую позицию: «Я по-прежнему, и тверже, чем когда-либо, уверен в том, что тринильский питекантроп в самом деле является „недостающим звеном“».

Креационисты время от времени пытаются использовать в качестве политического оружия утверждение, что Дюбуа в конце жизни якобы перестал считать питекантропа промежуточным обезьяночеловеком. Креационистская организация «Ответы — в книге Бытия» (Answers in Genesis) включила этот тезис в свой список дискредитированных свидетельств[91], которые, как они считают, использовать не следует. Они молодцы, что хотя бы завели такой список. И яванский, и пекинский представители питекантропов по геологическим меркам достаточно молоды: они жили менее миллиона лет назад. В настоящее время их вместе с человеком современности относят к роду Homo, и они включены в него под предложенным Дюбуа видовым именем erectus («прямоходящий»): Homo erectus.

В своей погоне за «недостающими звеньями» Дюбуа выбрал не ту часть света. В принципе, для голландца естественно было в первую очередь заняться голландской Ост-Индией, но человек его целеустремленности должен был все же последовать совету Дарвина и отправиться в Африку: как мы увидим, именно там эволюционировали наши предки. Что же эти представители вида Homo erectus делали вне Африки? Выражение «исход из Африки» позаимствовано у Карен Бликсен, и теперь так называют великое переселение наших предков с Черного континента. Было, однако, два исхода, и важно не путать их между собой. Не так давно, может быть, менее ста тысяч лет назад, кочующие группы Homo sapiens, внешне весьма похожих на нас, покинули Африку и дали начало всем расам, которые мы видим сегодня: инуитам, коренным американцам, австралийским аборигенам, китайцам и так далее. Как правило, словосочетание «исход из Африки» относится именно к этому событию.

Однако был и ранний исход из Африки, и ископаемые остатки этих первопроходцев, принадлежавших к виду Homo erectus, мы находим теперь в Европе и Азии. К ним относятся и пекинские, и яванские находки. Наиболее древний из обнаруженных за пределами Африки ископаемых людей был найден в Грузии. Это существо небольшого роста. Его хорошо сохранившийся череп имеет возраст около 1,8 миллиона лет, как показали современные методы датирования. Оно было названо Homo georgicus (хотя с его выделением в отдельный вид согласны не все таксономисты), чтобы подчеркнуть, что этот человек был несколько примитивнее остальных ранних выходцев из Африки, относящихся к виду Homo erectus. Не так давно, уже после этой находки, в Малайзии были обнаружены каменные орудия более древние, чем датировки Homo georgicus, что подстегнуло процесс поиска окаменелостей на этом полуострове. Как бы то ни было, все эти древние азиатские находки достаточно близки к современному человеку и относятся к роду Homo. В поисках более древних предков нам надо отправиться в Африку. Однако перед этим давайте сделаем паузу и обсудим, чего мы ожидаем от «недостающего звена».

Череп Homo georgicus

Предположим, что мы принимаем всерьез изначальное, неверное понимание словосочетания «недостающее звено» и ищем промежуточную форму между шимпанзе и человеком разумным. Мы не происходим от шимпанзе[92], но можно с уверенностью сказать, что наш общий предок был сильнее похож на шимпанзе, чем на человека. Так, у него не было такого большого мозга, как у нас. Он, скорее всего, не ходил на двух ногах, был куда более волосатым и, безусловно, не владел речью. Хоть мы и должны сохранять стальную твердость в борьбе с широко распространенным заблуждением, будто человек произошел от шимпанзе, представить себе промежуточную форму между подобием шимпанзе и человеком разумным не возбраняется.

Череп шимпанзе

Хотя волосяной покров и речь фоссилизируются плохо, мы в состоянии довольно точно судить о размере мозга по черепу, а о походке — по строению всего скелета (включая череп, поскольку большое затылочное отверстие foramen magnum, представляющее собой отверстие в черепе для прохождения спинного мозга, смотрит вниз у двуногих животных и назад — у четвероногих). Вероятные кандидаты на роль связующих звеньев могли бы иметь любой из следующих признаков:

1. Промежуточные объем мозга и походка: скорее сутулость и шарканье, чем величавая осанка и твердый шаг, любимые старшими сержантами и преподавательницами хороших манер.

2. Мозг с объемом как у шимпанзе. Человеческое прямохождение.

3. Большой, близкий к человеческому объему мозг. Передвижение на четырех конечностях, как шимпанзе.

Теперь, сохраняя в голове эти возможности, рассмотрим доступные нам, но, увы, недоступные Дарвину африканские окаменелости.

Молекулярные доказательства, к которым я обращусь в главе 10, показывают, что общий предок шимпанзе и человека жил примерно шесть миллионов лет назад (может быть, чуть раньше).

Поделим этот срок пополам и взглянем на ископаемые, которым около трех миллионов лет.

Череп AL 444-2

Самая известная из находок этого возраста — эфиопская «Люси». Обнаруживший ее Дональд Йохансон отнес животное к виду Australopithecus afarensis. К сожалению, от черепа «Люси» сохранились только фрагменты, однако нижняя челюсть дошла до нас практически целой. «Люси» по современным меркам была невысокой, но не настолько маленькой, как Homo floresiensis — малютка, которого журналисты, к моей досаде, прозвали «хоббитом». Он жил на индонезийском острове Флорес и вымер совсем недавно — около двенадцати тысяч лет назад. Скелет «Люси» относительно полон, поэтому можно утверждать, что она ходила на двух ногах, но, вероятно, часто искала убежища на деревьях, по которым умела ловко лазать. Все кости, составляющие скелет «Люси», принадлежали одной особи — сейчас это вполне надежно установлено. Этого нельзя сказать о так называемой «Первой семье» — наборе костей, принадлежавших минимум тринадцати особям, похожим на «Люси», жившим примерно в то же время и по неизвестным причинам захороненным вместе (тоже в Эфиопии). Части скелетов «Люси» и «Первой семьи» дают достаточно полное представление о том, как выглядел австралопитек афарский, хотя полную и достоверную реконструкцию трудно провести на основании частей скелетов разных особей. К счастью, в 1992 году в том же районе Эфиопии был обнаружен практически полный череп, известный как AL 444–2. Эта находка подтвердила правильность сделанных ранее реконструкций.

Изучение скелета «Люси» и других окаменелостей того же периода показало, что размер мозга австралопитеков был примерно таким же, как у шимпанзе, однако передвигались они вертикально, на двух ногах, как мы (это второй из трех наших сценариев). «Люси» и ее родня отдаленно напоминали прямоходящих шимпанзе. Двуногое хождение подтверждается уникальной находкой Мэри Лики, обнаружившей в окаменевшем вулканическом пепле следы австралопитека. Они были найдены южнее, в Летоли, в Танзании, и они несколько старше «Люси» и AL 444–2 (им около 3,6 миллиона лет). Считается, что следы принадлежат двум австралопитекам, шедшим рядом (держась за руки?). Главное то, что 3,6 миллиона лет назад по Земле шагала прямоходящая обезьяна с мозгом не крупнее мозга шимпанзе.

Весьма вероятно, что вид, который мы называем Australopithecus afarensis (к нему относится «Люси»), включал наших предков трехмиллионолетней давности. Некоторые ископаемые остатки относят к другим видам того же рода. Практически нет сомнений, что среди представителей рода австралопитеков были и наши прямые предки. Первым обнаруженным австралопитеком — и, соответственно, типовым представителем рода — был так называемый ребенок из Таунга. В возрасте трех с половиной лет он был убит и съеден орлом: отметины в глазницах черепа идентичны отметинам, которые современные орлы оставляют на черепах обезьян, когда выклевывают им глаза. Бедный малыш из Таунга, он кричал на пронизывающем ветру, когда безжалостный крылатый хищник уносил его в небеса. Как мало утешило бы его предвидение своей судьбы — два с половиной миллиона лет спустя стать типовым экземпляром вида Australopithecus africanus. Бедная мать из Таунга, рыдавшая в плиоцене.

Типовой экземпляр — это первый образец нового вида, получивший данное видовое название[93] и соответствующий музейный ярлык. Теоретически более поздние находки полагается сравнивать с типовым экземпляром, чтобы определить, относятся ли они к тому же виду. Ребенок из Таунга был найден и выделен в отдельный новый род и вид южноафриканским антропологом Реймондом Дартом в 1924 году.

Какова, спросите вы, разница между видом и родом? Давайте, прежде чем продолжать, быстро разберемся с этим. Род представляет собой более широкую группу. Виды относятся к родам, причем зачастую к одному роду относится несколько (иногда — огромное множество) видов. Homo sapiens и Homo erectus — это два вида, относящиеся к роду Homo. Australopithecus africanus и Australopithecus afarensis относятся к роду австралопитеков Australopithecus. Латинское название животного или растения всегда включает в себя родовое имя (начинающееся с большой буквы) и видовое имя (со строчной). Иногда к названию присоединяется подвидовое имя, которое следует за видовым, например, Homo sapiens neanderthalensis. Названия часто представляют собой предмет для диспута и поле боя таксономистов. Так, к примеру, многие выделяют неандертальцев в отдельный вид, Homo neanderthalensis, вместо того чтобы считать их подвидом человека разумного, поднимая, таким образом, статус неандертальцев до самостоятельного вида. Родовые и видовые названия также бывают предметом спора, они могут меняться в ходе последовательных ревизий в научной литературе. Так, Paranthropus boisei назывался когда-то Zinjanthropus boisei и Australopithecus boisei[94], и его по-прежнему, по крайней мере неформально, продолжают называть «робустным (или массивным) австралопитеком» — в отличие от двух видов «грацильных австралопитеков», упомянутых раньше. Именно на этот, довольно-таки условный, характер зоологической классификации я хотел Череп «миссис Плез» обратить ваше внимание в этой главе. Таким образом, Дарт дал родовое название Australopithecus ребенку из Таунга, типовому экземпляру рода, и с тех пор нам приходится называть своего предка этим крайне скучным и невыразительным именем. Оно значит всего лишь «южная обезьяна» (ничего общего с Австралией, которая всего лишь «южная страна»). Пожалуй, Дарт мог бы придумать более удачное название. Он мог бы также предположить, что другие представители этого рода будут обнаружены к северу от экватора.

Череп «миссис Плез»

В нашем распоряжении есть прекрасно сохранившийся череп, один из лучших, хотя и без нижней челюсти. Он чуть старше ребенка из Таунга и именуется «миссис Плез». «Миссис Плез» (она на самом деле могла быть маленьким мужчиной, а не крупной женщиной) получила свое прозвище потому, что первоначально была отнесена к роду плезиантропов Plesianthropus. Это означает «почти человек» — несколько лучше «южной обезьяны». Надеюсь, что позднее таксономисты постановят, что «миссис Плез» и подобные ей принадлежат к тому же роду, что и ребенок из Таунга, и всех их ко всеобщему удовольствию станут называть плезиантропами. К сожалению, правила зоологической номенклатуры строги до педантизма. Приоритет названия важнее смысла. Возможно, «южная обезьяна» — неудачное название, но это не важно. Оно введено в обиход до более подходящего Plesianthropus, так что нам, похоже, никуда от него не деться, если только… Я все еще надеюсь, что в пыльном ящике какого-нибудь южноафриканского музея кто-то найдет давно забытые остатки, похожие на «миссис Плез» и ребенка из Таунга, но с ярлыком «Hemianthropus[95], типовой экземпляр, 1920 год». Тогда всем музеям мира пришлось бы немедленно поменять ярлыки на своих экземплярах и слепках австралопитека, и все книги и статьи о предыстории гоминид должны были бы последовать этому примеру. Компьютерные программы по всему миру работали бы сверхурочно, выискивая упоминания об Australopithecus и заменяя его Hemianthropus. Я не могу придумать другого случая, когда международные правила были бы настолько сильны, чтобы заставить весь мир в одночасье поменять название.

Перейдем к следующему важному вопросу — о якобы недостающих звеньях и произволе в наименованиях. Очевидно, что когда наименование «миссис Плез» было изменено с Plesianthropus на Australopithecus, в мире совершенно ничего не изменилось. Предполагается, что никого не заставляют думать иначе. Но рассмотрим аналогичный случай, когда кости повторно исследуют и перемещают, по анатомическим причинам, из одного рода в другой. Или когда конкурирующими антропологами оспаривается самостоятельный родовой статус находок (это бывает очень часто). В конце концов, логика эволюции требует, чтобы существовали индивиды, находящиеся точно на границе двух родов, например, между Australopithecus и Homo. Глядя на «миссис Плез» и череп современного Homo sapiens, легко сказать: эти два черепа, без сомнения, принадлежат к разным родам. Если предположить (сегодня так считают почти все антропологи), что все члены рода Homo происходят от предков, принадлежащих к роду Australopithecus, то из этого непременно следует, что где-то в цепочке видоизменений от предков к потомкам должен был быть по крайней мере один индивид, находившийся как раз на границе. Это важный момент, так что позвольте мне уделить ему еще немного внимания.

Принимая во внимание форму черепа «миссис Плез» как представителя Australopithecus africanus, жившего 2,6 миллиона лет назад, посмотрите на черепа KNM ER 1813 и KNM ER 1470. Оба они датированы приблизительно 1,9 миллиона лет назад и оба большинством авторитетных источников относятся к роду Homo. Сегодня 1813 классифицируется как Homo habilis, но так было не всегда. До недавнего времени к этому виду относили и 1470, но сейчас его чаще упоминают под другим видовым названием — Homo rudolfensis. Еще раз обратите внимание на то, как непостоянны названия.

Череп KNM ER 1813

Череп KNM ER 1470

Череп «Твигги»

Но это не важно: и 1813, и 1470 заняли прочное положение среди Homo. Они отличаются от «миссис Плез» и ее родственников менее выдающимся вперед лицом и большей черепной коробкой. В этом отношении 1813 и 1470 выглядят скорее похожими на человека, а «миссис Плез» — на обезьяну.

Теперь взгляните на череп «Твигги». Сегодня «Твигги» обычно относят к виду Homo habilis. Но ее выступающая морда больше походит на «миссис Плез», чем на 1470 или 1813. Вы, вероятно, не удивитесь, если я скажу, что одни антропологи относят «Твигги» к роду Australopithecus, а другие — к Homo. Более того, каждое из трех этих ископаемых в разное время классифицировалось как Homo habilis и как Australopithecus habilis. Как я отметил, некоторые авторитетные источники в разное время давали 1470 другое видовое название, меняя habilis на rudolfensis. И, в довершение всего, видовое название rudolfensis прикреплялось к обоим родовым названиям — Australopithecus и Homo. Таким образом, к трем ископаемым исследователи примеряли следующие имена[96]:

KNM ER 1813: Australopithecus habilis; Homo habilis

KNM ER 1470: Australopithecus habilis; Homo habilis; Australopithecus rudolfensis; Homo rudolfensis

ОН 24 («Твигги»): Australopithecus habilis; Homo habilis

Должна ли путаница в названиях поколебать нашу уверенность в эволюции? Совсем наоборот. Это именно то, чего мы должны ожидать, учитывая, что все эти существа — найденные наконец промежуточные звенья. Нам бы следовало серьезно беспокоиться, если бы у нас не было промежуточных звеньев, настолько близких к границе, что их трудно классифицировать. Действительно, с эволюционной точки зрения присвоение дискретных названий стало бы по-настоящему невозможным, если бы палеонтологическая летопись была полнее. С одной стороны, счастье, что ископаемые встречаются так редко. Если бы у нас была непрерывная палеонтологическая летопись, присвоение индивидуальных названий видам и родам стало бы невозможным или, по крайней мере, затруднительным. Следует признаться, что разногласия между палеоантропологами по поводу, принадлежит ли определенное ископаемое к тому или иному виду (роду), глубоко и захватывающе безосновательны.

Представьте себе, что по счастливой случайности у нас появилась непрерывная палеонтологическая летопись, в которой «недостающие звенья» отсутствуют. Теперь взгляните на четыре латинских названия, которые были присвоены 1470. На первый взгляд, переход от habilis к rudolfensis кажется меньшим изменением, чем переход от Australopithecus к Homo. Два вида внутри рода должны теоретически быть похожи сильнее, чем один род на другой. Не так ли? Разве это не является основой иерархической классификации, когда необходимо различать уровень родов (скажем, род Homo или Pan противопоставляется родам африканских человекообразных обезьян) и уровень видов (скажем, обыкновенный шимпанзе или бонобо в роде шимпанзе)? Да, это верно, если мы классифицируем современных животных, которые могут рассматриваться как концы ветвей эволюционного древа и предшественники которых так предусмотрительно вымерли, чтобы не путать дискретную картину кроны. Естественно, ветви, которые соединяются друг с другом раньше (ближе к стволу и корням), будут отличаться сильнее, чем ветви, соединение которых (позднейший общий предок) ближе к концам ветвей. Система работает, пока мы не попытаемся классифицировать вымерших предшественников. Но как только мы обращаемся к гипотетически полной палеонтологической летописи, все деления рушатся. Дискретные имена, как правило, становится невозможно применять. Мы легко убедимся в этом, если отправимся в прошлое, подобно тому, как мы это проделали с кроликами в главе 2.

Если отправиться в прошлое по пути развития современных Homo sapiens («человек разумный»), неизбежно дойдешь туда, где различия с современными людьми станут достаточно велики, чтобы живущие там люди получили собственное название, например Homo ergaster («человек работающий»). Тем не менее, на каждом этапе люди, вероятно, были достаточно похожи на своих родителей и детей и безусловно относились к одному виду. Теперь пойдем дальше, отслеживая предков Homo ergaster; и на этом пути обязательно наступает момент, когда нам начинают встречаться особи, которые достаточно отличаются от «обычного» Homo ergaster и потому заслуживают собственного названия, например Homo habilis («человек умелый»). Мы подошли к сути. Если мы вернемся еще глубже в прошлое, в определенный момент нас обступят особи, отличающиеся от современного Homo sapiens так сильно, что им положено дать другое родовое название: например Australopithecus. Беда в том, что «достаточно отличается от современного Homo sapiens» — это далеко не то же самое, что «достаточно отличается от наиболее ранних Homo», здесь обозначенных как Homo habilis. Подумайте о первой рожденной особи Homo habilis. Ее родители были из рода Australopithecus. Она принадлежала к другому роду, чем ее родители? Чепуха! Да, безусловно, так и есть. Но виновата не реальность, а наше человеческое стремление распределить все по категориям и всему дать названия. В действительности не было первой особи Homo habilis. И не было первого экземпляра любого вида, рода, отряда, класса или типа. Каждое когда-либо рожденное существо должно быть причислено к тому же виду, что его родители и дети (если бы при каждом рождении присутствовал зоолог, занятый классификацией). Тем не менее, оглядываясь назад и учитывая тот парадоксально полезный факт, что большинство звеньев отсутствует, классификация на виды, роды, семейства, отряды, классы и типы становится возможной.

Мне хотелось бы, чтобы у нас действительно была полная и непрерывная цепочка ископаемых, полный отчет об эволюционных изменениях. Я желаю этого не в последнюю очередь потому, что хотел бы видеть скорбные физиономии зоологов и антропологов, которые всю жизнь проводят в дебатах, к какому виду или роду отнести то или иное ископаемое. Господа (интересно, почему никогда не дамы?), вы спорите о словах, а не о реальности. Дарвин заметил в «Происхождении человека»:

В ряду форм, незаметно переходящих одна в другую, от какого-либо обезьянообразного существа до человека в его современном состоянии, было бы невозможно указать, которой именно из этих форм следует впервые дать наименование «человек»[97].

Давайте перенесемся вперед через вереницу ископаемых и посмотрим на некоторые звенья — те из них, о которых во времена Дарвина еще не знали. Какие промежуточные звенья мы можем найти между нами и различными существами вроде 1470 и «Твигги», то есть тех, что иногда называют Homo, а иногда — Australopithecus? С некоторыми из них мы уже встречались — с питекантропом и синантропом, которых обычно относят к Homo erectus. Но эти двое жили в Азии, а большая часть эволюции человека прошла в Африке, как сейчас вполне надежно доказано. Питекантроп, синантроп и им подобные были эмигрантами. В самой Африке их эквиваленты в настоящее время обычно классифицируются как Homo ergaster, хотя на протяжении многих лет они все назывались Homo erectus: еще одна иллюстрация непостоянства. Самый известный экземпляр Homo ergaster и один из наиболее полных дошедших до нас дочеловеческих останков — это «мальчик с озера Туркана» («мальчик из Нариокотоме»), обнаруженный Камойей Кимеу, звездой среди охотников за ископаемыми из команды палеонтологов Ричарда Лики.

Череп Homo erectus

«Мальчик с озера Туркана» жил около 1,6 млн. лет назад и умер в возрасте примерно одиннадцати лет. Есть признаки того, что если бы он дожил до зрелости, то вырос бы до 184 см[98]. Прогнозируемый объем его взрослого мозга составил бы около 900 см³. Это было типично для мозга Homo ergaster/erectus, размер которого варьировал в пределах 1000 см³. Это значительно меньше мозга современного человека (1300–1400 см³), но больше мозга Homo habilis (около 600 см³), Australopithecus (около 400 см³) и шимпанзе (примерно такой же). Вы помните, мы пришли к выводу, что наш предок три миллиона лет назад имел мозг шимпанзе, но ходил на задних конечностях? Мы можем предположить, что вторая половина истории, от трех миллионов лет назад до последнего времени, была историей увеличения размера головного мозга. И это действительно так.

Homo ergaster/erectus, который оставил нам много ископаемых экземпляров, является убедительным промежуточным звеном между сегодняшним Homo sapiens и Homo habilis, жившим два миллиона лет назад, а тот, в свою очередь, является прекрасным мостом к Australopithecus, жившему три миллиона лет назад и напоминавшему прямоходящего шимпанзе. Сколько же звеньев нужно предъявить, чтобы не осталось недостающих? Можем ли мы перекинуть мост от Homo ergaster к Homo sapiens? Да, у нас уже есть богатый ассортимент ископаемых, охватывающий последние несколько сотен тысяч лет, которые характеризуются промежуточными признаками. Некоторым были даны собственные видовые названия, например Homo heidelbergensis, Homo rhodesiensis и Homo neanderthalensis. Другие (иногда и те же самые) называются «древними» Homo sapiens. Но, как я не устаю повторять, названия не имеют значения. Важно то, что звенья больше не отсутствуют. Промежуточных видов предостаточно.

Итак, мы имеем прекрасную ископаемую документацию постепенных изменений, начиная с «Люси», «прямоходящего шимпанзе», жившего три миллиона лет назад. Как же «отрицатели истории» воспринимают эти доказательства?

Некоторые из них все буквально отрицают. Я столкнулся с этим в 2008 году, когда снимал для Четвертого канала документальный фильм «Гений Чарльза Дарвина». Я брал интервью у Венди Райт, президента организации «Обеспокоенные женщины Америки». Ее мнение о том, что «экстренные контрацептивы — лучшие друзья педофила»[99], дает четкое представление о силе ее интеллекта, и она полностью оправдала ожидания во время нашего разговора.

В телефильме была использована небольшая часть интервью. Приведенная ниже стенограмма гораздо полнее, однако неполная: здесь я ограничился фрагментами, в которых мы обсуждали палеонтологическую летопись происхождения человека.

Венди: Я снова возвращаюсь к тому, что эволюционистам все еще не хватает знаний, чтобы проследить за эволюцией. Но вместо научного разрешения ситуации эволюционисты подвергают эту тему цензуре. Так, например, нет никаких доказательств эволюционного перехода от одного вида к другому. Если бы это было так, если бы эволюция имела место, то, безусловно, при переходе от птиц к млекопитающим или, я не знаю, еще дальше, было бы хоть одно доказательство.

Ричард: Имеется огромное количество доказательств. Простите, но вы все время повторяете это будто мантру, потому что вы, вся ваша компания, вы только друг друга слушаете. Я имею в виду, что вам нужно просто раскрыть глаза, и вот они — доказательства.

Венди: Ну, тогда покажите их мне, да, покажите кости, покажите мне тушу, покажите мне доказательства — переходные звенья от одного вида к другому.

Ричард: Каждый раз, когда обнаруживают ископаемое, которое находится между одним видом и другим, ваша братия говорит: «Ага, теперь у нас два пробела там, где раньше был один». Я имею в виду, что почти каждое ископаемое, которое мы находим, является промежуточным между чем-то и чем-то.

Венди (смеется): Если бы это было так, Смитсоновский музей естественной истории был бы забит этими примерами, а это не так.

Ричард: Да нет же, это так и есть… Если брать человека, то со времен Дарвина появилось огромное количество доказательств, промежуточных звеньев в цепочке ископаемых людей, у нас есть различные виды австралопитеков, например, и <…> у нас есть Homo habilis — это промежуточное звено между австралопитеком, более древним видом, и Homo sapiens, который моложе. Я хочу спросить, почему вы не считаете эти виды промежуточными?

Венди: Если бы были реальные доказательства эволюции, их показывали бы в музеях, а не только на картинках.

Ричард: Я только что рассказал вам об австралопитеке, Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens — древних и современных Homo sapiens. Это прекрасный набор промежуточных звеньев.

Венди: Но у вас все равно не хватает вещественных доказательств…

Ричард: Вещественные доказательства есть. Сходите в музей и посмотрите на них… У меня их нет с собой, но вы можете пойти в любой музей, и вы увидите австралопитека и Homo habilis, Homo erectus, увидите древних Homo sapiens и современных Homo sapiens. Прекрасный набор промежуточных звеньев! Почему вы продолжаете требовать: «Предоставьте мне доказательства», когда я это уже сделал? Сходите в музей и посмотрите.

Венди: Я ходила. Я ходила в музеи, многие из нас ходили, но остались при своем…

Ричард: Вот скажите, вы видели собственными глазами Homo erectus?

Венди: И я думаю, что вы сейчас пытаетесь, и очень агрессивно, заткнуть нам рот, не дать нам говорить. Кажется, это вы от разочарования, что так много людей до сих пор не верят в эволюцию. Если бы эволюционисты были так уверены в своих убеждениях, то и не было бы необходимости в цензуре. Одно это показывает, что эволюция по-прежнему не доказана и остается под вопросом.

Ричард: Я… Я, признаться, разочарован. Дело не в подавлении. Вот я рассказал вам о четырех или пяти ископаемых… (Венди смеется) … и вы, кажется, просто игнорируете то, что я говорю… Почему бы вам не пойти и не посмотреть на эти ископаемые?

Венди: Если бы они были в музеях, в которые я много раз ходила, я бы объективно взглянула на них, но я возвращаюсь к тому, что…

Ричард: Они есть в музеях.

Венди: Я возвращаюсь к тому, что философия эволюции может вести к возникновению идеологий, которые были для человеческой расы очень разрушительными…

Ричард: Да, но разве не лучше было бы не указывать на ошибочные представления о дарвинизме, которые были страшно извращены в угоду политике, а попытаться его понять — тогда вы были бы в состоянии противодействовать этим ужасным, неверным представлениям.

Венди: Ну, на самом деле нас к этому часто вынуждает агрессивность сторонников эволюции. Не то чтобы мы прячемся от данных, которые вы нам все время предоставляете. Не то чтобы мы не знали об этом — нам деваться от этого некуда. Нам все это все время подсовывают. Но, я думаю, вы разочарованы из-за того, что многие из нас, тех, кто видел ваши данные, все равно не покупаются на вашу идеологию.

Ричард: Вы видели Homo erectus? Вы видели Homo habilis? Вы видели австралопитека? Я вам задавал этот вопрос.

Венди: Я видела, что когда в музеях и учебниках хотят показать эволюционные различия одного вида от другого, они опираются на иллюстрации и рисунки… а не на вещественные доказательства.

Ричард: Ну, вы могли бы съездить в музей Найроби и посмотреть на оригиналы ископаемых, но их слепки — точные копии этих ископаемых — вы можете увидеть в любом крупном музее.

Венди: Ну, позвольте мне спросить, почему вы так агрессивны? Почему вам так важно, чтобы каждый верил в то же, что и вы?

Ричард: Я говорю не о вере, я говорю о фактах. Я рассказал вам о некоторых ископаемых, и каждый раз, когда я вас о них спрашиваю, вы уходите от вопроса.

Венди: Должны же быть тонны вещественных доказательств, а не только отдельные вещи, но, опять же, их нет.

Ричард: Я выбрал ископаемых гоминид, потому что я подумал, что вас они больше всего заинтересуют. Подобные останки можно найти для любой группы позвоночных, которая только придет в голову.

Венди: Я все же вернусь к тому, почему для вас так важно, чтобы все верили в эволюцию…

Ричард: Я не люблю слово «вера». Я предпочитаю просто предлагать людям взглянуть на факты, и вас я прошу взглянуть на доказательства. Я хочу, чтобы вы пошли в музей и посмотрели на факты, а не верили тому, что вам сказали, — будто доказательств нет. Просто сходите и посмотрите на эти доказательства.

Венди (смеется): И да, и я бы сказала…

Ричард: Это не смешно. Я имею в виду, действительно сходите, сходите. Я рассказал вам об ископаемых гоминидах, и вы можете пойти и посмотреть на эволюцию лошади, вы можете пойти и посмотреть на эволюцию ранних млекопитающих, на эволюцию рыб, на переход от рыб к наземным амфибиям и рептилиям. Любое из этих ископаемых вы найдете в любом хорошем музее. Просто откройте глаза и посмотрите на факты.

Венди: И я бы сказала, откройте глаза и узрите сообщества, созданные теми, кто верит в любящего Бога, сотворившего нас.

Может показаться, что в этом диалоге я проявил излишнее упрямство, настаивая на походе в музей, но я не кривил душой. Этих людей приучили говорить: «Нет никаких ископаемых, покажите мне доказательства, покажите мне хоть одно ископаемое», они повторяют это снова и снова и начинают в это верить. Так что я поставил эксперимент, рассказав этой женщине о трех или четырех ископаемых, и дальше просто не позволял ей уйти от темы. Результаты удручают и являются хорошим примером тактики, часто используемой «отрицателями истории», когда они сталкиваются с доказательствами этой самой истории: просто не замечать их и повторять как мантру: «Покажите мне ископаемые. Где ископаемые? Нет ископаемых. Просто покажите мне хоть одно промежуточное ископаемое, мне больше ничего не нужно».

Другие «отрицатели истории» сбивают себя с толку названиями и связанной с номенклатурой неизбежностью проводить границы там, где их нет. Каждое ископаемое, которое потенциально может быть промежуточным, всегда классифицируется как Homo или Australopithecus. Ни одно ископаемое не классифицируется как промежуточное. Поэтому нет промежуточных звеньев. Но, как я объяснил выше, это неизбежное следствие требований номенклатуры, а не фактическое отражение реальности. Даже идеальное промежуточное звено все равно причислят либо к Homo, либо к Australopithecus. Более того, половина палеонтологов, вероятно, назовет его Homo, а другая половина — Australopithecus. И, к сожалению, вместо того чтобы собраться вместе и договориться, что промежуточные ископаемые — это именно то, чего нам следует ожидать, исходя из теории эволюции, палеонтологи, можно биться об заклад, чуть не до драки дойдут в терминологических спорах, неизбежно вызвав ложное впечатление о самой находке.

Это отчасти напоминает юридическую проблему различия между совершеннолетием и несовершеннолетием. По юридическим соображениям, а также для решения вопроса, достаточно ли юноша взрослый, чтобы голосовать или пойти в армию, необходимо провести четкое различие. В 1969 году возрастной ценз для английских избирателей был понижен с двадцати одного года до восемнадцати лет (в 1971 году такое же изменение произошло в США). Теперь уже говорят о снижении его до шестнадцати. Но, независимо от возрастного ценза, никто всерьез не считает, что наступление полуночи на восемнадцатый (или двадцать первый, или шестнадцатый) день вашего рождения действительно превращает вас в другого человека. Никто всерьез не думает, что есть два вида людей, детей и взрослых, «без промежуточных звеньев». Очевидно, мы все понимаем, что весь период взросления — это один сплошной переходный этап. Можно также сказать, что некоторые из нас так и не выросли. Аналогичным образом эволюция человека, от какого-нибудь Australopithecus afarensis до Homo sapiens, состояла из непрерывной последовательности родителей, рождающих детей, которых современный систематик, несомненно, отнес бы к тому же виду, что и их родителей. Оглядываясь назад (и по причинам, которые далеки от юридических), современные систематики настаивают на снабжении каждого ископаемого ярлыком, на котором должно быть написано что-нибудь вроде Australopithecus или Homo. Музеям однозначно не разрешено писать на табличках к экспонатам «на полпути между Australopithecus africanus и Homo habilis». Те, кого подлинная история не устраивает, пользуются этим соглашением о названиях, объявляя его признаком отсутствия промежуточных звеньев. Точно так же вы могли бы сказать, что нет такого явления, как подростки, поскольку человек — это взрослый избиратель восемнадцати лет и старше, либо ребенок без права голоса (младше восемнадцати). Это то же самое, что сказать, будто юридическая необходимость возрастного ценза доказывает: подростков не существует.

Череп Sahelanthropus

Но вернемся к ископаемым. Если апологеты креационизма правы, то австралопитек — это «просто обезьяна», поскольку его собственные предшественники не имеют отношения к поиску «недостающих звеньев». Но почему бы нам не взглянуть на них? Есть несколько находок, пусть и фрагментарных. Ардипитек, который жил 4–5 млн. лет назад, известен в основном по зубам, но было найдено также несколько костей стопы и черепа, и этого оказалось достаточно, чтобы большинство исследовавших его анатомов склонилось к тому, что он был прямоходящим. Почти такой же вывод сделали первооткрыватели двух еще более древних ископаемых — оррорина и сахелянтропа. Сахелянтроп примечателен своей исключительной древностью (шесть миллионов лет, близко по возрасту к общему предку с шимпанзе) и тем, что он был найден далеко к западу от Великой рифтовой долины (в Чаде, где его прозвище, Тумай, означает «надежда на жизнь»). Некоторые палеоантропологи скептически относятся к заявлениям о прямохождении, которые были сделаны первооткрывателями оррорина и сахелянтропа. И, как мог бы заметить циник, каждое проблемное ископаемое оспаривается в том числе первооткрывателями других таких же проблемных находок!

Шимпанзе незадолго до рождения

Палеоантропология более других областей науки отмечена — или поражена? — соперничеством. Следует признать, что палеонтологическая летопись, соединяющая прямоходящую человекообразную обезьяну Australopithecus с предположительно четвероногим предком, общим у нас с шимпанзе, по-прежнему бедна. Мы не знаем, как наши предки встали на задние конечности. Чтобы это понять, нужно больше ископаемых. Но давайте, по крайней мере, радоваться той хорошей палеонтологической летописи, которую мы, в отличие от Дарвина, имеем в своем распоряжении и которая показывает эволюционный переход от Australopithecus с мозгом как у шимпанзе, к современному Homo sapiens с раздутым черепом и большим мозгом.

В этом разделе я приводил фотографии черепов и предлагал их сравнить. Вы, возможно, заметили выдающуюся челюсть некоторых экземпляров или их надбровные дуги.

Иногда различия очень тонкие, что помогает осознать постепенность перехода от одного ископаемого к другому, более позднему. Теперь я хочу предъявить аргумент, который приведет нас к некоей проблеме. Дело в том, что изменения, происходящие в течение жизни каждой особи по мере взросления, гораздо более значительны, чем изменения, которые мы видим, сравнивая взрослых в последующей цепи поколений.

Череп на фотографии принадлежит шимпанзе незадолго до рождения. Он очень отличается от черепа взрослого шимпанзе и гораздо больше похож на череп человека — взрослого или ребенка. Существует часто публикуемое фотоизображение детеныша шимпанзе и взрослого шимпанзе, которое нередко используется для иллюстрации интересной идеи о том, что в эволюции человека ювенильные признаки поддерживались у взрослых (или — это не обязательно то же самое — что мы становимся половозрелыми, когда наше тело еще не полностью избавилось от подростковых черт). Мне показалось, что картинка слишком хороша, чтобы быть настоящей, и я послал ее своему коллеге Десмонду Моррису. Я спросил его, может ли фото быть подделкой? Видел ли он когда-нибудь молодого шимпанзе, который выглядел бы настолько похожим на человека? Доктор Моррис скептически отнесся к спине и плечам, но голова его устроила: «Для шимпанзе характерна сгорбленная осанка, а у этого на удивление прямая человеческая шея. Но если взять только голову, изображению можно доверять». Шейла Ли, подбиравшая иллюстрации для этой книги, нашла источник знаменитой фотографии — это материалы конголезской экспедиции 1909–1915 годов, снаряженной Американским музеем естественной истории. Животные в момент съемки были мертвы, к тому же автор снимков Герберт Лэнг был таксидермистом. Может быть, причина странной осанки детеныша — плохая набивка чучела? Это заманчивое предположение, но, согласно информации музея, Лэнг фотографировал свои экземпляры до набивки. Тем не менее осанку мертвого шимпанзе можно изменить так, как это не получится с живым. Десмонд Моррис, похоже, прав: осанка детеныша шимпанзе вызывает подозрения, но голова реалистична.

Фотографии детеныша шимпанзе и взрослой особи, сделанные Г. Лэнгом

Взяв голову за правдоподобную основу, даже если плечи и не вполне способны нести бремя подлинности, можно сразу увидеть, что сравнение черепов взрослых ископаемых может ввести нас в заблуждение. Или, выражаясь более конструктивно, резкое отличие голов взрослых особей от голов малышей показывает нам, как легко признак (например, степень вытягивания морды) может изменяться, придавая животному большую или меньшую «человечность». Эмбриология шимпанзе «знает», как «сделать» человекоподобную голову, потому что она проделывает этот трюк с каждым постепенно взрослеющим шимпанзе. Представляется весьма вероятным, что поскольку Australopithecus развивался до Homo sapiens, формируя промежуточные виды со все более и более короткой мордой, то происходило это очевидным путем сохранения детских признаков в зрелом возрасте (о неотении я упоминал в главе 2). В любом случае, значительная часть эволюционных изменений состоит в изменении скорости, с которой определенные части тела растут по отношению друг к другу. Это называется гетерогенным ростом[100]. Я имею в виду, что эволюционные изменения легко понять, учитывая наблюдаемые факты эмбриологических изменений. Эмбрионы формируются путем неравномерного роста: разные их части растут с разной скоростью. Череп детеныша шимпанзе превращается в череп взрослого шимпанзе путем сравнительно быстрого роста костей челюстей и морды в сравнении с другими костями черепа. Повторюсь, каждое животное каждого вида в ходе эмбрионального развития изменяется гораздо заметнее, чем типичные взрослые особи изменяются в цепочке поколений, растянутых в геологическом времени. Это соображение выводит нас к следующей главе, посвященной эмбриологии и ее отношению к эволюции.

Однажды после публичной лекции гениальному Джону Бердону Сандерсону Холдейну (помимо прочего — одному из трех архитекторов современного неодарвинизма) бросила вызов некая дама. К сожалению, эта история передается из уст в уста, а Джона Мейнарда Смита, который мог бы вспомнить точные слова, с нами больше нет. Диалог был примерно таким.

Думаю, что дама была ошарашена. Думаю, что сравнение с парусами, внезапно оставленными ветром, будет вполне уместно. Однако минимум в одном аспекте ответ Холдейна мог оставить ее неудовлетворенной. Не знаю, задавала ли она дополнительные вопросы, но если да, то могла сказать примерно следующее:

Вполне законная постановка вопроса. Даже если было бы доказано, что жизнь на Земле своей сложностью и разнообразием обязана высшему разуму, он все же, безусловно, не лепит живые тела, как скульптор из глины, и не изготавливает их, как плотник, портной или производитель автомобилей, которые производят свою продукцию. Да, мы «замечательно развиты», но ни в коем случае не «замечательно сотворены». Когда дети поют, что Господь «окрасил ярко их и крылышки им дал»[101], то ложь этого суждения очевидна даже малым сим. Что бы бог ни делал, он совершенно точно не создавал яркие цвета и крылышки. Если бы он и вмешивался, то направлял бы эмбриональное развитие, например, подбирал последовательности генов. Крылья никто не творит: внутри яйца они постепенно развиваются из почек конечностей.

Бог ни разу за свою предположительно вечную жизнь не сотворил ни единого крылышка. Если он что-то и сотворил (с моей точки зрения — нет, но мы сейчас говорим не об этом), то это был эмбриологический рецепт, что-то вроде компьютерной программы, управляющей эмбриональным развитием крылышка (и массы других вещей). Бог, конечно, мог бы сказать, что придумать рецепт крыла не менее сложно, чем сотворить крыло. Но сейчас я хочу заострить ваше внимание на отличии сотворения крыла или чего-то подобного от того, что происходит во время эмбрионального развития.

Ранний этап становления эмбриологии был отмечен баталиями между сторонниками преформизма и эпигенеза. Различия между этими доктринами не всем хорошо известны, поэтому я потрачу некоторое время на разъяснения. Сторонники преформизма были убеждены в том, что яйцеклетка или сперматозоид (преформисты делились на два лагеря — «овистов» и «спермистов») содержит крошечного человечка-гомункула. Все части тела человечка уже находятся на своих местах, правильно сориентированы друг относительно друга, и для развития необходимо только увеличение в размерах (напоминает надувание воздушного шара, разделенного на отсеки). Эта концепция неизбежно порождает ряд вопросов. Во-первых, если следовать ей, мы приходим к утверждению, что ребенок наследует все признаки только одного из родителей — отца (если верить спермистам) или матери (у овистов), хотя все понимают, что это не так. Во-вторых, преформисты сталкиваются с проблемой упаковки уменьшающихся матрешек (гомункулов внутри гомункулов) — если не бесконечно, то вплоть до Адама (спермисты) или Евы (овисты). Единственный способ избежать регресса — предположить формирование нового гомункула в каждом поколении при помощи полного «сканирования» взрослого организма. Однако и здесь проблема: приобретенные свойства не наследуются. В противном случае мальчики, рожденные в ортодоксальных иудейских семьях, с рождения были бы лишены крайней плоти, а посетители фитнес-клубов, в отличие от лежебок, производили бы на свет младенцев с «кубиками» на прессе и с перекачанной грудью и ягодицами.

Будем справедливы к преформистам. Они понимали, что их теория логически ведет к регрессу. Некоторые преформисты считали, что в яйцеклетках первой женщины (или сперматозоидах первого мужчины) действительно содержались постоянно уменьшающиеся в размере, как матрешки, гомункулы всех ее (или его) потомков. И, между прочим, у них были причины в это верить (о них стоит упомянуть, потому что они помогают уяснить суть этой главы). Если вы верите в то, что Адам был сотворен, а не рожден, то у Адама не было генов, или же они не были ему нужны для того, чтобы развиваться. Адам не проходил эмбрионального развития, а явился в уже готовом виде. Подобные размышления привели писателя-викторианца Филипа Генри Госсе (отца в знаменитых «Отце и сыне» Эдмунда Госсе) к написанию книги «Омфал, или Попытка развязать геологический узел»[102]. Госсе утверждал, что у Адама, хотя тот не был рожден, все же должен был быть пупок. Более замысловатым следствием подобных «омфалогических» рассуждений является мнение, что все звезды, отстоящие от Земли дальше, чем несколько тысяч световых лет, были сотворены уже с готовыми лучами, достигающими нашей планеты, иначе мы еще долго не смогли бы их увидеть. Омфалогия — это весело, однако с эмбриологической точки зрения здесь есть о чем поговорить. И разговор этот серьезный — я и сам еще не до конца разобрался в деталях и рассматриваю предмет с разных сторон. Сказанного достаточно, чтобы понять, что у преформизма, по крайней мере в его изначальной, «матрешечной» версии, не было шансов. Но возможен ли вариант преформизма, жизнеспособный в эпоху ДНК? В принципе да, хотя я в этом сомневаюсь. Учебники биологии снова и снова повторяют: ДНК — это «чертеж» для строительства тела. Это не так. Настоящий чертеж, например автомобиля или здания, точно отражает результат (учитывая масштабирование, естественно). Следовательно, любой чертеж можно воссоздать, исследовав конечный продукт. Создать чертеж по зданию ничуть не сложнее, чем возвести здание по чертежу — именно потому, что они точно соответствуют друг другу. Это даже проще, поскольку, действуя в обратном направлении, вам надо строить, в то время как при создании чертежа — всего-навсего провести замеры и нарисовать. Но сколько ни измеряй тело животного, это не поможет вам реконструировать его ДНК. Поэтому называть ДНК чертежом неверно.

В принципе, можно представить себе ситуацию, в которой ДНК является чертежом организма. Может быть, на далекой планете именно так устроена жизнь: молекула ДНК представляет собой трехмерную карту, закодированную в линейной последовательности «буквами» ДНК. Такая карта была бы вполне обратимой. Идея получения подробного молекулярного «чертежа» путем сканирования организма не является абсолютно невероятной. И, если бы ДНК действительно работала так, то можно было бы создать концепцию неопреформизма, не вспоминая о «проблеме матрешек». Мне не совсем понятно, как решалась бы в таком случае проблема наследования только от одного родителя. ДНК обладает поразительным по точности механизмом объединения в потомстве половины материнской с половиной отцовской наследственной информации. Но как бы ДНК справилась с задачей объединения половины карты отцовского организма с половиной карты материнского? Впрочем, неважно: это нереально.

Зато теперь мы понимаем, что ДНК — это не чертеж. В отличие от Адама, который был сотворен взрослым, все настоящие тела развиваются и растут из одной-единственной клетки, проходя промежуточные стадии эмбриона, плода, младенца, ребенка и подростка. Может быть, на далекой планете живые существа собирают себя от макушки до хвоста из трехмерных «биопикселей», закодированных линейной последовательностью знаков — результатом сканирования тел родителей. Но на нашей планете жизнь устроена иначе, и, по-моему, есть основания считать, что биосканирование невозможно ни на одной планете[103].

Историческая альтернатива преформизму — эпигенез. Если преформизм исходит из существования «чертежей», то эпигенез подразумевает что-то вроде рецептов или компьютерных программ. Определение, данное в Кратком Оксфордском словаре английского языка, звучит весьма современно, и я сомневаюсь, что Аристотель, автор термина «эпигенез», узнал бы его:

В книге Льюиса Уолперта и его коллег «Принципы развития» эпигенез описывается как идея поступательного развития новых структур. В этом смысле реальность эпигенеза очевидна, но, как обычно, дьявол прячется в деталях. Как именно идет прогрессивное развитие организма? Откуда «изначально недифференцированному целому» известно, как развиться в сложный организм, как не из чертежа? Очень важное отличие, которое я бы хотел подчеркнуть, представляет собой, по сути, основное отличие эпигенеза от преформизма. Это разница между строительством по плану и самосборкой. Мы все знаем, как строят дома, как изготавливают вещи, окружающие нас, и поэтому отлично понимаем, что такое строительство происходит согласно плану. Самосборка менее известна, поэтому ей придется уделить больше внимания. Можно сказать, что в эмбриогенезе самосборке принадлежит роль, которую в эволюционном процессе играет естественный отбор (хотя это, безусловно, разные явления). Оба за счет автоматических, непреднамеренных, никем не запланированных процессов приводят к результатам, которые на первый взгляд кажутся тщательнейшим образом спланированными.

Холдейн, отвечая на вопрос, конечно, сказал чистую правду. Однако он не стал бы отрицать, что в развитии человеческого тела всего из одной клетки есть тайна, близкая к чуду (хоть и не переходящая грань). То, что развитие происходит по инструкциям, содержащимся в ДНК, приоткрывает завесу таинственности, но не полностью. Причина таинственности проста: нам сложно представить, даже в теории, возможность создания инструкций для строительства тела способом, которым оно строится на самом деле: самосборкой. Программисты называют такие алгоритмы восходящим проектированием — в противоположность нисходящему.

Архитектор готовит чертеж величественного собора. Затем операции передаются отдельным бригадам, затем звеньям, группам, пока, наконец, инструкции не доходят до конкретных каменщиков, столяров и витражных мастеров. Те принимаются за работу и трудятся до тех пор, пока собор не будет построен. Причем выглядит он в итоге вполне похожим на чертеж архитектора. Это нисходящее проектирование.

Восходящее проектирование принципиально иное. Я не могу в это поверить, но существует миф о том, что некоторые из лучших средневековых соборов Европы были построены без архитектора и общего чертежа. Никто их не планировал и не чертил. Каждый каменщик или плотник занимался, в меру своих способностей, частью общей работы, практически не обращая внимания на то, что делается вокруг, и вовсе не думая о плане. И, о чудо, каким-то образом из этой анархии рождался собор. Будь оно так, это был восходящий алгоритм. Миф этот, правда, не соответствует действительности: соборы так не строили. Однако это происходит, например, при строительстве муравейника или термитника, а также в ходе развития зародыша. Это и отличает эмбриологию от всего, к чему мы, люди, привыкли в вопросах строительства и конструирования. На этом принципе основаны некоторые компьютерные программы, типы поведения животных, а также компьютерные программы, моделирующие поведение животных. Предположим, что мы хотим смоделировать стайное поведение скворцов. На цветной вклейке 16 приведены кадры из нескольких прекрасных роликов с видеохостинга «Ю-Тьюб»[105]. Этот «балет» над Отмуром, неподалеку от Оксфорда, запечатлел Дилан Уинтер. В стайном поведении скворцов поразительнее всего то, что у них нет хореографа и, насколько нам известно, вожака также. Каждая птица всего лишь следует локальным правилам.

Число птиц в подобных стаях может измеряться тысячами, однако столкновений практически не бывает. Еще бы, ведь на таких скоростях любое столкновение почти неизбежно приведет к ранениям. Часто можно наблюдать, что стая ведет себя как единое целое, согласованно поворачиваясь или кружась. Или что несколько стай пролетают друг сквозь друга, причем каждая сохраняет целостность. Это кажется волшебством. На самом деле стаи находятся на разном удалении, а не пролетают друг сквозь друга. Дополнительное эстетическое удовольствие дает четкий абрис стаи: ее плотность не снижается от центра к периферии. Ну не удивительно ли?

Эти «танцы», вероятно, самый элегантный скринсейвер. В видеосъемке «балета» необходимости в данном случае нет, поскольку она запечатлела повторяющиеся раз за разом хореографические движения, и, следовательно, не все пиксели будут в равной степени заняты. Лучше сделать компьютерную модель поведения скворцов. Любой программист объяснит вам, что есть два способа написания алгоритма: правильный и неправильный. Не пытайтесь выступать в роли хореографа балета в целом. Для подобной задачи этот подход крайне неудачен. Я расскажу о верном способе составления алгоритма, потому что сами птицы (их мозги) почти наверняка запрограммированы так же. А главное, это прекрасная аналогия эмбрионального развития.

Вот как надо программировать стайное поведение скворцов. Нужно сосредоточиться на программировании поведения отдельной птицы. Встроим в компьютерного скворца правила поведения в полете и реагирования на присутствие вблизи других скворцов. Определим, в какой степени птица при изменении направления полета будет отдавать приоритет поведению окружающих особей и в какой — собственной инициативе. Все эти правила можно установить экспериментальным путем, наблюдая за птицами в природе. Дадим киберптице возможность менять правила поведения случайным образом, но в определенных рамках. Теперь, когда мы создали сложную программу, в деталях описывающую поведение скворца, наступает самый важный момент. Не следует пытаться программировать поведение стаи, как, возможно, поступил бы программист прошлого. Вместо этого мы клонируем компьютерного скворца, создадим тысячу его копий, идентичных или с небольшими случайными вариациями правил поведения. И «выпустим» их в компьютерную среду обитания, предоставив самим себе, позволив взаимодействовать на основании общих правил.

Если правила поведения одиночной птицы заданы удачно, то тысячи компьютерных скворцов, каждый в виде точки на экране, поведут себя как реальная стая. Поведение не совпадает с реальным? Не беда, можно отойти на шаг назад и изменить правила для одиночного скворца, например по результатам новейших исследований поведения реальных птиц. Теперь остается снова размножить компьютерных птиц. Так, повторяя последовательные стадии перепрограммирования и клонирования компьютерных скворцов, можно добиться поведения, близкого к реальному. Крейг Рейнольдс написал похожую программу (не занимаясь специально скворцами) в 1986 году и назвал ее Boids[106].

Главное вот что: здесь нет ни хореографа, ни дирижера, ни вожака. Порядок, организация, структура возникают как побочный продукт системы правил, исполняемых локально, а не глобально. Именно так устроена эмбриология: она целиком построена на соблюдении локальных правил на разных уровнях, но главным образом на уровне клетки. Никакого хореографа. Никакого дирижера. Никакого централизованного планирования. Никакого архитектора. В эмбриологии и на производстве процессы, аналогичные работе подобной программы, называются самосборкой.

Тела человека, орла, крота, дельфина, гепарда, леопардовой лягушки и ласточки — все они столь восхитительно и точно собраны, что кажется невозможным то, что гены, их программирующие, не являются ни чертежом, ни генпланом. Тем не менее это так. Как и в случае компьютерных скворцов, все создано отдельными клетками, следующими локальным правилам. Прекрасно спроектированное тело возникает благодаря исполнению локальных правил отдельными клетками, без какого бы то ни было всеобщего плана. Клетки эмбриона «танцуют» друг с другом как скворцы в гигантской стае. Есть, однако, важные различия. В отличие от скворцов, клетки склеены вместе, образуют слои и блоки: их «стаи» называются тканями. «Танцуя» и крутясь, они образуют трехмерные формы, вызывая инвагинацию (впячивание) тканей в ответ на движение клеток, разрастание или сжатие тканей в ответ на изменение местных схем клеточного роста и смерти. Мне нравится аналогия, предложенная известным эмбриологом Льюисом Уолпертом в книге «Триумф зародыша»: оригами — японское искусство складывания фигурок из бумаги. Однако прежде чем перейти к этой аналогии, я хотел бы отмести несколько альтернативных аналогий, которые могут прийти в голову при размышлении об эмбриональном развитии, а именно — сравнений с процессами конструирования и производства.

Удивительно трудно подыскать приемлемую аналогию процесса развития живой ткани, однако можно найти частичное сходство с отдельными сторонами этого процесса. Например, понятие «рецепт» гораздо лучше отражает суть, чем «чертеж», и я иногда пользуюсь первым для того, чтобы объяснить, почему последнее неверно. В отличие от чертежа, рецепт необратим. Следуя тексту рецепта пирога, в итоге вы получите пирог. Но по готовому пирогу вы не восстановите рецепт, в то время как, видя здание, вполне можно воспроизвести чертеж. Дело в том, что части здания и элементы чертежа соответствуют друг другу. Не считая очевидных исключений вроде вишенки в центре, однозначного соответствия между кусочками пирога и строчками рецепта нет.

Какие еще аналогии с человеческой деятельностью можно привести? Скульптура? Нет, совсем не то. Скульптор берет глыбу камня или кусок дерева и обрабатывает его, аккуратно удаляя лишнее, пока не получит желаемую форму. В принципе, эта процедура напоминает в эмбриологии процесс апоптоза. Апоптоз — это запрограммированная клеточная смерть. Так формируются пальцы на руках и ногах. У человеческого эмбриона пальцы соединены. Когда вы или я находились в матке, наши кисти и ступни были перепончатыми. У подавляющего большинства перепонки исчезают (но встречаются и исключения) в процессе запрограммированной клеточной смерти. Это и вправду похоже на скульптора с его резцами, однако эта аналогия все же не помогает понять развитие эмбриона. Некоторые скульпторы работают не резцом. Они лепят форму из глины или воска. Опять не то. И аналогия с кройкой и шитьем также не годится: ткань сначала размечают по лекалам и разрезают, выкроенные детали сшивают по заранее намеченной схеме друг с другом. Готовая одежда выворачивается швами внутрь, чтобы их не было видно. Это, пожалуй, похоже на некоторые детали эмбриологического развития. Но в целом кройка и шитье, как и ваяние, слабо напоминает эмбриологию. Вязание подходит несколько больше: свитер складывается из отдельных петель, как из отдельных клеток. Однако есть аналогии и уместнее.

Как насчет сборки автомашин или других сложных механизмов на конвейере? На автозавод поступают детали, изготовленные в литейных цехах (здесь, думаю, нет даже отдаленного сходства с эмбриологией). Детали поступают на конвейер, где их прикручивают, приковывают, приклеивают и так далее, в соответствии с планом. Но, повторяю, в эмбриологии нет ничего, что напоминало бы план. Зато имеется некоторое сходство с упорядоченным соединением деталей, как на конвейере, где готовые карбюратор, распределительная головка, ремни привода вентилятора, головка цилиндров и так далее подгоняются друг к другу.

На иллюстрации показаны три типа вирусов. Слева — вирус табачной мозаики (ВТМ), который поражает листья табака и других представителей семейства пасленовых (например, помидоров). В центре — аденовирус, инфицирующий органы дыхания многих животных, не исключая нас. Справа — бактериофаг Т4, который паразитирует на бактериях. Он выглядит как лунный модуль, да и ведет себя примерно так же: приземляется на поверхность бактерии (она гораздо крупнее его), приседает на своих паучьих ножках и запускает вглубь клетки зонд, пробуравливая ее стенку. После этих операций бактериофагу остается внедрить в клетку свою ДНК. Вирусная ДНК захватывает бактериальный белок-синтезирующий аппарат, заставляя его работать на себя — воспроизводить новые вирусы. Два других вируса, изображенные на иллюстрации, ведут себя сходным образом.

Три типа вирусов

То, что вы здесь видите, большей частью представляет собой контейнер с генетическим материалом, а у «лунного модуля» Т4 заметно еще приспособление для заражения клетки-хозяина. Любопытно, как строится этот белковый контейнер: в процессе самосборки. Каждый вирус собирается из нескольких предварительно синтезированных белковых молекул. Каждая белковая молекула сворачивается в третичную (объемную) структуру: здесь действуют законы химии, распоряжающиеся конкретными последовательностями аминокислот. Свернутые молекулы присоединяются друг к другу, формируя так называемую четвертичную структуру. Здесь вступают в силу локальные правила. Белковые субъединицы — капсомеры — присоединяются друг к другу, как кирпичики «Лего». Заметьте, насколько геометрически совершенна эта микроконструкция. Аденовирус сложен из 252 капсомеров, изображенных здесь в виде шариков. Они организованы в икосаэдр. Икосаэдр — одно из совершенных «Платоновых тел», которое имеет двадцать треугольных граней. Капсомеры собираются в икосаэдр не во исполнение какого-либо плана, а потому, что подчиняются общим химическим законам. Так формируются кристаллы, и аденовирус и в самом деле можно назвать крошечным полым кристаллом. «Кристаллизация» вирусов является превосходным примером самоорганизации, которую я считаю основным механизмом, собирающим воедино живых существ.

У бактериофага Т4 вместилище для генетического материала также имеет форму икосаэдра, но с более сложной четвертичной структурой, включающей добавочные белковые единицы, также организованные согласно правилам, диктуемым микроусловиями. Эти субъединицы включены во впрыскивающий аппарат бактериофага и «ноги», прикрепленные к икосаэдру.

Возвращаясь от вирусов к эмбриологии крупных организмов, я снова обращусь к любимой аналогии — оригами. Это японское искусство складывания фигурок из бумаги. Я умею складывать только одну фигурку — «Джонка». Ее в детстве научил меня делать отец. Сам он обучился этому в младшей школе еще в 1920-х, во время повального увлечения оригами. Что здесь напоминает биологию? То, что в процессе складывания кораблик проходит несколько «личиночных» стадий, которые чудесны сами по себе: так, гусеница — это красивый промежуточный этап на пути к бабочке, не имеющий с ней, то есть с конечным произведением, ничего общего. Наш кораблик, начинаясь с чистого листа бумаги, безо всяких ножниц, без клея и вставок, путем простого складывания проходит вполне узнаваемые «личиночные» стадии: стадию катамарана, коробки с двумя крышками, картины в раме — и только после превращается в кораблик. Что еще говорит в пользу аналогии с оригами, так это то, что когда вы в первый раз учитесь складывать кораблик, то каждая «личиночная» стадия открывается вдруг, совсем неожиданно. Ваши руки работают, но вы, складывая кораблик, точно не следуете схеме ни самого кораблика, ни его промежуточных фигур. Вы следуете правилам складывания бумаги, которые, на первый взгляд, не связаны с конечным произведением, пока оно не возникает — как бабочка, выпархивающая из кокона. Так аналогия с оригами ухватывает некую важную суть микроусловий или правил в противовес общему плану. Также аналогия хороша тем, что она имитирует операции сгибания, складывания, выворачивания наизнанку — всех хитростей, которые происходят с зародышевыми тканями. Это сравнение больше всего подходит для ранних стадий развития. Но все же эта аналогия имеет свои изъяны. Вот два очевидных.

Чтобы сложился кораблик, требуются человеческие руки. Это раз. Второе: «развивающийся эмбрион» не растет, не увеличивается в размерах. Конечная фигурка весит ровно столько же, сколько вначале. Признавая это различие, я буду иногда называть эмбриологию «растущим оригами», а не просто оригами.

Два указанных ограничения компенсируют друг друга. Листки зародышевой ткани сминаются, выгибаются и выворачиваются наизнанку. Они растут, и именно рост является их движущей силой. В оригами же движущей силой становится рука. Если вы зададитесь целью сделать оригами из листка живой ткани вместо бумаги, то вам придется нелегко: ведь понадобится задать рост ткани не одинаковый по всем направлениям, а неравномерный, чтобы он шел в одних местах быстрее, а в других — медленнее.

Джонка, складываемая из бумаги, проходит три «личиночных» стадии: «катамаран», «коробка с двумя крышками» и «картина в раме»

Если задать правильные соотношения, то автоматически сложится правильная фигура: где следует, она выгнется, где нужно — согнется, вывернется наизнанку, сама собой, без рук, без схемы, просто руководствуясь локальными правилами взаимодействия. Происходящее нельзя назвать рискованным или маловероятным: ведь это именно то, что происходит в реальности. Давайте назовем это «автооригами». Как это «автооригами» работает в реальном эмбрионе? В настоящем эмбрионе клетки, настоящие живые клетки, все время делятся, и зародышевые ткани растут. И растут они с разной скоростью на разных участках. Разница достигается различиями в скорости деления клеток, которая регулируется микроусловиями. Итак, мы вернулись к основополагающему принципу: восходящий алгоритм превалирует над нисходящим. Имеется целая серия вариантов (существенно более сложных) этого простого принципа, который реализуется на ранних стадиях эмбрионального развития.

Продемонстрирую, как складывается оригами на ранних стадиях развития позвоночных. Оплодотворенная яйцеклетка делится на две. Затем из двух клеток получается четыре. Деление продолжается, но на этой стадии еще нет роста, нет разбухания. Все заканчивается сферическим шариком, состоящим из множества клеток, но размер его точно такой, как и у яйцеклетки. Этот шарик — бластула — полый. Следующая стадия — гаструляция. Льюис Уолперт остроумно высказался о ней так: «Самый важный момент в вашей жизни — не рождение, не свадьба или смерть, а гаструляция». Гаструляция подобна землетрясению в микромасштабе, оно охватывает всю поверхность бластулы и переиначивает все вокруг. Ткани эмбриона радикально перестраиваются. Обычная гаструляция предполагает впячивание полого шарика, то есть бластулы, внутрь таким образом, что он становится двухслойным с одним отверстием наружу. Внешняя стенка гаструлы называется эктодермой, внутренняя стенка — энтодермой, между этими слоями располагаются клетки, слагающиеся в мезодерму. Эти три зачаточных слоя в итоге формируют все части тела. Так, из эктодермы получаются кожа и нервная система, пищеварительную систему и другие внутренние органы формирует энтодерма, а из мезодермы образуются кости и мышцы.

Нейруляция

Следующая стадия эмбрионального «оригами» называется нейруляцией. На рисунке показаны срезы эмбриона амфибии (лягушки или саламандры), идущие сверху вниз и через центр. Черный кружок — это нотохорд, твердый стержень, действующий как предшественник позвоночника. Нотохорд служит диагностическим признаком хордовых животных, к которым принадлежим мы и другие позвоночные, хотя у нас, как и у других позвоночных, нотохорд имеется только в эмбриональном состоянии. Во время нейруляции, как и во время гаструляции, самым заметным событием является впячивание, или инвагинация. Напомню, нервная система образуется из эктодермы. Происходит это так. По всей спинной стороне часть эктодермы постепенно впячивается в направлении от переднего конца к заднему, при этом сворачиваясь в трубку и образуя соединение, наподобие застежки-«молнии»; соединенные концы оказываются между внешним слоем и нотохордом. Эта трубка в итоге превращается в спинной мозг — основной нервный ствол тела. Передний его конец раздувается и превращается в головной мозг. Из этой зачаточной трубки путем последовательного клеточного деления происходят все остальные нервы.

Инвагинация клеточного листка

Не хочу углубляться в детали гаструляции или нейруляции. Замечу только, что они удивительны и что сравнение с оригами вполне адекватно передает их суть. Мне было важно показать принципы, управляющие усложнением эмбриона путем растущего оригами. Выше показано, что происходит с клеточным слоем. Это только одно из многих событий эмбрионального развития. Легко увидеть, насколько действенной операцией может быть инвагинация. Она играет исключительную роль как во время гаструляции, так и во время нейруляции.

Гаструляция и нейруляция заканчиваются на ранних стадиях развития эмбриона и определяют его форму. Инвагинация и другие операции растущего «оригами» происходят и на этих ранних стадиях, и после, когда формируются сложные органы, например, глаза и сердце. Но все же, принимая во внимание, что все эти действия выполняются без рук, что приводит все в движение? Отчасти, как я отмечал, простое разрастание. Клетки делятся во всех тканевых листках. Следовательно, их площадь увеличивается, а так как деться растущей ткани некуда, то она собирается в складки или впячивается. Но процесс на самом деле находится под жестким контролем. Его изучением занималась группа ученых, связанная с блестящим биологом-теоретиком Джорджем Остером из Калифорнийского университета в Беркли[107].

При клеточном моделировании Остер и его коллеги следовали той же стратегии, которую мы упоминали, говоря о скворцах. Вместо того чтобы задать программу поведения бластуле, они задали программу одной ее клетке. Затем ученые в компьютере «вырастили» много клонов клеток и проверили, что получится, когда эти клетки собраны вместе. Говорить «задали поведение одной клетке» не совсем точно, лучше так: «создали математическую модель одной клетки, построенную на основе известных фактов о клетке», но все же удобнее пользоваться первоначальной простой формулировкой. Особенно важно, что внутреннее пространство клетки связано пересекающимися эластичными нитями-микрофиламентами, способными сокращаться наподобие мускульных волокон[108]. Модель Остера упрощает клетку до двухмерного изображения, удобного для представления на экране компьютера, оставляя всего полдюжины филаментов, соединяющих узловые точки геометрической формы модельной клетки. В модели всем микрофиламентам придаются определенные количественные характеристики, смысл которых хорошо понятен физикам: например, коэффициент вязкого затухания или константа упругости. В действительности неважно, что эти характеристики обозначают; все их физики обожают использовать, когда имеют дело с пружинами или другими упругими телами. В реальной клетке сокращаться способны все Субкортикальный филаменты, но для упрощения модели Остер в своей модели разрешил сокращаться только одной нити из шести. Если реалистичный результат получится даже при отбрасывании ряда известных свойств клетки, то уж при сохранении большей части свойств результат поведения усложненной модельной системы должен только улучшиться. Вместо того чтобы дать микрофиламенту возможность сокращаться как ему угодно, ученые встроили (запрограммировали) свойство, которое присуще любому мышечному волокну: в ответ на растяжение выше определенного предельного значения нить сокращается до меньшей длины, чем в равновесном (не растянутом и не сокращенном) состоянии.

Микрофиламенты внутри модельной клетки Остера

Таким образом, у нас есть сильно упрощенная модель клетки: двухмерный абрис, внутри которого протянуты шесть эластичных нитей, причем одна из нитей способна активно сокращаться в ответ на внешний сигнал растяжения. Это первая стадия процесса моделирования. На второй стадии Остер и его коллеги смоделировали клон из нескольких десятков таких клеток и организовали их в круг, как будто это двухмерная бластула (или тонкий срез бластулы). Затем они взяли и «потянули» одну клетку (запрограммировали мгновенное увеличение натяжения), чтобы спровоцировать сокращение активного микрофиламента. То, что произошло дальше, восхитительно: модельная бластула приступила к гаструляции! Посмотрите на шесть последовательных кадров, запечатлевших это событие. В обе стороны от активированной клетки распространилась волна сокращений, и клеточный шарик начал спонтанно сгибаться и впячиваться.

Дальше — больше. Остер понизил пороговое значение сокращения активного микрофиламента. В результате начавшееся впячивание продолжилось, и в конце концов выщепилась «нервная трубка». Важно понять, что данная модель — это не точная имитация нейруляции. Можно, конечно, отбросить то обстоятельство, что модель работает с двухмерным клеточным кругом со сверхупрощенными внутренними свойствами, но это все равно даже не модельная двухслойная гаструла. Это та же самая бластулоподобная отправная фигура, с которой при других параметрах начинается и гаструляция. Но ведь же моделям и не полагается точно повторять реальные объекты. А наша модель должна показать, насколько просто имитировать важнейшие аспекты клеточного поведения в раннем эмбрионе. То, что даже простой двухмерный кружок из одинаковых клеток спонтанно отвечает неким реалистичным образом на внешний стимул, служит важным доказательством того, что эволюция различных эмбриональных процессов на ранних стадиях вовсе не требует каких-то сложных решений. И нужно помнить, что мы имеем дело с простой моделью, а не с простым явлением. Подобного соотношения следует ожидать от любой хорошей модели.

Гаструляция модельной бластулы Остера

Формирование нервной трубки в модели Остера

Я рассказал о моделях Остера, чтобы продемонстрировать принцип, лежащий в основе взаимодействия клеток друг с другом, — взаимодействия, в результате которого они организуются в оформленное тело. Этот базовый принцип справляется с работой без всяких чертежей, представляющих идею готовой конструкции. Простейшие операции построения раннего эмбриона уже были названы: оригамиподобное складывание, инвагинация и выщепление как в модельной бластуле Остера. Более тонкие операции идут на дальнейших стадиях эмбрионального развития. Так, например, в ходе остроумнейших экспериментов было доказано, что нервные отростки, выходящие из спинного и головного мозга, доходят до места назначения, до своего органа, не следуя заранее установленному плану, а за счет химического привлечения; они подобны псу, находящему по запаху суку. Один из классических ранних экспериментов, превосходно иллюстрирующих этот механизм, провел Роджер Сперри, нобелевский лауреат-эмбриолог[109]. Сперри с коллегами взяли головастика и вырезали у него со спинки и с брюшка одинаковые по размеру квадратики кожи. А потом пришили их обратно, но поменяв местами: кусочек со спинки оказался на брюшке, а с брюшка — на спинке. Когда головастик стал лягушкой, то результат оказался весьма забавным, как это зачастую бывает в эмбриологических экспериментах. У лягушки на темной крапчатой спинке красовался квадратик кожи с брюшка, светлый, как и должно быть на брюшке, а на брюшке выделялся темный квадратик кожи со спинки. Обычно, если пощекотать лягушку кисточкой по спине, она потрет раздраженное место лапой, будто сгоняет муху. Но когда Сперри пощекотал светлый квадратик кожи на спинке своей лягушки, она потерла брюшко! А когда Сперри щекотал темный квадратик на брюшке, то лягушка сгоняла воображаемую муху со спинки.

Согласно Сперри, при нормальном развитии эмбриона происходит следующее: аксон — длинный тонкий трубчатый отросток нервной клетки — выходит из спинного мозга, вынюхивая, словно собачий нос, кожу на животе. Другой аксон вырастает, нацеливаясь на кожу на спине. При ненарушенном развитии все происходит правильно: щекочешь спинку — лягушка чувствует спинку, щекочешь брюшко — брюшко. Но у лягушки Сперри некоторые нервные клетки, идущие на «запах» кожи с живота, оказались на спине, а другие, которые направлялись к коже спины, — на брюшке. Тех, кто верит в теорию «чистой доски», говорящей о том, что индивид рождается без врожденного умственного содержания, начинает жизнь с чистого листа, заполняя его по мере накопления опыта, результат эксперимента с лягушкой должен удивить. По этой теории лягушка должна была бы научиться сопоставлять ощущения с той или иной частью тела. Вместо этого, оказывается, каждая нервная клетка в спинном мозге имеет особую метку, например, нервная клетка для брюшка или нервная клетка для спинки, даже если клетка пока не пустила свой аксон к месту назначения. И клетка находит свой участок кожи, где бы он ни находился. Если бы по спине экспериментальной лягушки ползла муха, то лягушка почувствовала бы, как муха внезапно перескочила на брюшко, поползала там, а потом снова перескочила на спинку.

Эксперименты позволили Сперри сформулировать свою «хемоаффинную» гипотезу, согласно которой нервные волокна протягиваются в нужных направлениях не благодаря наличию общего плана, а в силу того, что каждый аксон ищет свой пункт конечного назначения, следуя индивидуальной химической аффинности, или химическому сродству. Здесь снова срабатывают местные условия и правила. Клетки в изобилии снабжены метками, химическими значками, которые помогают им найти партнеров. Если вернуться к аналогии оригами, то в ней и для принципа мечения найдется место. В бумажном оригами обычно обходятся без клея, но теоретически его можно применить. В эмбриологическом оригами, где телу животного необходимо скреплять клетки, эквивалент клея все же используется. Много клеев, если уж на то пошло, потому что в организме их не один, не два, и метки приходятся как нельзя более кстати. В каждой клетке, на поверхности, где клетки контактируют друг с другом, есть много скрепляющих молекул. Это клеточное склеивание играет важную роль в эмбриональном развитии всех частей тела. Однако клеточные клеи отличаются от привычных нам. Для нас клей — это клей. Им склеивают, и все. Один клей схватывается крепче, другой — быстрее, некоторые типы клея больше подходят для древесины, другие — для металлов или пластика. Но вот, пожалуй, и все, что можно сказать о наших клеях.

Молекулы клеточного клея гораздо более изощренные. Более причудливые, если можно так сказать. Если наш клей склеивает почти любые поверхности, то молекулы клеточного клея приклеятся только к строго определенным склеивающим молекулам. Один из классов таких связывающих молекул у позвоночных называется кадгеринами. Кадгерины включают больше восьмидесяти известных сегодня веществ. За небольшим исключением, из примерно восьмидесяти кадгеринов каждый свяжется только с такой же молекулой. Впрочем, оставим клей, есть аналогия лучше: детская игра, в которой каждому игроку дается метка с названием какого-либо животного, и меток этих по паре на каждого животного. Игра заключается в том, что дети носятся по комнате и издают звуки, характерные для своего животного, а задача игрока — услышать в этой какофонии напарника и извлечь его из толпы. Кадгерины действуют сходным образом. Но и здесь не предполагается наличие плана: действуют микроусловия и локальные правила.

Теперь, увидев, как зародышевые листки играют в оригами, складываясь в эмбрион, давайте заглянем внутрь клетки. Там мы столкнемся с тем же принципом самосборки — самоизгибания и самосвертывания, но в существенно меньшем масштабе — в масштабе белковой молекулы. Белки исключительно важны. Чтобы воздать должное этой важной молекуле, я начну с провокационного рассуждения. Мне нравится рассуждать о том, какой странной могла бы быть жизнь на других планетах, но одно или два свойства жизни я все же считаю универсальными. Жизнь, возникнув, развивается в рамках процессов, имеющих отношение к дарвиновскому естественному отбору генов. Она во многом основана на белках или других молекулах, которые, подобно белкам, умеют складываться во всевозможные многообразные формы. Белковые молекулы являются виртуозами «автооригами», но размерный класс их мира гораздо меньше, чем в мире эмбриональных тканей, где мы уже побывали. На показательных выступлениях по использованию локальных условий белковые молекулы стали бы безоговорочными победителями.

Белки представляют собой цепочки мелких молекул, которые называются аминокислотами. Эти цепочки, как и слои зародышевых клеток, имеют свойство складываться строго определенным образом, но в мире меньшего масштаба. Природные белки состоят из двадцати типов аминокислот. Кстати, это свойство на других планетах может быть и другим, потому что во Вселенной больше аминокислот, но все земные белки выстроены именно из двадцати. Как у них получается «автооригами»? Аминокислотные цепочки белков, просто следуя законам химии и термодинамики, спонтанно, сами собой сворачиваются в определенные трехмерные конфигурации. Я написал было — «завязываются», но в отличие от миксин (да, позволю себе такое сравнение) белки не завязываются в узлы. Когда мы обсуждали вирусы, мы встречались с трехмерными структурами белков, получившими название третичных. Они получаются путем сложения и сворачивания аминокислотных цепочек. Каждая последовательность аминокислот диктует и строго определенную картину свертывания. Так что последовательность аминокислот в цепочке, сама по себе определяемая последовательностью «букв» в коде ДНК, навязывает и третичную структуру белку[110].

А форма третичной структуры, в свою очередь, имеет химические следствия исключительной значимости.

Движения «автооригами» (теперь это сворачивающиеся и складывающиеся белковые цепочки) определяют химические законы. Те же законы определяют углы между связывающимися атомами. Представьте себе ожерелье из неправильной формы магнитов. Оно не будет обрамлять прекрасную шею прекрасным овалом. Вместо этого магниты перепутаются, сцепляя углы с выемками и соединяя одну плоскую грань к другой. В отличие от белковой цепочки, форма магнитного «украшения» непредсказуема, потому что каждый магнит притягивается другими и может сцепиться с любым из них. Но для цепочки из белков дело обстоит иначе: спонтанно свернутая в глобулу аминокислотная последовательность ведет себя совсем не так, как ожерелье из магнитов.

Нам неизвестны все нюансы химических закономерностей, которые сдвигают вместе те или иные части аминокислотной цепи, но эти закономерности познаваемы в принципе, они в принципе выводимы из этой самой последовательности. И здесь, употребляя выражение «в принципе», я не имею в виду ничего таинственного. Невозможно угадать заранее грань игральной кости, но мы полагаем, что результат будет зависеть от силы и направления броска, а также знания некоторых дополнительных данных о сопротивлении воздуха, и так далее. Хорошо известно (и не раз продемонстрировано), что определенная последовательность аминокислот сворачивается всегда одинаково или несколькими альтернативными способами. Для эволюции важно то, что последовательность аминокислот определяется согласно правилам генетического кода последовательностью букв (триплетов нуклеотидов) того или иного гена. И хотя химикам не так-то просто предсказать, как отразится мутация в гене на форме белка, следует понимать, что это принципиально возможно. Любая конкретная мутация изменит форму фермента совершенно определенным образом (или создаст набор нескольких альтернативных форм). А естественному отбору только это и нужно. Ему нет нужды знать, каким образом эта форма получена. И если она отразится на выживании, ген с данной мутацией либо выиграет, либо проиграет в конкуренции за доминирование в генофонде. И какое дело, понимаем мы или нет, как именно сворачивается данный белок?

Мы знаем, что формы белков неисчислимо разнообразны, и знаем, что они предопределены генетическими последовательностями. Но почему это так важно? Отчасти потому, что белки являются непосредственным строительным материалом тела. Так, волокнистые белки, например коллаген, соединяются в прочные жгуты, называемые связками и сухожилиями. Большинство белков все же не волокнистые, они имеют характерную глобулярную форму. Глобулы снабжены мелкими выступами (или зубчиками), и их взаиморасположение обусловливает ферментную или каталитическую роль белков.

Катализатором называют химическое вещество, которое ускоряет химическую реакцию иногда в миллион или миллиард раз; при этом сам катализатор остается неизменным: реакция успешно прошла, и катализатор снова свободен и снова готов к работе. Особый класс катализаторов составляют белковые катализаторы, или ферменты (энзимы). Они фантастически капризны — предельно разборчивы в выборе химической реакции. Или наоборот: химические реакции в клетке разборчивы в выборе фермента. Ведь многие реакции в клетке настолько медленные, что без помощи ферментов от них бы не было никакого толку. Но с ферментами они протекают очень быстро, так что продукт можно выдавать на-гора.

Мне нравится представлять это так. Вот химическая лаборатория с сотнями бутылочек и колб, и в каждой простое или сложное вещество, раствор или порошок. Химик, желающий провести опыт, снимает с полки пару-тройку бутылочек, берет оттуда щепоть одного, каплю другого, смешивает в отдельной пробирке (может и подогреть) — и реакция начинается. А сколько еще могло бы произойти химических реакций в этой лаборатории, если бы все имеющиеся там вещества не были изолированы?

Живая клетка сродни гигантской химической лаборатории с огромными запасами химикатов. Но они не разделены стеклянными стенками. Все перемешано, будто какой-то громила ворвался в лабораторию и расколотил все колбы. Ужасно, правда? Было бы ужасно, если бы все вещества вступали в реакцию друг с другом в любых комбинациях. Однако этого не происходит. Или происходит, но с ничтожной скоростью. Если только там нет фермента. Тогда все полки с бутылочками становятся ненужными, ведь вещества и так не собираются вступать в реакцию, пока не появится правильный фермент. Иными словами, если нужно, чтобы вещества А и Б вступили в химическую реакцию, можно хранить их в отдельных закупоренных бутылочках, а можно слить сотню разных веществ в котел и потом добавить фермент, катализирующий реакцию А и Б. Следует понимать, что аналогия с разгромленной лабораторией не слишком хороша. Ведь в клетке имеется инфраструктура из мембран, которые разграничивают пространство, где протекают реакции. Так что в некоторой степени мембраны исполняют роль колб и флаконов.

Смысл этого раздела главы в том и заключается, что «правильность» фермента достигается за счет правильной формы, а она, в свою очередь, получается за счет определенной генетической последовательности (последовательности нуклеотидов в гене), а естественный отбор работает именно с генами, поддерживая или отбрасывая их. В «супе», который наполняет клетку, плещутся, роятся и вертятся тысячи молекул. Молекула А, может, и желала бы прореагировать с молекулой Б, но для этого им нужно встретиться и занять правильную позицию по отношению друг к другу. Это очень маловероятно, если только не вмешается правильный фермент. И у него, обладающего своеобразной формой, сложившейся подобно магнитному ожерелью, есть необходимые выступы и углубления нужной конфигурации.

У каждого фермента имеется так называемый активный центр (или активный сайт). Обычно это зубец или карман, форма которого придает специфические свойства ферменту. Слово «зубец» здесь, наверное, не совсем уместно. Пожалуй, лучше сравнить его с электрической розеткой. Это примерно то, что мой друг зоолог Джон Кребс назвал «великим штепсельным заговором»: различные страны внедряют собственные типы вилок и розеток, и в итоге английские вилки не подходят к американским или французским розеткам, и так далее. Активные центры на поверхности белковых молекул подобны розеткам, в которые можно вставить только вилки определенного типа. Но если в арсенале «штепсельных заговорщиков» всего полдюжины типов вилок и розеток (тем не менее этого достаточно, чтобы создать путешественнику неудобства), то типы «вилок» ферментов гораздо, гораздо более разнообразны.

Представим, как с помощью фермента образуется химическое соединение АБ, — очевидно, путем присоединения молекулы А к молекуле Б. В одну часть активного центра фермента идеально вставляется молекула А, будто деталь в пазл. Вторая часть активного центра так же идеально подходит для молекулы Б, куда она прицепляется, становясь в позицию, которая требуется для соединения А и Б. Выступы и выемки крепко держат А и Б, угол для реакции совершенно точен — молекулам А и Б ничего не остается, кроме как вступить в реакцию. Образуется соединение АБ, высвобожденное из объятий фермента, а сам фермент готов снова примерить к своим выемкам и выступам новые молекулы А и Б. В клетке могут быть целые армии одинаковых ферментных молекул, работающих подобно роботам на конвейерной ленте, выпускающей продукт клеточной индустрии АБ. А если в клетке на конвейере заработает другой фермент, то пойдет выпуск другой продукции — АВ, БД или ЕЖ. Конечные продукты будут различными, хотя сырье всегда одно и то же. А есть и другие ферменты — они занимаются не соединением молекул друг с другом, а расщеплением молекул на части. Некоторые из таких ферментов вовлечены в процесс пищеварения, также они являются своего рода биологическими моющими средствами. Но так как в этой главе обсуждается построение эмбрионов, то нас все же интересуют строительные ферменты, посредники химического синтеза. (Один из таких процессов показан на цветной вклейке 12.)

Здесь у читателей могут возникнуть вопросы. Все это прекрасно: зубцы и выступы, вилки и розетки, активные центры, у которых сродство только к одним типам молекул и которые в миллион раз ускоряют единственную реакцию — да, все это хорошо. Слишком хорошо, чтобы быть правдой. Как получаются молекулы фермента нужной формы? Какова вероятность того, что сразу объявится фермент, у которого есть и «вилки», и «розетки» для А и Б, причем эти высокоспецифичные неровности сразу поставят А и Б напротив друг друга, заставив любоваться друг на дружку под нужным углом, а потом еще и соединиться? Вероятность ничтожна, если представлять себе целиком сразу весь пазл — или, если вам нравится аналогия, сразу все сети «штепсельного заговора». Но на самом деле следует представить вот что: постепенные улучшения. Как в других случаях, когда перед нами встает загадка образования сложных структур, нельзя думать, что их совершенство в настоящий момент существовало всегда.

Молекулы ферментов ускоряют нужные реакции в миллиард раз. Это выходит у них благодаря совершенной форме, приспособленной для определенной реакции. Но так ли нужна такая скорость? Возможно, и ускорения в миллион раз хватило бы. Или в тысячу раз. Даже стократно. Да что тут говорить — и в десять раз, и даже в два раза быстрее, чем исходная реакция. Даже за это улучшение естественный отбор сразу ухватился бы. Работа фермента улучшалась постепенно, его форма совершенствовалась, меняясь от самой простой, почти без зубцов, до филигранно подогнанных друг к другу деталей. Постепенность означает, что на каждом шаге, даже шажке, происходило какое-то заметное улучшение. А заметность его предполагает, что не мы, а естественный отбор должен обратить на него внимание, даже если для нас это улучшение неразличимо.

Вот так все и работает. Лучше не придумаешь! Клетка является живой химической фабрикой, способной выпускать колоссальное число соединений в любом количестве, стоит только добавить необходимый фермент. И как этот выбор делается? Путем включения нужного гена. Если клетка представляется котлом с химикатами, не вступающими в реакцию друг с другом, то в клеточном ядре, напротив, работает только малое число генов. Если ген включен (например, мы говорим о клетке печени), то последовательность нуклеотидов, то есть генетический код, определит последовательность аминокислот (помните магнитное ожерелье?), она определит форму, в которую свернется белок, а в этой форме появятся нужные зубцы и впадины, которые неизбежно заставят молекулы в «котле» соединиться требуемым образом. В каждой клетке, за исключением красных кровяных телец, имеется ядро, содержащее набор генов для всех ферментов. Но также в каждой клетке «активированы» немногие гены. Так, в клетках щитовидной железы вырабатываются ферменты для производства тироидного гормона, и соответственно, работают только гены этих ферментов. Точно так и с любыми другими клетками. Конфигурация клетки, ее поведение, ее участие в спектакле — все определяется идущими в клетке химическими реакциями. Поэтому весь ход эмбрионального развития управляется генами. Именно гены диктуют последовательность аминокислот, определяющую третичную структуру белков, именно она формирует «розетки» и «штепсели» в активном центре. Он, в свою очередь, контролирует клеточную химию, а это вызывает спонтанно организованное, подобное поведению скворцов в стае, поведение клеток в процессах эмбрионального развития. Таким образом, разница генов может вызвать изменения хода эмбрионального развития и, следовательно, изменения облика и поведения взрослых особей. А впоследствии выживание и репродуктивный успех этих особей повлияют на выживание генов, которые некогда обеспечили их выживание и репродуктивный успех. И в этом заключается естественный отбор.

Эмбриональное развитие кажется сложным (так оно и есть), но все видится проще, если разложить его на более простые составляющие, которые, по сути, являются самоорганизующимися процессами, управляемыми во всех случаях местными взаимодействиями. Другое дело — понять, как клетки, в которых содержится набор генов, решают, какой из генов следует задействовать в определенный момент. Попробуем ответить на этот вопрос.

Будет ли тот или иной ген активирован, зависит от химического состава окружающей среды, а он регулируется работой каскадов других генов, называемых генами-переключателями либо регуляторными генами. Клетки щитовидной железы, например, сильно отличаются от мышечных, как и от всех других, понятное дело, хотя гены у всех одинаковые. Хорошо, скажете вы: клетки мышц и щитовидной железы различаются у более или менее развившихся эмбрионов. Но эмбрион начинается с однойединственной клетки. Клетки щитовидной и поджелудочной желез, клетки печени и костей, клетки кожи и мышц — все это потомки оплодотворенной яйцеклетки, их судьбы складываются в ветвящееся генеалогическое древо. Это древо, берущее начало в зачатии, не имеет ничего общего с эволюционным древом, уходящим в прошлое на миллионы лет, которым мы любовались в других главах. Позвольте показать вам, например, полную родословную 558 клеток только что вышедшей из яйца личинки червя-нематоды Caenorhabditis elegans[111]. (Не знаю, почему этим червям дали видовое название elegans — изящный, но теперь можно сказать, что они его заслуживают. И, хотя я знаю, что не все читатели одобряют отступления от темы, исследования C. elegans — это такое торжество научной мысли, что сейчас меня ничто не остановит.)

В 1960-х блистательный южноафриканский ученый Сидней Бреннер выбрал C. elegans в качестве идеального подопытного животного. Он как раз закончил свою работу с Фрэнсисом Криком и другими коллегами из Кембриджа, посвященную расшифровке генома, и обдумывал, за что бы взяться. С его легкой руки — и благодаря его мощному творческому заделу! — в исследованиях генетики и анатомии нервной системы C. elegans появилось целое сообщество специалистов по C. elegans, которое теперь насчитывает тысячи людей. Можно сказать, что мы знаем о C. elegans почти все. Нам полностью известен его геном. Мы точно знаем, где находится каждая из его 558 клеток (у личинок; у взрослой особи-гермафродита их 959, не считая репродуктивных), и для каждой составлена полная родословная. Нам известно большое количество мутантных генов, приводящих к появлению атипичных червей, и мы точно знаем, где в теле проявляется мутация. Мы знаем и полную историю образования этих отклонений. Это маленькое создание известно нам снаружи и изнутри, вдоль и поперек («О, храброславленный герой!»). В 2002 году Бреннер был, пусть запоздало, удостоен Нобелевской премии, и один из видов, близких к C. elegans, был назван в его честь — Caenorhabditis brenneri. Его постоянная колонка «Дядя Сид» в журнале «Каррент байолоджи» являет образец эрудированности и бестрепетной научной мудрости, остроумной и прекрасной, как вся область исследований C. elegans, им инспирированная. Однако мне хотелось бы, чтобы микробиологи общались с зоологами (как это делал сам Бреннер) и перестали бы относиться к Caenorhabditis как к единственной нематоде или даже как к единственному червю, будто других не существует.

Родословная клеток Caenorhabditis elegans

Вообразите мир без островов. Представили? Биологи, говоря об острове, часто имеют в виду не часть суши, со всех сторон окруженную водой. С точки зрения пресноводной рыбы озеро — это настоящий остров, клочок пригодной для обитания воды, окруженный негостеприимной «сушей». С точки зрения горного жука, неспособного жить ниже определенной высоты, каждая вершина — это остров, отделенный от соседнего практически непроходимыми долинами. Крошечные черви-нематоды[115] (родственники элегантного Caenorhabditis), живущие в листьях (в инфицированном листе их может быть до десяти тысяч), забираются туда через устьица, микроскопические отверстия, через которые листья поглощают двуокись углерода и выделяют кислород. Для обитающей в листьях нематоды, такой как Aphelencoides, наперстянка — остров. А человеческая голова или промежность — остров для вшей. Наверняка для многих животных и растений оазис в пустыне — остров животворной прохлады и зелени, окруженный враждебным морем песка. И, раз уж мы взялись переосмысливать понятия с точки зрения животных, то архипелагом — группой или цепью островов — для пресноводной рыбы будет цепь озер, подобная той, что тянется вдоль Великой рифтовой долины в Африке. Для альпийского сурка архипелагом может быть цепь горных вершин, разделенных долинами. Для насекомого, живущего на листьях, роща — это своего рода архипелаг. А для овода архипелагом будет стадо коров (правда, архипелагом подвижным).

Теперь, переосмыслив понятие острова (ведь сказано, что «суббота для человека, а не человек для субботы»), вернемся к началу: представьте себе мир без островов.

Мы не столь безрассудны, как Балабон, но все-таки попробуем представить себе сушу, собранную в единое целое — один континент, окруженный водами (и только водами) океана. Нет ни островов в океане, ни озер или гор на земле: ничто не нарушает однородности воды и суши. В таком мире любой организм может перемещаться куда хочет и возможности перемещения ограничены только расстоянием — непреодолимых барьеров нет. В этом мире у эволюции возникли бы некоторые трудности. Жизнь на земле без островов была бы очень скучна. Начнем главу с попытки разобраться, почему.

Каждый биологический вид родственен всем остальным видам. Любые два вида — это потомки одного вида-предка, разделившегося надвое. Так, у человека и волнистого попугайчика есть общий предок: вид, существовавший примерно 310 миллионов лет назад. Предковый вид делится на два, и эти ветви навсегда расходятся. Я выбрал человека и волнистого попугайчика наугад, однако тот же исходный вид является общим предком, с одной стороны, всех млекопитающих, принадлежащих к одной из двух ветвей этого деления, с другой стороны — всех рептилий (с зоологической точки зрения, как мы выяснили в главе 6, птицы — это рептилии). Если палеонтологам невероятно повезет и они найдут окаменелые остатки представителя этого вида, придется придумать ему название. Давайте назовем его Protamnio darwinii. Нам ничего о нем неизвестно. Детали несущественны, но мы вряд ли сильно ошибемся, если представим P. darwinii кем-то вроде ползающей ящерицы, озабоченной поисками насекомых. Теперь — главное. Когда этот вид разделился на две субпопуляции, их представители сначала не отличались друг от друга и вполне могли скрещиваться, однако первой ветви было суждено дать начало млекопитающим, второй — птицам (а также динозаврам, змеям и крокодилам). Две субпопуляции P. darwinii со временем разошлись. Но если бы они продолжали скрещиваться друг с другом, они не смогли бы разойтись: генофонды продолжали бы обмениваться встречными потоками генов, и любое наметившееся расхождение сразу утонуло бы в потоке генов, поступающих из другой популяции.

Неизвестно, как, когда и где произошло это эпическое разделение. Правда, современная теория эволюции позволяет нам реконструировать прошлое, и мы можем с достаточной уверенностью говорить о том, что две субпопуляции P. darwinii по какой-либо причине оказались разделенными — скорее всего географическим барьером, например проливом, отделяющим друг от друга два острова либо остров от материка. Это мог быть горный хребет, разделивший две долины, или река, разделившая два лесных массива, — острова в широком смысле. Единственное, что здесь важно — изоляция двух субпопуляций в течение времени, достаточно долгого для того, чтобы они утратили способность скрещиваться. Что значит «достаточно долгое»? Если популяции подвергаются сильному разнонаправленному давлению отбора, то может хватить нескольких веков, а то и меньшего срока. Например, на острове могло не оказаться прожорливого хищника, хозяйничавшего на материке. Или, например, островитяне могли из насекомоядных стать вегетарианцами, как адриатические ящерицы из главы 5. Напоминаю, мы не знаем, как именно произошло разделение P. darwinii, да нам и не надо это знать. Примеры из современной зоологии позволяют нам достаточно уверенно утверждать, что в прошлом при разделении видов происходило нечто подобное.

Даже если условия по обе стороны барьера одинаковы, два географически разделенных генофонда за счет случайных изменений постепенно разойдутся настолько, что скрещивание окажется невозможным, когда изоляция закончится. Случайные изменения в двух генофондах будут постепенно накапливаться, и это в конце концов приведет к существенному различию геномов, не позволяющему самцу и самке из разных популяций произвести на свет фертильное потомство. Когда в результате одного случайного дрейфа или с помощью разнонаправленного естественного отбора два генофонда разойдутся настолько далеко, что географическая изоляция перестанет быть необходимой для сохранения изоляции генетической, мы будем вправе назвать разошедшиеся популяции двумя видами. В нашем примере островная популяция могла измениться сильнее материковой из-за отсутствия хищников или перехода к вегетарианству. В таком случае зоологи могли бы решить, что островитяне превратились в новый вид, и назвать его, например, Protamnio saurops, сохранив название Protamnio darwinii за материковым видом. Возможно, островной вид из нашего примера положил начало завропсидам (так сегодня называют группу, объединяющую всех современных рептилий и птиц), а материковый со временем дал начало млекопитающим.

Подчеркну: детали этой истории вымышлены. С тем же успехом островная популяция могла стать прародителем млекопитающих. «Остров» мог быть оазисом, окруженным пустыней, а не сушей, окруженной водой. И, конечно, мы не имеем представления, где именно произошло это великое разделение. Карта в те времена настолько отличалась от нынешней, что сам вопрос лишен смысла. Что здесь не является выдумкой, так это главный урок: большинство, если не все, из миллионов событий эволюционной дивергенции (расхождения), породивших богатейшее разнообразие живого мира, началось со случайного разделения двух субпопуляций одного вида. Причем во многих случаях, пусть не всегда, решающую роль играл географический барьер: море, река, горная цепь или пустынная долина. Биологи называют разделение исходного вида на два дочерних видообразованием. Большинство биологов скажут вам, что географическая изоляция — обычная прелюдия к видообразованию, хотя некоторые, например энтомологи, оговорятся, что симпатрическое видообразование играет не меньшую роль[117]. Симпатрическое видообразование также всегда начинается со случайного разделения популяции, но причины разделения не связаны с географией (это может быть локальное изменение микроклимата). Не стану вдаваться в подробности, но такой тип видообразования, по-видимому, особенно важен для насекомых. Для простоты будем считать, что первоначальное разделение, предшествующее видообразованию, как правило, связано с географическим барьером. Помните, в главе 2, рассказывая о разведении собак, я сравнил результат действия правил, которых придерживаются заводчики, с островом.

Как две популяции одного вида оказываются по разные стороны географического барьера? В принципе он может просто возникнуть: например, землетрясение может образовать ущелье или изменить русло реки, и тогда популяция окажется разделенной. Но чаще всего барьер существует изначально, и сами животные пересекают его в результате какого-либо необычного события. Такое событие обязательно должно быть редким, иначе какой это барьер? До четвертого октября 1995 года на карибском острове Ангилья не было представителей вида Iguana iguana. В этот день на восточном побережье острова неожиданно появилась популяция этих крупных ящериц. К счастью, это событие не ускользнуло от наблюдателей: игуаны прибыли на плоту из вырванных с корнем деревьев (некоторые десятиметровой длины). Плот приплыл с другого острова — вероятно, с лежащей в 160 милях Гваделупы. В течение месяца перед этим над островами пронеслись два урагана: «Луис» (4–5 сентября) и «Мэрилин» (двумя неделями позднее). Они вполне могли повалить деревья и унести их в океан вместе с игуанами, которые любят проводить время на деревьях. В 1998 году переселенцы чувствовали себя превосходно, и, по словам доктора Элен Ценски[118], возглавившей их изучение, дела у них шли не только не хуже, а даже лучше, чем у других видов игуан, прежде обитавших на Ангилье.

Чтобы подобные события могли способствовать видообразованию, они должны происходить часто, но не слишком часто. Слишком частые события — если, например, игуаны с Гваделупы ежегодно плавали бы на Ангилью — привели бы к постоянному пополнению генофонда игуан Ангильи генами игуан с Гваделупы, так что новый вид на Ангилье не смог бы обособиться. Кстати, не поймите меня неправильно, когда я говорю, что события должны происходить достаточно часто. Это не значит, что кто-то специально располагает острова на таком расстоянии друг от друга, чтобы на них хорошо шло видообразование. Напротив, там, где есть острова (в широком смысле), находящиеся друг от друга на расстоянии, не препятствующем видообразованию, там будет идти видообразование. А подходящее расстояние определяется трудностью его преодоления конкретным животным и означает только простоту перемещения для животных. Сто шестьдесят миль, отделяющие Ангилью от Гваделупы, — пустяк для сильной птицы, например буревестника. А водный барьер шириной всего несколько сотен метров может оказаться труднопреодолимым для лягушек или бескрылых насекомых.

Галапагосские острова находятся примерно в шестистах милях от побережья Южной Америки, что вчетверо больше, чем расстояние от Гваделупы до Ангильи. Архипелаг имеет вулканическое происхождение и с точки зрения геологии сравнительно молод. Эти острова никогда не были частью материка. Вся нынешняя флора и фауна Галапагосских островов должна была как-то перебраться туда с большой земли, скорее всего из Южной Америки. Хотя мелкие птицы умеют летать, расстояние в шестьсот миль делает перелет очень редким событием. Редким, но вероятным: на Галапагосских островах живут вьюрки, предки которых были когда-то, скажем, занесены сюда бурей. Вьюрки несомненно близки к южноамериканским, хотя все современные галапагосские виды уникальны и встречаются только на этом архипелаге. Посмотрите на карту. Острова лежат всего в десятках миль друг от друга, но в сотнях — от материка. Замечательные возможности для видообразования. Было бы упрощением считать, что вероятность преодоления барьера обратно пропорциональна его ширине, но обратная корреляция между расстоянием и вероятностью пересечения все-таки должна быть. Разница между средним расстоянием от острова до острова и расстоянием от архипелага до материка настолько велика, что Галапагосы должны быть настоящей кузницей видообразования. Так оно и есть. Дарвин осознал это (правда, только после того, как навсегда покинул архипелаг).

Галапагосские о-ва

Здешние расстояния заставляют эволюциониста думать, что островные виды будут незначительно отличаться друг от друга и разительно отличаться от материковых видов. Это предположение оправдывается с удивительной точностью. Дарвин замечательно описал данное явление, подойдя на редкость близко к использованию языка эволюционизма, хотя в то время он еще не сформулировал свои идеи. Я выделил основную мысль в этой цитате курсивом:

Наблюдая эту постепенность[119] и различие в строении в пределах одной небольшой, связанной тесными узами родства группы птиц, можно действительно представить себе, что вследствие первоначальной малочисленности птиц на этом архипелаге был взят один вид и видоизменен в различных целях. Точно так же можно предположить, что птице, которая первоначально была сарычом, было предназначено взять на себя обязанность питающихся падалью Polybori Американского континента[120].

Последняя фраза относится к галапагосскому канюку Buteo galapagoensis — еще одному виду, обитающему только на Галапагосах, однако довольно похожему на континентальные виды, особенно на Buteo swainsoni, которые регулярно мигрируют между Северной и Южной Америкой и вполне могли быть раздругой случайно занесены на Галапагосы. Сейчас мы называем галапагосского канюка и галапагосского нелетающего баклана эндемиками, то есть видами, нигде более не встречающимися. Дарвин, еще не пришедший тогда к идее эволюции, использовал общепринятый термин «аборигенные создания», сотворенные Господом только там и нигде больше. Он использовал этот термин и применительно к гигантским сухопутным черепахам, в то время в изобилии обитавшим на всех островах, и к двум видам галапагосских игуан — сухопутной и морской.

Морские игуаны — удивительные, ни на кого не похожие существа. Они ныряют на дно и едят там водоросли — по-видимому, это их единственная пища. Игуаны — превосходные пловцы. По мнению Дарвина, красотой они не отличаются:

Это отвратительное на вид существо[121], грязно-черного цвета, глупое и медлительное[122]. Взрослое животное имеет обыкновенно около ярда в длину, но некоторые достигают даже четырех футов… Хвост у них сплюснут с боков, а все четыре ноги снабжены неполными плавательными перепонками… В воде эта ящерица плавает необыкновенно легко и быстро, извиваясь, как змея, своим телом и сплюснутым хвостом, в то время как ноги ее неподвижны и плотно прижаты к бокам[123].

Поскольку морские игуаны отлично плавают, можно предположить, что именно они, а не сухопутные игуаны, смогли перебраться с материка на архипелаг, где дали начало новому виду — сухопутной игуане. Однако это почти наверняка неверно. Сухопутные галапагосские игуаны не слишком отличаются от материковых, а вот морские игуаны уникальны и встречаются только на Галапагосах. Нигде в мире не удалось найти другую ящерицу со сходными повадками и образом жизни. Мы сейчас вполне уверены, что именно сухопутная игуана перебралась с континента на архипелаг — возможно, на плоту из поваленных деревьев, как игуаны с Гваделупы на Ангилью. На Галапагосских островах сухопутные игуаны впоследствии разделились на два вида: первый остался сухопутным, второй освоил морскую среду. Причем первоначальное разделение галапагосской популяции на две части почти наверняка было связано с географической изоляцией. Возможно, группа сухопутных игуан оказалась заброшена на не заселенный игуанами остров, где они смогли перейти к морскому образу жизни, потому что их генофонд не испытывал притока генов сухопутных игуан предковой популяции. Впоследствии морские игуаны расселились на других островах, включая тот, на котором обитали сухопутные предки. Но теперь они уже не могли скрещиваться с ними, так что их генетически закрепленному морскому образу жизни не грозило «загрязнение» генами сухопутных игуан.

Рассматривая пример за примером, Дарвин везде подмечал одно и то же обстоятельство. Животные и растения каждого острова Галапагосского архипелага, как правило, эндемичны для архипелага («аборигенные создания»), и, кроме того, они чаще всего еще и уникальны (в мелких деталях) для каждого острова. Дарвина особенно впечатлили растения:

Отсюда следует поистине изумительный факт[124]: на острове Джеймс [Сантьяго] из 38 галапагосских растений, то есть ненаходимых ни в каком другом месте на земном шаре, 30 встречаются исключительно на этом острове, а на острове Албемарл [Исабела] из 26 коренных галапагосских растений 22 встречаются на одном только этом острове, то есть только о четырех в настоящее время известно, что они растут и на других островах архипелага; подобным же образом обстоит дело и с растениями с островов Чатем [Сан-Кристобаль] и Чарльз [Флориана][125].

То же самое Дарвин отметил и в отношении распространения на островах пересмешников:

Впервые внимание мое было полностью привлечено[126] тогда, когда я сравнил многочисленные экземпляры дроздов-пересмешников, убитых мной и некоторыми другими участниками нашей экспедиции, и, к своему изумлению, обнаружил, что все птицы с острова Чарльз принадлежат к одному виду (Mimus trifasciatus), все птицы с острова Албемарл — к виду М. parvulus, а все с острова Джеймс и Чатем (между которыми расположены два других острова, играющие роль связующих звеньев) относятся к виду М. melanotis[127].

Именно так и обстоят дела, причем везде, во всем мире. Флора и фауна любого региона представляет собой именно то, чего и следует ожидать тогда, когда, пользуясь отзывом Дарвина о вьюрках, ныне носящих его имя, «был взят один вид и видоизменен в различных целях».

Вице-губернатор Галапагосских островов мистер Лосон заинтриговал Дарвина сообщением, что «черепахи на разных островах различны» и что он «наверняка мог бы сказать, с какого острова какая привезена»:

Сначала я не обратил должного внимания[128] на это утверждение и даже успел частично смешать коллекции, собранные на двух из этих островов. Я и не помышлял, чтобы острова, отстоящие миль на пятьдесят-шестьдесят один от другого и по большей части находящиеся в виду друг друга, образованные в точности одинаковыми породами, лежащие в совершенно одинаковом климате, поднимающиеся почти на одну и ту же высоту, могли иметь различное население[129].

Все слоновые черепахи схожи с континентальным видом сухопутных черепах Geochelone chilensis, хотя галапагосские черепахи превосходят его по размерам. В какой-то момент на протяжении нескольких миллионов лет, в течение которых существуют острова, одна или несколько этих материковых черепах упали в воду и ухитрились доплыть до Галапагосов. Как они пережили такое долгое и трудное путешествие? Скорее всего, большинство не пережили, однако ведь достаточно одной самки. А черепахи, между прочим, прекрасно подготовлены к подобным путешествиям.

В прежние времена китобои увозили с собой черепах с Галапагосских островов тысячами в виде живых консервов. Чтобы мясо оставалось свежим, черепах не убивали до самого приготовления, но их не кормили и не поили. Их просто переворачивали на спину, часто складывая стопками по несколько штук, чтобы те не уползли. Я рассказываю об этом не для того, чтобы испугать читателей (хотя меня это варварство ужасает), а чтобы показать: черепахи способны неделями обходиться без воды и пищи. Этого вполне достаточно, чтобы Перуанское течение донесло их от Южной Америки до Галапагосских островов. К тому же сухопутные черепахи не тонут.

Добравшись до одного из островов Галапагосского архипелага и размножившись там, черепахи — опять случайно — без особых трудностей могли тем же способом заселить остальные острова. И они сделали то же, что и многие другие островные животные: увеличились в размерах. Это давно замеченный феномен островного гигантизма (тут есть некоторая путаница, поскольку одновременно известен и феномен островной карликовости)[130].

Если бы черепахи пошли по пути знаменитых дарвиновских вьюрков, на каждом острове возник бы свой вид. Впоследствии, попадая на другой остров, они не были бы уже способны к скрещиванию с местными черепахами (напомню, неспособность к скрещиванию с другими видами составляет главный признак понятия вида). После этого приток чужих генов уже не смог бы помешать каждому виду черепах приспосабливаться к уникальному образу жизни.

Можно даже сказать, что несовместимость брачного поведения у разных видов — своего рода генетическая замена географической изоляции. Пересекаясь географически, животные тем не менее изолированы на «островах» избирательного скрещивания. Это позволяет им расходиться все дальше и дальше. Большие, средние и малые вьюрки первоначально оформились как виды на разных островах. Теперь же все три вида сосуществуют на большинстве островов Галапагосского архипелага, никогда не скрещиваясь и специализируясь каждый на своей зерновой диете.

С черепахами произошло нечто похожее: на разных островах у них по-разному изменилась форма панциря. На больших островах панцирь у черепах более высокий, куполообразный. Для черепах на небольших островах характерен панцирь в форме седла с высоким «окном» для головы в передней части. Причина, возможно, заключается в том, что на больших островах достаточно влажно для произрастания трав, и обитающие там черепахи — травоядные, тогда как на маленьких островах значительно суше, и черепахам приходится довольствоваться кактусами. Седловидный панцирь с высоким «окном» позволяет им дальше вытягивать шею, чтобы добраться до кактусов, которые, как им и положено в эволюционной «гонке вооружений», стараются вырасти еще выше, чтобы стать недоступными черепахам.

Деревья на острове Св. Елены

История с черепахами добавляет к модели вьюрков дополнительное усложнение, поскольку для черепах вулканы — это острова внутри островов: высокие, прохладные, влажные зеленые оазисы, окруженные сухими лавовыми полями, которые для травоядных черепах — враждебная пустыня. На каждом небольшом острове по одному вулкану и, соответственно, по одному виду (или подвиду) слоновых черепах (кроме немногих островов, где черепах вовсе нет). На большом острове Исабела (во времена Дарвина он назывался Албемарл) целая цепь из пяти вулканов, в каждом из которых обитает свой вид (или подвид) гигантских черепах. Исабела для черепах — настоящий архипелаг в архипелаге. Островной принцип в своем географическом варианте как основа островного принципа эволюционной теории нигде не проявил себя в столь элегантной форме, как на этом архипелаге благословенной молодости Дарвина[131].

Трудно найти более изолированный остров, чем остров Св. Елены, вулкан в Южной Атлантике, лежащий примерно в 1200 милях от побережья Африки. Там обнаружено около ста видов растений-эндемиков (молодой Дарвин назвал бы их «аборигенными созданиями», а зрелый сказал бы, что они эволюционировали на острове). Среди них есть (некоторые уже исчезли) настоящие деревья, относящиеся к семейству астровых (сложноцветных).

Эти деревья внешне сходны с деревьями Африки, с которыми они, однако, не состоят в близком родстве. Их материковые родственники — травы и мелкие кустарники. По всей видимости, семена трав или кустарников случайно перенесло ветром за тысячу миль от Африки на остров Св. Елены, где они заняли свободную нишу лесных деревьев, укрупнившись, одеревенев и став настоящими деревьями. Аналогичные древоподобные «ромашки» независимо развились на Галапагосах. Эта тенденция наблюдается на островах по всему миру.

Каждому из Великих Африканских озер присуща собственная ихтиофауна, в которой доминирует группа рыб, называемая цихлидами. Цихлиды из озер Виктория, Танганьика и Малави (несколько сотен видов в каждом) сильно различаются. Они, очевидно, развивались изолированно в каждом из трех озер. Тем более удивительно, что в каждом озере независимо сформировался один и тот же набор занятий. По-видимому, сначала в каждое из озер попало по одному или два вида-основателя — возможно, из рек. Затем первопоселенцы делились, дивергировали снова и снова, породив сотни видов, которые мы сейчас наблюдаем. Каким образом в одном озере не изолированные географически виды смогли отделиться друг от друга?

Начиная разговор об островах, я упоминал, что с точки зрения рыб озеро, окруженное землей, — также своего рода остров. Несколько менее очевидно то, что и обычный остров, окруженный водой, может оказаться островом для рыб, особенно для мелководных видов. Аналог этому сценарию есть и в море: вспомните рыб кораллового рифа, которые не отваживаются опускаться глубоко. С их точки зрения мелководная периферия атолла — остров, а Большой барьерный риф — архипелаг.

Нечто подобное может случиться и в озере. Каменистая отмель большого озера может стать островом для рыбы, приспособленной к жизни на мелководье. По-видимому, именно так первоначально изолировались по крайней мере некоторые цихлиды африканских озер. Большинство особей оказались ограничены в перемещении пределами мелей вокруг островов, бухтами и заводями. Тем самым они оказались частично изолированными от обитателей других подобных мелководных участков, хотя изредка отдельные особи могли пересекать глубоководные области. В итоге получился своего рода озерный аналог Галапагосского архипелага.

Есть достоверные указания (в частности, результаты анализа осадочных отложений), что уровень воды в озере Малави (тогда, когда я с лопаткой и ведерком проводил на его песчаных берегах свои первые каникулы, оно называлось Ньяса) сильно колеблется. Один из минимумов наблюдался в XVIII веке, когда вода стояла примерно на сто метров ниже современного уровня. В те времена многие нынешние острова были не островами, а холмами на землях, окружавших значительно меньшее по размеру озеро. В XIX–XX веках уровень воды поднялся, и холмы стали островами, цепи холмов превратились в архипелаги, и начался процесс видообразования у цихлид, обитающих на мелководье (местное название — мбуна): «Практически каждой мели и каждому острову присуща уникальная фауна[132] мбуна с нескончаемым разнообразием цветов и форм. Поскольку большинство этих мелей и островов двести-триста лет назад были частью суши, формирование этих фаун произошло в кратчайшие сроки».

Такое быстрое видообразование характерно для цихлид. Малави и Танганьика достаточно стары, но озеро Виктория совсем молодое. Оно сформировалось всего около 400 тысяч лет назад и с тех пор несколько раз пересыхало, последний раз примерно 17 тысяч лет назад. Отсюда следует, что его богатейшая ихтиофауна, насчитывающая около 450 видов цихлид, сформировалась за какие-то тысячелетия, хотя обычно для эволюционных изменений такого масштаба требуются миллионы лет. Цихлиды Великих Африканских озер — впечатляющая иллюстрация того, на что способна эволюция в короткий промежуток времени. Они почти заслужили того, чтобы включить их в главу 5.

Среди лесных деревьев Австралии доминируют представители одного рода — эвкалипт, более семисот видов которого заполняют много экологических ниш. И снова мы видим дарвиновскую максиму о вьюрках в действии: один вид эвкалипта «был взят и видоизменен в различных целях». Еще более известный пример — австралийские млекопитающие. В Австралии существуют (или существовали до прихода людей) экологические эквиваленты волков, кошек, кроликов, кротов, землероек, львов, белок-летяг и многих других зверей. Однако все они сумчатые, радикально отличающиеся от волков, кошек, кроликов, кротов, землероек, львов и летяг, населяющих остальные континенты, — то есть, от так называемых плацентарных млекопитающих. Австралийские эквиваленты — потомки всего нескольких или даже одного сумчатого предка, который «был взят и видоизменен в различных целях». Эта удивительная фауна знает и виды, которым трудно найти аналог за пределами Австралии. Большинство видов кенгуру занимают ниши, сходные с нишами антилоп (или обезьян и лемуров в случае древесных кенгуру), однако предпочитают прыжки галопу. Кенгуру очень разнообразны: от больших рыжих кенгуру (а были животные и еще крупнее, включая ныне вымерший вид грозного прыгающего хищника) до мелких валлаби и древесных кенгуру. Были там и гигантские, размером с носорога, дипротодоны, родственники современных вомбатов, около трех метров в длину, до двух метров в холке и весом две тонны. Мы вернемся к австралийским сумчатым в следующей главе.

Смешно. Однако я вынужден говорить об этом — и все из-за 40 % американцев, которые, как я упоминал в главе 1, воспринимают библейские сказания буквально! Как были бы распространены географически живые организмы, если бы они вели свой род от особей из Ноева ковчега? Разве не наблюдали бы мы уменьшение разнообразия видов по мере удаления от эпицентра (наверное, им должна, согласно Библии, быть гора Арарат)?

С чего бы всем этим сумчатым (от крошечной сумчатой мыши, коал и бандикутов до гигантских кенгуру и дипротодонов) — только сумчатым, никаких плацентарных — мигрировать с Арарата в Австралию? Каким маршрутом они шли? И почему ни один зверь из этого длинного каравана не отстал и не поселился, например, в Индии, Китае или в каком-нибудь укромном местечке у Великого шелкового пути? Почему весь отряд неполнозубых Edentata — все двадцать видов броненосцев (включая вымершего гигантского броненосца), все шесть видов ленивцев (в том числе вымершие гигантские ленивцы) и все четыре вида муравьедов — решительно отправились не куда-нибудь, а в Южную Америку, и не оставили по пути следов? И почему к ним присоединился в полном составе подотряд кавиоморфных грызунов, включая морских свинок, агути, пака, мара, капибар, шиншилл и множество других эндемичных южноамериканских грызунов? Почему подотряд широконосых обезьян целиком оказался в Южной Америке? Разве не должны были хотя бы отдельные их представители оказаться в Азии и Африке вместе с узконосыми обезьянами? И почему ни одна узконосая обезьяна не добралась до Южной Америки вместе с широконосыми? Зачем всем без исключения пингвинам понадобилось ковылять до самой Антарктиды, и никто из них не отправился в столь же гостеприимную Арктику?

Пралемур (возможно, всего один вид) оказался на Мадагаскаре. Теперь там обитает 37 видов лемуров (не считая вымерших), от карликового мышиного лемура (размером с хомячка) до недавно вымершего гигантского лемура величиной с гориллу, напоминающего медведя. И все они живут на Мадагаскаре. Лемуров нет больше нигде на свете. А на Мадагаскаре нет обезьян. Как 40 % населения, отрицающее историю, это объяснит? Все 37 видов лемуров сошли с Ноева ковчега на остановке «Мадагаскар» и проигнорировали Африку?

Я снова приношу извинения за стрельбу из пушки по жалкому воробью, но я вынужден это делать, поскольку 40 % американцев принимает за истину каждое слово в рассказе о Ноевом ковчеге. Мы могли бы их проигнорировать и спокойно заниматься наукой, но не можем себе это позволить: они контролируют школы, приговаривают своих детей к домашнему обучению, чтобы оградить их от влияния современной науки, они заседают в Конгрессе, управляют целыми штатами, даже баллотируются на посты президентов и вице-президентов. У них достаточно средств и влияния для создания институтов, университетов и даже музея, в котором дети катаются на механических моделях динозавров в натуральную величину, выслушивая пояснения, что динозавры были современниками древних людей. И, как показали недавние опросы, Великобритания в этом отношении не слишком отстает от США (или лучше — «опережает»?), как и от ряда европейских стран и большей части исламского мира.

Даже если оставить в покое и Арарат, и верящих в истинность истории потопа, те же проблемы возникают у любой другой теории независимого сотворения видов. Зачем Творцу понадобилось рассеивать виды по островам и континентам так, чтобы их распространение недвусмысленно указывало на их эволюционное происхождение? Почему Он поселил лемуров только на Мадагаскаре, и нигде больше? Зачем было селить широконосых обезьян только в Южной Америке, а узконосых — только в Азии и Африке? Почему в Новой Зеландии нет млекопитающих, кроме летучих мышей, способных туда долететь? Почему виды, живущие на цепочках островов, больше всего похожи на обитателей соседних островов, а все они вместе схожи — слабее, но все же безусловно — с видами ближайшего материка или крупного острова? Почему Творец отправил в Австралию только сумчатых млекопитающих, причем снова за исключением летучих мышей, а также тех видов, что могли туда добраться вместе с людьми на каноэ? Единственный способ увидеть логику и смысл в распространении растений и животных на континентах и островах, в озерах и реках, на вершинах и в долинах, в лесах и пустынях — следовать озарению, к которому галапагосские вьюрки привели Дарвина: «Вследствие первоначальной малочисленности… был взят один вид и видоизменен в различных целях».

Острова очаровали Дарвина. За время путешествия на «Бигле» он немало их исходил вдоль и поперек. Он даже разгадал, как образуется один из типов островов — атоллы, создаваемые животными (кораллами). Впоследствии Дарвин осознал важность существования островов и архипелагов для своей теории и провел несколько экспериментов для прояснения вопросов, связанных с предположением, что географическая изоляция предшествует видообразованию (он, правда, не употреблял это слово). Он экспериментировал с продолжительным хранением семян в морской воде и доказал, что некоторые из них сохраняют способность к прорастанию даже после пребывания в воде в течение времени, достаточного для переноса течениями с континента на острова. В ходе другого эксперимента он показал, что лягушачья икра практически не переносит воздействие морской воды. Этот результат позволил ему объяснить наблюдаемое географическое распространение лягушек:

Относительно отсутствия на океанических островах целых отрядов животных[133] Бори Сент-Венсан уже давно заметил, что бесхвостые амфибии (лягушки, жабы, тритоны) никогда не были найдены ни на одном из многочисленных островов, рассеянных среди обширных пространств океанов. Я взял на себя труд проверить это утверждение и нашел, что оно вполне справедливо, за исключением Новой Зеландии, Новой Каледонии, Андаманских островов и, быть может, Соломоновых и Сейшельских островов. Но я уже заметил, что довольно сомнительно, можно ли отнести Новую Зеландию и Новую Каледонию к числу океанических островов, и еще сомнительнее то же самое относительно Андаманской и Соломоновой групп и Сейшельских островов. Это общее отсутствие лягушек, жаб и тритонов на столь многих настоящих океанических островах не может быть объяснено их физическими условиями; напротив, кажется, что эти острова особенно пригодны для названных животных, так как лягушки были ввезены на Мадейру, Азорские острова и остров Маврикия и размножились там до того, что стали вредны. Но так как эти животные и их икра немедленно гибнут в морской воде (насколько мы знаем, за исключением одного индийского вида), то для них крайне трудно перенестись через море, и это объясняет нам, почему их нет на настоящих океанических островах. Но почему, следуя теории творения, они не были здесь сотворены, трудно было бы объяснить[134].

Дарвин отлично отдавал себе отчет в важности для теории эволюции географического распространения видов. Он отмечал, что большинство фактов поддается объяснению в предположении, что животные и растения эволюционировали. Отсюда следует (и этот факт подтверждается), что современные животные должны обитать на тех же континентах, где обнаруживаются окаменелые остатки их непосредственных предков или близких видов. Мы ожидаем (и видим это), что животные одного континента схожи между собой. Вот мнение Дарвина на этот счет, с акцентом на обитателей Южной Америки, в которых он хорошо разбирался:

Натуралист, странствуя[135], например, с севера на юг, всегда поражается тем, как группы явно близких, но представляющих видовые отличия форм последовательно замещают друг друга. Он слышит, что близкие, но все-таки различающиеся виды птиц имеют почти одинаковый голос, видит, что их гнезда очень похожи, хотя и не вполне сходны по постройке, и окраска яиц почти одинакова. Равнины, расстилающиеся у Магелланова пролива, населены одним видом Rhea (американского страуса), а лежащие севернее долины Ла-Платы — другим видом того же рода, но не настоящим страусом, и не эму вроде тех, которые живут на той же широте в Африке и Австралии. На тех же равнинах Ла-Платы мы видим также агути и вискачу — животных, по образу жизни очень похожих на наших зайцев и кроликов и принадлежащих также к отряду грызунов, но с резко выраженным американским типом организации. Поднимаясь на высокие пики Кордильеров, мы находим горный вид вискачи; в водах вместо бобра и ондатры мы встречаем нутрию и капибару — грызунов южноамериканского типа[136].

Хотя это не более чем здравый смысл, Дарвин смог таким образом объяснить огромное число своих наблюдений. Однако есть некоторые факты, касающиеся географического распространения животных и растений, а также горных пород, которые нуждаются в другом объяснении, совершенно противоречащем здравому смыслу и наверняка удивившем бы Дарвина, если бы он об этом знал.

Во времена Дарвина все думали, что карта мира есть нечто постоянное. Некоторые его современники допускали возможность существования в прошлом «мостов» между континентами, впоследствии погрузившихся под воду, которые могли бы объяснить, например, сходство флоры Южной Америки и Африки. Дарвин не был горячим приверженцем этой идеи, но, скорее всего, пришел бы в восторг от современных свидетельств движения континентов. Это наилучшим образом объясняет некоторые важнейшие факты распространения видов и особенно окаменелостей. Например, известно значительное сходство окаменелостей Южной Америки, Африки, Антарктики, Мадагаскара, Индии и Австралии, которое сейчас принято объяснять тем, что они когда-то составляли огромный южный континент Гондвану. И снова нам приходится признать, что эволюция — это факт.

Теория дрейфа материков была выдвинута немецким геофизиком Альфредом Вегенером (1880–1930). Конечно, не он первым заметил, что береговые линии многих континентов и островов, даже находящихся на значительном удалении, схожи друг с другом, как детали пазла. Я не имею в виду примеры типа острова Уайт, который замечательно «прикладывается» к побережью Гемпшира, как будто пролива Солент между ними нет. Вегенер и его предшественники обратили внимание на тот же факт в масштабе целых материков, таких как Африка и Америка. Побережье Бразилии идеально подходит к побережью Западной Африки, а северная часть Западной Африки отлично сходится с североамериканским побережьем от Флориды до Канады. Схожи не только очертания берегов: Вегенер отметил и сходство геологических образований восточного побережья Южной Америки и соответствующих им участков западного побережья Африки. Менее заметно, что западное побережье Мадагаскара соответствует восточному побережью Африки (не той части, которая сейчас находится напротив острова, а расположенным севернее берегам Кении и Танзании), а его восточное побережье — западному побережью Индии. Вегенер также отмечал, что окаменелости, найденные в Африке и Южной Америке, слишком похожи для современного, очень удаленного, расположения этих континентов. Как это объяснить, учитывая ширину Южной Атлантики? Были ли континенты когда-то намного ближе друг к другу или даже соединены? Идея была захватывающей, но слишком передовой для своего времени. Вегенер, кстати, заметил и сходство окаменелостей на Мадагаскаре и в Индии. Имеется сходство и между окаменелостями Европы и Северной Америки.

Карикатура на теорию Вегенера. «Гондвана таймс»: «Отпадение Южной Америки!»

Скелет млекопитающего — настоящий шедевр. Не в том смысле, что он сам по себе прекрасен (по правде говоря, я как раз так и думаю) — нет, я имею в виду тот факт, что мы вообще можем говорить о скелете млекопитающего: ведь эта сложнейшая, мастерски подогнанная конструкция одновременно столь различна и столь очевидно единообразна у многообразных млекопитающих. Собственный скелет знаком нам достаточно близко, так что обойдемся без иллюстрации, однако взгляните на скелет летучей мыши. Не правда ли, удивительно, что каждая ее кость имеет аналог в человеческом скелете? Мы ясно видим это, конечно, благодаря порядку сочленения — различаются только пропорции. «Кисти» у летучей мыши непропорционально велики (в сопоставлении с ее телом), но вряд ли мы не заметим сходство наших пальцев на руках и длинных костей мышиных крыльев. Рука человека и крыло летучей мыши — два варианта одной и той же вещи, и никто в здравом уме не станет это отрицать. Существует термин для описания такого сходства — гомология. Крыло летучей мыши и наша кисть гомологичны. Скелет нашего общего предка сжимался и растягивался, одна часть за другой, в разных направлениях, в разных филогенетических линиях.

Еще удивительнее то, что этот же принцип работает и для крыла птеродактиля (пусть он не относится к млекопитающим) — хотя и в других пропорциях. Перепонка крыла птеродактиля, по сути, опирается на один палец — мизинец. Конечно, из-за такой гомологии можно и в истерику впасть: ведь мизинец обязан быть маленьким и хрупким. Но это, безусловно, глупость, потому что мизинец птеродактиля имел длину, сопоставимую с его телом, и ощущался примерно так, как мы ощущаем руку. Тем не менее, картина иллюстрирует тот же принцип. Пятый палец видоизменялся в соответствии со своим назначением — нести перепонку крыла. И, несмотря на различия в деталях, это все-таки именно пятый палец, на что указывает его положение относительно остальных костей скелета. Эта длинная, крепкая опора, поддерживающая крыло, гомологична нашему мизинцу.

Скелет летучей мыши

Помимо настоящих летающих животных — птиц, летучих мышей, птерозавров и насекомых — существуют животные планирующие, и этот навык кое-что говорит о происхождении полета. Планирующим животным также нужны перепонки и скелетный каркас, однако в этом случае каркас не обязан происходить от пальцев руки, как крылья летучих мышей и птерозавров. Белки-летяги (две независимые группы грызунов) и кускусы (австралийские сумчатые, по виду почти неотличимые от летяг, но не родственные им) планируют, растягивая перепонку между руками и ногами. Пальцы при этом не несут особой нагрузки и поэтому не увеличиваются. Я, страдающий «неврозом мизинца», с большим удовольствием очутился бы в шкуре летяги, чем птеродактиля, поскольку привык выполнять тяжелую работу руками и ногами, а не пальцами.

Скелет птеродактиля

Взгляните на скелет летучего дракона — еще одного элегантного лесного параплана. Одного взгляда достаточно, чтобы понять — у него каркасом крыльев-перепонок стали не пальцы, не руки или ноги, а ребра. И снова очевидно сходство его скелета со скелетами других позвоночных. Можно перебрать все кости, одну за другой, и каждой найти аналог у человека, летучей мыши или птеродактиля.

Скелет летучего дракона

Шерстокрыл (кагуан), родом из лесов Юго-Восточной Азии, напоминает летяг и кускусов, однако его несущий перепонку каркас включает, кроме рук и ног, хвост. По мне, это какая-то несуразица, хотя я вообще не могу представить, что значит обладать хвостом (впрочем, у людей, как и других бесхвостых обезьян, есть рудиментарный хвост — копчик). Нам, почти бесхвостым обезьянам, трудно понять, как чувствует себя паукообразная обезьяна, хвост которой вытягивается на длину позвоночника. На цветной вклейке 26 видно, насколько он длиннее и без того длинных рук и ног. Как у многих обезьян Нового Света (вообще у многих обитающих там млекопитающих, что любопытно и труднообъяснимо), хвост паукообразной обезьяны на редкость цепок, то есть приспособился к хватанию и почти превратился в лишнюю руку (хотя он ей не гомологичен — на хвосте нет пальцев). И вправду, хвост этой обезьяны выглядит как рука или нога. Скелет этого хвоста подобен хвостам остальных млекопитающих, однако он видоизменился для выполнения других задач. Его позвонки решительно такие же, как в хвостах остальных млекопитающих, включая нас с нашими копчиками. Только представьте, каково это — быть обезьяной с пятью «руками», на каждой из которых к тому же можно радостно висеть. Я не могу это представить, но знаю, что хвост паукообразной обезьяны гомологичен моему копчику, а невероятно длинная и мощная кость крыла птеродактиля гомологична моему мизинцу.

Другой сюрприз того же рода — лошадиное копыто. Оно гомологично ногтю нашего среднего пальца. Лошади, в отличие от нас, буквально ходят на цыпочках. Они практически полностью утратили остальные пальцы и ногти на ногах. Наши указательный и безымянный пальцы (и их эквиваленты на ногах) гомологичны приросшим к пястным костям лошади грифельным костям, практически невидимым под кожей. Грифельная кость лошади гомологична средней пястной кости нашего запястья и плюсневой кости стопы. Так что немалый вес лошади, например тяжеловоза клейдесдальской породы или шайра, несут только средние пальцы передних и задних конечностей. Пример с гомологией среднего пальца человека и летучей мыши очевиден. Скажу также, что иногда лошади рождаются с тремя «пальцами», один из которых обычен, а два других снабжены миниатюрными копытцами, как показано на рисунке.

Не правда ли, прекрасная идея: почти беспредельная изменчивость, причем каждая модификация сохраняет безошибочные следы оригинала? Превосходная иллюстрация — литоптерны, вымершие южноамериканские травоядные, не похожие ни на какое современное животное, тем более на лошадь, но точно с такими же, как у нее, ногами и копытами. Лошади Северной Америки[143] и литоптерны Южной (которая тогда была огромным островом, ведь Панамского перешейка еще не было) независимо сходным образом избавились от всех пальцев, кроме среднего, и нарастили на нем копыто. Возможно, причина в том, что у травоядного млекопитающего не так много способов стать быстрым бегуном. Лошади и литоптерны пришли к одному решению — избавиться от ненужных пальцев и приобрести копыта. Коровы и антилопы нашли другое решение — два пальца.

Многопалая лошадь

Следующее утверждение сначала выглядит парадоксальным, однако вы скоро убедитесь, насколько оно верно и важно. Скелет всех млекопитающих одинаков, но отдельные кости различны: под скелетом я понимаю набор костей, соединенных друг с другом в определенном порядке. Форма костей в этом случае не является свойством скелета. Такое определение скелета не учитывает форму отдельных составляющих, заботясь только об их упорядоченности: «кость с костью своею»[144], или, как поется в более бодром варианте этого пассажа:

Пальцы — к ступне, А ступня — к лодыжке, А лодыжка — к ноге, А нога — к колену, А колено — к бедру, А бедро — к тазу, А таз — к позвоночнику, А позвоночник — к плечам, А плечи — к шее, А шея — к голове! Я слышу слово Господне!

Суть в том, что это гимн буквально всех млекопитающих — и даже всех наземных позвоночных. Например, наша голова (точнее, череп) состоит из 28 костей, в основном скрепленных жесткими швами, — и всего одной большой подвижной костью: нижней челюстью[145]. Удивительным образом те же 28 костей (плюс-минус одна), которые даже можно назвать одинаково, имеются у всех млекопитающих!

Шейный позвонок — к затылочной кости, А затылочная кость — к теменной, А теменная — к лицевой, А лицевая — к лобной, <…> А 27-я кость — к 28-й.

Порядок одинаков, хотя форма костей млекопитающих радикально отличается.

Череп лошади

Какой отсюда следует вывод? Мы ограничились современными животными, так что не видим эволюцию в действии. Мы как детективы, явившиеся на место преступления. Скелеты современных животных сходны ровно настолько, насколько этого можно ожидать от потомков одного предка, скелет которого постепенно изменялся. Общий предок некоторых животных, например жирафа и окапи, жил сравнительно недавно. Но называть жирафа вытянувшимся окапи некорректно: это два современных вида. Однако разумно предполагать (это подтверждается ископаемыми находками, но мы здесь не обсуждаем окаменелости), что общий предок больше походил на окапи. То же самое с импала и гну — они близкие родственники и в родственном отношении отстоят немного дальше от жирафа и окапи. При этом все четыре вида — дальние родственники других парнокопытных, включая свиней и бородавочников (они приходятся кузенами друг другу, а также свиньям пекари). Все парнокопытные — еще более далекие родственники лошадей и зебр, кузенов, не имеющих раздвоенного копыта. Можно сколь угодно долго подбирать пары кузенов, потом объединяя кузенов в группы, эти группы — в группы групп кузенов, группы групп кузенов — в группы групп групп кузенов, и так далее. Всем известно, что у кузенов и кузин общие бабушка и дедушка, а у троюродных — прабабушка и прадедушка:

[(волк, лиса)(лев, леопард)][(жираф, окапи)(импала, гну)]

Все указывает на разветвленное дерево предков и потомков, то есть генеалогическое древо.

Скелеты жирафа и окапи

Я сразу перешел от дерева сходства к древу родства (генеалогическому), но не поспешил ли я с этим заключением? Нет ли других интерпретаций? Едва ли! Иерархический характер сходства был замечен креационистами еще в додарвиновскую эпоху, и у них, конечно же, было неэволюционное объяснение, на редкость надуманное. Характер сходства, утверждали они, есть отражение ограниченного числа лейтмотивов у Творца. У него были разные соображения о том, как делать животных. Он разрабатывал все линии одновременно — например, отдельно млекопитающих и насекомых. В рамках линии млекопитающих было четкое и обстоятельное деление на подтемы, например парнокопытные, и под-подтемы (например свиньи). Здесь столько ухищрений и попыток выдать желаемое за действительное, что современные креационисты редко вспоминают об этом объяснении. Как и в случае с географическим распространением животных, они предпочитают игнорировать доводы сравнительной анатомии, считая за лучшее для себя обращаться к ископаемым (на этом поле им почему-то спокойнее).

Чтобы подчеркнуть всю безнадежность объяснения с Творцом и его темами, вспомним, что любой здравый конструктор с удовольствием снова обращается к своим удачным идеям, если они выигрышно смотрятся в новом проекте. Конструирование поездов и самолетов — разные области, но идея индивидуального освещения в самолете пригодится и в поезде: почему бы и нет, если решается сходная задача? Название «безлошадная повозка», бывшее в употреблении на заре автомобильной эры, указывает на источник идеи. Однако конной повозке руль ни к чему — лошадьми управляют при помощи вожжей, так что руль позаимствовали где-то еще; подозреваю, что у корабля. До появления рулевого управления в конце XIX века автомобиль вели с помощью аналога румпеля, заимствованного у корабелов, но перенесенного с кормы на нос.

Если перья — настолько удачная идея, что они есть у всех без исключения птиц, летающих и нелетающих, почему их нет ни у одного млекопитающего? Почему Господь не воспользовался удачной находкой при сотворении, например, летучих мышей? Причина, конечно, в том, что все птицы произошли от общего пернатого предка, среди потомков которого не было ни одного млекопитающего. Все очень просто[146]. Дерево сходства — это дерево предков и потомков, фамильное древо, и для каждой его ветви, от главной до третьестепенной, принцип одинаков.

Однако возникает вопрос. Есть множество замечательных примеров, где на первый взгляд идея пересажена из одной части древа в другую, как подвой у яблони. Дельфин, будучи мелким китом, выглядит как многие виды крупных рыб. Одну из них — большую корифену Coryphaena hippuris — даже называют «дельфином». У них сходная обтекаемая форма, пригодная для быстрого охотника, живущего у поверхности океана. Однако их манера плавать, на первый взгляд похожая, не заимствована друг у друга. Главным двигателем у обоих существ является хвост, но большая корифена, как и все рыбы, двигает хвостом из стороны в сторону. Дельфин же, будучи млекопитающим, выдает свое происхождение, двигая хвостом вверх-вниз. Унаследованная от рыбьего позвоночника способность изгибаться из стороны в сторону есть у ящериц и змей, которые будто бы плывут по земле. Сравните с галопирующей лошадью или гепардом. У млекопитающих позвоночник изгибается вверх и вниз, а не вправо и влево. Интересно, как у млекопитающих произошел этот переход? Возможно, была промежуточная стадия с почти негнущимся позвоночником (как у лягушек). С другой стороны, крокодилы могут бегать галопом (причем с ужасающей скоростью) и, что более традиционно для рептилий, ползать, извиваясь как ящерицы. Предки млекопитающих не имели ничего общего с крокодилом, но, возможно, крокодил — пример того, как в общем предке могли совмещаться эти черты.

Итак, предки китов и дельфинов, вполне экипированные наземные млекопитающие, которые галопировали по прериям, пустыням или тундре, изгибая позвоночник вверх-вниз. Если змеи «плавают» по суше, дельфин «галопирует» в воде! Соответственно, хотя плавник дельфина напоминает раздвоенный хвост большой корифены, он располагается в горизонтальной плоскости, а у большой корифены — в вертикальной. Дельфин — персонаж множества подобных историй, с которыми мы еще столкнемся.

Многоножка (вверху) и мокрица

Есть и другие примеры сходства столь очевидного, что трудно не объяснить его прямым заимствованием. Однако анализ все-таки показывает, что это не так. Животные бывают настолько похожи, что чувствуешь: они обязаны быть родственниками. Тем не менее, выясняется, что, несмотря на впечатляющее сходство, различий больше. Мокрицы — хорошо нам знакомые мелкие существа с множеством ножек, сворачивающиеся при опасности в клубок, подобно броненосцам. Возможно, по этой причине они получили латинское название Armadillidium. Это наименование принадлежит мокрицам, ракообразным, сухопутным родственницам креветок, чье происхождение выдает жаберное дыхание (а жабры приходится держать влажными). Этот случай, впрочем, интересует нас потому, что на свете есть другая мокрица, но не ракообразное животное, а относящаяся к многоножкам. Когда эти мокрицы свернуты, то отличить их практически невозможно. Тем не менее первая — видоизменившееся ракообразное, вторая — видоизменившаяся многоножка. Впрочем, если их развернуть, то сразу бросится в глаза по меньшей мере одно отличие: у многоножки в большинстве сегментов по две пары ног, а у мокрицы — по одной. Более тщательный анализ показывает множество других отличий, так что внешнее сходство поверхностно и вызвано конвергенцией.

Череп тасманийского волка

Почти любой зоолог, не являющийся узким специалистом, скажет, что череп на рисунке вверху принадлежит собаке. И только специалист, отметив два продолговатых отверстия на небе, поймет, что это не собака. Эти отверстия являются отличительным признаком сумчатых — большой группы млекопитающих, теперь обитающих в Австралии. На самом деле перед нами череп тасманийского волка. Благодаря сходному образу жизни, который ведут тасманийские волки (в данном печальном случае — вели) и настоящие собаки (например, динго, с которыми они конкурировали в Австралии и на Тасмании), форма их черепов конвергентно сблизилась.

В главе о географическом распространении видов я упоминал об изумительных сумчатых млекопитающих Австралии. Для этой главы важна их многократно повторяющаяся конвергенция с соответствующими плацентарными (не-сумчатыми) млекопитающими, доминирующими в остальных частях планеты. Не будучи идентичными даже при поверхностном осмотре, каждое сумчатое животное на иллюстрации все же очень похоже на свой плацентарный «функциональный аналог». Этого сходства достаточно, чтобы произвести на нас впечатление, но мало для рассуждений о заимствовании Творцом «тем».

Генетическую рекомбинацию при половом размножении можно рассматривать как своего рода заимствование, обмен генетическими «темами». Однако половая рекомбинация ограничена пределами одного вида и потому не представляет интереса для проблематики данной главы. Мы как раз сравниваем виды, например, сумчатых и плацентарных животных. Любопытно, что заимствование ДНК чрезвычайно широко распространено среди бактерий. Обмен «идеями» между очень далекими в родственном отношении штаммами бактерий более всего напоминает случайные связи и иногда рассматривается в качестве возможного предшественника полового размножения. На самом деле заимствование «идей» — один из основных механизмов, позволяющих бактериям пополнять арсенал новыми хитростями, такими как устойчивость к антибиотикам.

Феномен носит довольно-таки бессмысленное название «трансформация». Причина в том, что когда в 1928 году Фредерик Гриффит его открыл, о ДНК никто не знал. Гриффит фактически обнаружил, что незаразный штамм стрептококка может заимствовать вирулентность у совершенно другой бактерии (даже погибшей!). Сейчас мы бы сказали, что незаразный штамм инкорпорировал в свою ДНК фрагменты ДНК мертвой заразной бактерии (для ДНК понятия «жив» и «мертв» бессмысленны — это просто закодированная информация). В наших терминах незаразная бактерия позаимствовала генетическую «идею» у заразной. Обмен «идеями» между бактериями, правда, совсем другое дело, чем обращение конструктора к собственной удачной находке. Тем не менее, это интересный факт, и если он столь же распространен среди животных, нам будет намного труднее опровергнуть гипотезу об «экономном конструкторе». Что если птицы и летучие мыши вели бы себя как бактерии? Что если, например, бактериальной или вирусной инфекцией часть генома птицы будет перенесена в геном летучей мыши? Не появится ли в результате такого «копипейста» летучая мышь с перьями?

Сопоставление плацентарных и сумчатых млекопитающих

У животных, в отличие от бактерий, передача генов практически полностью ограничена кругом половых отношений внутри вида. На самом деле вид можно довольно точно определить как группу животных, участвующих в генном обмене. Как только две популяции одного вида после продолжительной изоляции (в главе 9 мы обсуждали, что этому обычно предшествует период географического разделения) теряют эту способность, мы считаем их отдельными видами, и они никогда не смогут обмениваться генами (пока не вмешается генная инженерия). По мнению моего коллеги, оксфордского профессора генетики Джонатана Ходжкина, есть только три исключения из этого правила: нематоды, плодовые мушки и — самый интригующий пример — бделлоидные коловратки. Последняя группа наиболее интересна в силу уникальной особенности эукариот — отсутствия полового размножения. Может быть, они обошлись без полов потому, что воспользовались древним методом обмена генами, к которому прибегают бактерии? Межвидовой обмен генами чаще встречается у растений. Например, паразитическое растение повилика Cuscuta — донор генов для растений, вокруг которых она обвивается[147].

Я все еще не могу определиться относительно генетически модифицированных продуктов, разрываясь между потенциальной пользой для сельского хозяйства и осторожностью. Приведу один аргумент, который мне не доводилось еще слышать. Мы часто проклинаем предков за бездумную интродукцию видов в чужеродную среду, предпринятую просто ради развлечения. Так, герцог Бедфордский завез на Британские острова американскую серую белку: причуда, оказавшаяся, как мы видим, катастрофически безответственной.

Бделлоидная коловратка

Не будут ли таксономисты будущего так же сожалеть о забавах нашего поколения с геномом (например, о пересадке гена устойчивости к заморозкам от арктических рыб помидорам или пересадки гена флюоресценции от медуз картофелю в надежде, что он начнет светиться, когда ему требуется полив)? Я читал о планах некоего художника устроить инсталляцию с участием светящихся собак, которым пересажен этот ген. Меня коробит от подобного научного дебоширства во имя претенциозного «искусства». Не принесет ли это вред в отдаленном будущем? Не скажется ли эта блажь на будущем изучении эволюционных связей? Скорее всего нет, но мне представляется, что всегда лучше думать до, а не после того, как сделать что-либо. Суть предусмотрительности просто в том, чтобы стараться избегать решений и действий, последствия которых не до конца ясны.

Я начал главу с разговора о скелете позвоночных. Аналогичный пример можно найти практически в любой другой группе животных. Приведу один, мой любимый пример: десятиногие ракообразные. Эта большая группа включает омаров, креветок, крабов и раков-отшельников. Тела всех ракообразных устроены одинаково. Скелет позвоночных состоит из твердых костей внутри мягкого тела. У ракообразных, напротив, скелет находится снаружи (так называемый экзоскелет) и состоит из жестких трубок, внутри которых находятся мягкие ткани. Эти трубки механически соединены примерно так же, как кости скелета. Вспомните, например, изящные шарнирные суставы ножек крабов либо омаров — или же более солидные подвески их клешней. Мышцы, обеспечивающие мощное сжатие клешней омара, находятся внутри трубок, составляющих клешню. У человека аналогичные мышцы, выполняющие «клешневой» щипок, крепятся к костям большого пальца и какого-нибудь другого пальца.

Как и у позвоночных (но иначе, чем у морских ежей и медуз), правая половина тела ракообразных симметрична левой. Их тело состоит из последовательности сегментов от головы до хвоста. Сегменты организованы по единому плану, но детали строения различны. Каждый сегмент образован короткой трубкой, жестко или с помощью шарнира (сустава) соединенной с двумя соседними сегментами. Органы и системы органов у ракообразных по всей длине тела организованы одинаково. Например, главный нервный ствол, протянутый по всей длине тела с брюшной стороны (а не со спинной, как у позвоночных), в каждом сегменте несет по два ганглия (нечто вроде минимозга[148]), от которых отходят нервы, иннервирующие сегмент.

По краям большинства сегментов находятся конечности, снова составленные из соединенных шарнирами трубок. Обычно конечность ракообразных оканчивается раздвоением, которое во многих случаях можно назвать клешней. Голова ракообразных также сегментирована, хотя регулярность ее структуры, как и в случае с позвоночными, не так очевидна. На голове пристроились пять пар конечностей, хотя это название им не очень подходит, поскольку они превратились в антенны и составные части челюстного аппарата. Из-за этого их обычно называют не конечностями, а придатками. Пять придаточных сегментов, встречающиеся без особых вариаций у всех ракообразных, — антенна первая (или антеннула), антенна вторая (собственно антенна), мандибула, максилла первая и максилла вторая. Первые два придатка — органы чувств. Остальные предназначены для пережевывания, измельчения и прочей обработки пищи. Спускаясь ниже, мы увидим ту же сегментную организацию с отличающейся специализацией конечностей: в средней части — те, что служат для ходьбы, а в хвостовой — для других целей, например, для плавания.

Узкое подогнутое брюшко самца краба

В 1917 году великий шотландский зоолог Дарси Томпсон (D’Arcy Thompson) опубликовал книгу «О росте и форме», в последней главе которой представил миру свой ставший знаменитым метод трансформаций[149]. Суть метода проста: он рисовал животное на миллиметровке, а затем, изменяя масштаб согласно некоторым математическим формулам, демонстрировал превращение животного в родственное этому последнему. Миллиметровку с переменным масштабом можно представить себе листом резины. Нарисуем на ней животное, а потом растянем (или сожмем) ее. Томпсон, например, взял шесть видов крабов и нарисовал на миллиметровке один из них, Geryon. Затем «растянул» миллиметровку пятью способами и получил другие пять видов. Математические подробности нас сейчас не занимают, хотя они очень увлекательны. Но следует понять, что не так-то трудно сделать из одного краба другого. Сам Томпсон не слишком интересовался эволюцией, но нам-то легко представить, как должны были действовать генетические мутации, чтобы добиться таких результатов. Конечно, мы не будем считать Geryon или какой-то из пяти других видов предком остальных. Никто из них не был таковым, и дело не в этом. Суть достижения Томпсона — в демонстрации того, что как бы ни выглядел общий предок этих крабов, трансформация такого рода может превратить любого из них (как и общего предка) в любой другой.

Ракообразные. Рисунок немецкого зоолога Э. Геккеля

Эволюция никогда не происходила посредством превращения одной взрослой особи в другую. Вспомним, что любая взрослая особь начинает существование с эмбриона. Мутация проявляется в развитии эмбриона — как изменение скорости роста частей относительно друг друга. В главе 7 мы именно так интерпретировали эволюцию черепа человека. Следовательно, если мы нарисуем человеческий череп на «резиновой миллиметровке», то преобразованиями а-ля Томпсон сможем превратить его в череп близкого родственника, например шимпанзе, или (с большими искажениями) в череп павиана. Именно это продемонстрировал Томпсон. Заметьте, что начинать с человеческого черепа необязательно: он мог взять череп шимпанзе и получить череп человека. А еще лучше для книги по эволюции (каковой книга Томпсона не являлась) расположить на «резиновой миллиметровке» череп австралопитека и растянуть ее до черепа современного человека. Получилось бы ничуть не хуже, чем на приведенных рисунках, а с эволюционной точки зрения было бы куда осмысленней.

Трансформации панциря краба по Д. Томпсону

Трансформации черепа по Д. Томпсону

В начале этой главы мы познакомились с идеей гомологии на примере крыльев летучей мыши и человеческих рук. С некоторым насилием над языком я сформулировал это как совпадение скелетов при различии костей. Трансформации Томпсона позволяют сформулировать это точнее. Два органа — например, рука человека и крыло летучей мыши — гомологичны, если можно преобразованиями Томпсона получить из первого второй. Математики называют это отображение гомеоморфизмом[150].

Зоологи знали о гомологии еще до Дарвина и говорили, что, например, крыло мыши гомологично руке человека. Знай они математику лучше, они бы говорили: «гомеоморфно». После Дарвина, когда наличие у летучей мыши и человека общего предка перестало подвергаться сомнению, зоологи стали определять гомологичность в эволюционных терминах, считая гомологичными органы, унаследованные от общего предка. Термин «аналогичный» стали применять в отношении органов со сходными функциями, но без общего происхождения. Например, крыло мыши аналогично крылу насекомого и гомологично человеческой руке. Итак, если мы хотим применять гомологии как аргумент в пользу эволюционной теории, мы должны отказаться от эволюционного определения гомологии, чтобы не угодить в замкнутый круг. Поэтому нам будет пока удобнее пользоваться доэволюционным определением. Крыло мыши и рука человека гомеоморфны, поскольку одно можно получить из другого преобразованием Томпсона. Превратить таким способом крыло мыши в крыло насекомого не получится из-за отсутствия в последнем соответствующих деталей. Широко распространенные гомеоморфизмы, которые определены без помощи эволюции, пригодны для доказательства эволюции. Нетрудно показать, как эволюция могла превратить руку одного позвоночного в руку любого другого, изменяя скорость роста частей руки у эмбриона.

С того момента, когда в 1960-х, будучи студентом-старшекурсником, я познакомился с компьютерами, я задавался вопросом, что сделал бы Томпсон, если бы у него был компьютер. Вопрос стал актуален в 1980-х, с появлением доступных компьютеров с графическим дисплеем. Рисование на растяжимой подложке просто просилось на экран компьютера. Я предложил Оксфордскому университету подать заявку на грант, чтобы нанять программиста для реализации алгоритма Томпсона с удобным общедоступным интерфейсом. Мы получили деньги, и я нанял Уилла Аткинса, первоклассного программиста и биолога, который стал моим другом и советчиком. Когда он справился с широким репертуаром дисторсий Томпсона, ему уже не составляло труда научить этому программу искусственного отбора биоморфов, о которой я рассказывал в главе 2. «Игроку» предлагаются организмы, из которых он может выбрать один для «разведения». Как и прежде, процессом управляют гены, переходящие из поколения в поколение, однако теперь они управляют формой организма (растягивая или сжимая «резиновую миллиметровку», на которой он нарисован). Теоретически можно, начав с черепа австралопитека, добиться постепенного увеличения лобных долей и уменьшения длины морды по мере приближения к современному человеку. На деле же это оказалось довольно трудной задачей.

Одна из причин, на мой взгляд, по-прежнему заключается в том, что преобразование Томпсона преображает одну взрослую форму в другую. В главе 8 я упоминал, что генетически обусловленная эволюция работает иначе. У каждого животного есть история развития. Путь от эмбриона до взрослого организма лежит через непропорциональную скорость роста отдельных частей тела. Эволюция — это не управляемое генами преобразование одного взрослого организма в другой, а управляемое генами изменение программы развития. Сэр Джулиан Хаксли (правнук Томаса и брат Олдоса[151]) осознал это, когда, вскоре после выхода первого издания книги Томпсона, попытался приспособить его метод для изучения превращения эмбриона на разных стадиях развития. Здесь мы на время, до последней главы книги, оставим метод Томпсона.

Сравнительная анатомия, как я отмечал, свидетельствует в пользу эволюционной теории даже убедительнее ископаемых остатков. Этой точки зрения придерживался и Дарвин, высказавший ее в конце главы «Взаимное родство организмов» «Происхождения видов»:

Наконец, различные группы фактов, рассмотренные в этой главе, по-моему, столь ясно указывают, что бесчисленные виды, роды и семейства, населяющие земной шар, произошли каждый в пределах своего класса или группы от общих предков и затем модифицированы в процессе наследования, что я без колебаний принял бы этот взгляд, если бы даже он не был подкреплен другими фактами или аргументами[152].

Дарвин, конечно, не мог знать, что сравнительные доказательства станут еще более убедительными, если дополнить доступные ему анатомические сравнения молекулярной генетикой.

Так же, как скелет позвоночных остается неизменным при изменении отдельных костей, а экзоскелет всех ракообразных одинаков независимо от формы составляющих его «трубок», код ДНК одинаков у всех живых существ — меняются только отдельные гены. Это поразительный факт, яснее всех других демонстрирующий, что все живые существа происходят от общего предка. Не только генетический код, но, как мы видели в главе 8, вся генно-белковая система, поддерживающая жизнь, одинакова у всех животных, растений, грибов, бактерий, архей и вирусов. Меняется лишь закодированная информация, сам код остается неизменным. И если посмотреть на то, что закодировано, на последовательности генов разных существ, мы снова увидим генеалогическое древо, которое получалось при сравнении скелета позвоночных, скелетов ракообразных, да даже необязательно скелета — годятся все морфологические признаки.

Допустим, мы захотели узнать, насколько близки друг другу два вида, например, ежи и обезьяны. Идеальное решение проблемы — взять полные генетические коды этих видов и сравнить их построчно и побуквенно, как библеист сравнивал бы два рукописных варианта Книги пророка Исайи. Но это дорого и отнимет много времени. Работа над проектом «Геном человека» шла десять лет, сотни человеко-лет труда. Хотя сейчас это можно сделать намного быстрее, проект «Геном ежа» все равно будет недешевым и не слишком быстро осуществимым.

«Геном человека» — один из проектов, которые, подобно высадке на Луне или постройке Большого адронного коллайдера, вызывают у меня чувство гордости за человечество. Я рад и тому, что недавно закончены секвенирование генома шимпанзе и аналогичные проекты для других видов. Если мы и дальше будем двигаться вперед такими темпами (см. обсуждение закона Ходжкина ниже), довольно скоро сравнительный анализ и оценка родства на основе полной генетической информации станут экономически доступными. Пока же наши возможности ограничены сравнительным анализом частей генома, но и этот метод дает отличные результаты.

Для сравнения достаточно выбрать у двух видов несколько генов (или белков, строение которых известно непосредственно из генетических последовательностей) и сравнить их. Мы вскоре к этому вернемся. Однако давно известны и другие, более грубые, методы автоматизированного сравнения, которые на удивление хорошо работают. Один из них основан на использовании иммунной системы кроликов (подойдет любое другое животное, но кролики отлично справляются). Защищаясь от патогенов, иммунная система кроликов вырабатывает антитела к любому чужеродному белку[153], обнаруженному ею в крови. Как анализ антител в моей крови свидетельствует о том, что недавно меня мучил кашель, точно так же иммунный ответ кролика говорит о том, что происходило с ним в прошлом. Антитела в крови кролика — своего рода история случавшихся с ним неприятностей, включая искусственное введение белков. Если, например, впрыснуть в кровь кролика белок от шимпанзе, иммунная система выработает антитела для атаки этого белка на случай, если он снова появится в крови. Но предположим, что в следующий раз мы введем близкий, но не идентичный белок, например от гориллы. Опыт встречи с белками шимпанзе частично защитит кролика от белков гориллы, но реакция будет менее выраженной. Поможет он и от белка кенгуру, но защитная реакция будет еще слабее, поскольку кенгуру значительно дальше от шимпанзе, чем горилла. Следовательно, сила иммунного ответа может служить мерой родства нового белка с исходным, сформировавшим ответ. Именно так Винсент Сэрич и Алан Уилсон из Калифорнийского университета в Беркли показали в 1960-х, что человек и шимпанзе гораздо ближе, чем считалось.

Есть и методы, использующие для сравнения видов гены, а не кодируемые ими белки. Один из самых старых и эффективных прямых методов — так называемая гибридизация ДНК. Именно этот метод стоит за широко известными утверждениями типа «у человека и шимпанзе более 98 % общих генов». Кстати, конкретный смысл таких цифр нуждается в уточнении: 98 % чего именно у нас общего с шимпанзе? Точный ответ зависит от размера единиц счета. Попробую пояснить это с помощью простой аналогии. Она интересна тем, что отличие от нее действительности говорит не меньше, чем сходство.

Допустим, у нас есть два варианта одной книги, и мы хотим сравнить их. Например, это каноническая Книга пророка Даниила и свиток, недавно обнаруженный в какой-нибудь пещере на берегу Мертвого моря. Каков процент одинаковых глав в двух текстах? Скорее всего, нулевой: отличия одной буквы достаточно, чтобы различались главы. А каков процент совпадающих предложений? Вероятно, заметно выше. Процент совпадающих слов еще выше, поскольку в слове букв меньше, чем в предложении. Однако слова, отличающиеся одной буквой — все-таки разные слова. Если мы сравним два текста, буква за буквой, то процент совпадений будет еще выше, чем со словами. Итак, оценка ничего не значит, пока мы не определим, что именно мы сравниваем: главы, параграфы, предложения, слова или буквы. Точно так дело обстоит со сравнением ДНК двух видов: если сравнивать целые хромосомы, совпадений не будет, поскольку любого отличия достаточно, чтобы хромосомы отличались.

Часто упоминаемые 98 % общего генетического материала людей и шимпанзе — это не хромосомы или целые гены, а совпадающие «буквы ДНК» (пары оснований). Однако все не так просто. Если сравнивать буквы в текстах по порядку, то вставленная или пропущенная, а не просто несовпадающая буква сдвигает все стоящие после нее буквы. Ясно, что такого рода несоответствие нас не интересует и должно быть предусмотрено. Глаз исследователя, сравнивающего варианты Книги пророка Даниила, исключает такие случаи автоматически (кстати, алгоритм такого исключения нетривиален). Как добиться того же в отношении ДНК? Настал момент оставить нашу аналогию и вернуться к ДНК, поскольку это тот случай, когда аналогия оказывается сложнее действительности.

Если ДНК постепенно нагревать, в некоторый момент (около 85 °C) связи между двумя цепочками двойной спирали разорвутся и цепочки разойдутся. Данную температуру можно считать своего рода точкой плавления. Если теперь дать цепочкам ДНК остыть, они (или их фрагменты) начнут спонтанно образовывать двойные спирали по обычным правилам связывания пар оснований. Можно было бы предположить, что повторное связывание будет происходить между теми же, полностью совместимыми, фрагментами. Так и вправду могло быть, но в действительности фрагменты ДНК найдут себе не обязательно те же пары, что прежде. Более того, если добавить фрагменты ДНК другого вида, фрагменты цепочек разных видов могут объединяться точно так же, как цепочки спирали одного вида. А почему бы и нет? Это удивительное, но очевидное следствие революционного постулата молекулярной биологии Уотсона-Крика: ДНК — это просто ДНК. Ей нет дела, чья она: человека, шимпанзе или яблока. Фрагменты с удовольствием объединятся с любым комплементарным фрагментом, который найдут. Тем не менее сила связи непостоянна. Одиночные фрагменты цепочки ДНК связываются с другими фрагментами тем сильнее, чем более они подходят друг другу, и наоборот. Причина в том, что чем менее подходят друг другу «буквы» фрагментов (основания Уотсона-Крика), тем больше несоответствий, тем слабее связь, как у застежки-«молнии» с отсутствующими зубцами. Как измерить силу связи после того, как фрагменты цепочек разных видов найдут подходящие пары и свяжутся? Мы нагреем их до точки плавления! Точка плавления обычной двойной спирали с полностью соответствующими цепочками, например, ДНК человека — около 85 °C. Но когда связь слабее, например, когда цепочка ДНК человека связана с цепочкой ДНК шимпанзе, для разделения оказывается достаточно меньшей температуры. А для цепочек видов, дальше отстоящих друг от друга, например человека и рыбы либо жабы, «температура плавления» еще ниже. Разность «температур плавления» спирали, составленной из цепочек одного вида и смеси с цепочками другого, будет нашей мерой генетической близости этих видов. Правило звучит примерно так: снижение температуры на 1 °C эквивалентно 1 % несовпадающих «букв» ДНК (или отсутствию 1 % зубцов «молнии»).

Конечно, у этого метода есть сложности с нетривиальными решениями, в которые я не вдавался. Например, если смешать ДНК человека и шимпанзе, большинство фрагментов при остывании объединится с фрагментами цепочек своего вида. Как отделить «гибридную» ДНК, «температуру плавления» которой надо измерить, от двух чистых ДНК? Ответ: используя радиоактивные метки (подробный рассказ увел бы нас далеко от темы). Сейчас нам важно только то, что именно гибридизация ДНК позволяет получить оценки генетической близости наподобие 98 % для человека и шимпанзе, которые в полном соответствии с теорией уменьшаются по мере отдаления видов.

Самый современный (и затратный) метод определения генетической близости пар соответствующих генов — прямое считывание и сравнение генов тем же способом, что в проекте «Геном человека». Сравнение геномов целиком по-прежнему стоит очень дорого, но сравнение отдельных наборов генов дает хорошие результаты и все чаще применяется на практике.

Каким бы методом измерения степени близости видов мы ни пользовались, будь то кроличьи антитела, «точки плавления» или прямое сравнение, следующий шаг будет одним и тем же. Получив числа, означающие степень близости видов, мы поместим эти числа в таблицу. Строки и столбцы — названия видов, написанные в одинаковом порядке; на их пересечении, в клетках — степень сходства. Таблица получится треугольной (рассеченный наискосок квадрат), потому что, например, сходство между человеком и собакой точно такое, как между собакой и человеком. И, если заполнить все клетки таблицы, ее половины по обе стороны диагонали окажутся зеркальным отражением друг друга.

Какой результат мы ожидаем увидеть? Эволюционная модель предсказывает, что в клетке «человек/шимпанзе» сходство будет выше, чем в клетке «человек/собака». В клетках «человек/собака» и «шимпанзе/собака» значения должны быть одинаковыми, поскольку степень родства человека с собакой та же, что у шимпанзе с собакой. То же значение должно оказаться в клетках «обезьяна/собака» и «лемур/собака». Причина в том, что человек, шимпанзе, обезьяны и лемуры связаны с собакой через одного общего предка — раннего примата, который, скорее всего, был немного похож на лемура. Так же должны соотноситься клетки «человек/кошка», «шимпанзе/кошка», «обезьяна/кошка» и «лемур/кошка», потому что кошек и собак с приматами связывает общий предок всех хищников. Во всех клетках, связывающих, например, кальмара с млекопитающими, должно стоять примерно одно и то же число, причем маленькое. И неважно, о каком млекопитающем идет речь: они одинаково далеки от кальмара.

Но это теория, а практика иногда сильно от нее отличается. Если мы увидим противоречие, оно будет аргументом против эволюционной теории. Однако в действительности (с учетом статистической погрешности) мы наблюдаем именно то, что предсказывает эволюционная теория. Иными словами, если приписать значения сходства между парами видов к ветвям нашего дерева, то все сойдется. Конечно, абсолютного совпадения нет, но численные оценки в биологии редко даются с точностью выше некоторого приближения.

Доводы сравнительного анализа ДНК или белков позволяют сделать вывод о том, какие пары видов являются близкородственными. Однако сила этого метода как доказательства эволюционной теории заключается в возможности построить дерево генетического родства по каждому гену. Важнейший результат заключается в том, что все такие деревья во многом одинаковы. Именно такой результат и должен был получиться, если перед нами генеалогическое древо. И совсем не то, что мы ожидали, если бы Творец выбирал подходящие белки то там, то здесь, вне зависимости от первоначального носителя белка.

Первое масштабное исследование этого рода было выполнено группой новозеландских генетиков под руководством профессора Дэвида Пенни[154]. Группа Пенни выбрала пять генов, которые пусть не идентичны у всех млекопитающих, но достаточно схожи для того, чтобы у всех называться одинаково. Это гены гемоглобина А, гемоглобина В (он придает крови красный цвет), фибринопептида А, фибринопептида В (фибринопептиды отвечают за свертывание крови) и цитохрома С, играющего важную роль в биохимии клетки. Для сравнения были выбраны одиннадцать млекопитающих: макак-резус, овца, кенгуру, крыса, кролик, собака, свинья, человек, лошадь, корова и шимпанзе.

Пенни с коллегами подошли к задаче статистически. Они решили оценить вероятность того, что две молекулы могут дать одно и то же генеалогическое древо случайно. Поэтому они перебрали все деревья, которые можно построить для выбранных одиннадцати видов. Это число оказалось на удивление большим. Даже если ограничиться бинарными деревьями (в каждом узле ствол делится на две ветви, то есть дает двух потомков), то количество вариантов превысит 34 миллиона. Ученые терпеливо перебрали эти деревья, сравнив каждое с остальными 33999999 вариантами. То есть, конечно, они не делали этого: ушло бы слишком много времени. Вместо этого они придумали изощренный статистический эквивалент этих чудовищных по объему вычислений.

Метод приблизительно такой. Возьмем первые пять генов, например, гемоглобина А (я буду использовать здесь название белка, который кодируют гены) и найдем среди миллионов деревьев самое экономное для гемоглобина А. Под экономным понимается дерево, которое требует минимального числа эволюционных изменений. Например, все деревья, где кенгуру ближе к человеку, чем к шимпанзе, далеки от экономного: они требуют очень большого числа изменений, чтобы у кенгуру и человека нашелся близкий общий предок. Если бы гемоглобин А умел говорить, он рассказал бы примерно следующее:

В отношении каждого из 34 миллионов деревьев гемоглобин А вынес свой вердикт, отобрав в итоге десятка полтора самых экономных деревьев. О каждом из них он отозвался бы приблизительно так:

Конечно, было бы приятно, если бы гемоглобин А и остальные гены «проголосовали» за одно и то же экономное дерево, но это было бы слишком. Понятно, что среди 34 миллионов деревьев найдется несколько достаточно симпатичных гемоглобину А.

Однако не будем забывать о гемоглобине В, цитохроме С и других белках. Когда все они голосовали за своих кандидатов из 34 миллионов деревьев, можно было бы ожидать, что их вкусы окажутся разными. Могло, например, оказаться, что с точки зрения цитохрома С человек и вправду гораздо ближе к кенгуру, чем к шимпанзе. В отличие от гемоглобина А, цитохром С мог бы, например, сказать, что ему не составит больших (мутационных) затруднений превратить овцу в обезьяну или сделать коров и кроликов близкими родственниками. Если придерживаться креационистской гипотезы, этому ничто не препятствует. Но Пенни и его коллеги обнаружили, что все пять генов голосуют практически одинаково (более того, они оценили вероятность того, что результат мог случайно оказаться таким же). Все гены «проголосовали» за одни и те же деревья, чего следовало ожидать эволюционисту, предполагающему существование одного дерева, связывающего одиннадцать животных в генеалогическое древо — древо эволюционных изменений. Самое любопытное, что дерево, победившее в «голосовании» генов, оказалось именно тем вариантом, который зоологи получили независимо, на основании анатомических и палеонтологических данных.

Результаты исследования Пенни были опубликованы в 1982 году, то есть довольно давно. С тех пор было проделано огромное число детальных исследований на основе конкретных генетических последовательностей разных животных и растений. Консенсусное древо, которое удовлетворяет всех участников «голосования», теперь охватывает куда больше пяти генов и одиннадцати видов оригинального исследования Пенни. Это был просто изящный пример, оказавшийся очень сильным аргументом из-за примененной статистической методологии.

Древо эволюционных изменений по Д. Пенни

Объем генетических последовательностей, накопленный за последнее время, вообще устраняет всякие сомнения. Результаты сравнения генетических деревьев куда более убедительно, чем данные палеонтологии (сами по себе убедительные), сходятся стремительно и безусловно к единому великому древу жизни. На иллюстрации изображено дерево млекопитающих, которых изучал Пенни и его коллеги, но уже с учетом консенсусного голосования гигантского количества частей их генома. Именно постоянная согласованность результатов исследований разных генов позволяет нам быть уверенными не только в точности построения самого дерева, но и в самом факте эволюции.

Если молекулярная генетика и дальше будет развиваться экспоненциально, то к 2050 году секвенирование генома любого существа будет занимать не больше времени и стоить не дороже, чем сейчас измерение температуры или кровяного давления. Почему я считаю, что генетические технологии развиваются по экспоненте? Можно ли измерить скорость их развития? В кибернетике существует аналогичное наблюдение — закон Мура, названный в честь одного из основателей компании «Интел». Поскольку существуют разные метрики производительности компьютеров, есть несколько взаимосвязанных формулировок этого закона. Одна из них гласит: количество элементов, которые можно разместить на интегральной микросхеме, удваивается в течение 18–24 месяцев. Это эмпирический закон, выведенный на основе накопленных данных. Закон Мура выполняется уже около пятидесяти лет и, по мнению многих экспертов, останется в силе по меньшей мере еще несколько десятилетий. Другие формулировки закона Мура относятся к скорости вычислений, объему памяти и другим характеристикам в расчете на единицу стоимости, и все они носят экспоненциальный характер. Еще Дарвин продемонстрировал, что экспоненциальный рост ведет к удивительным результатам. С помощью своего сына Джорджа, математика, он показал, что слон, довольно медленно размножающееся животное, всего за несколько столетий неограниченного экспоненциального размножения может заполнить своими потомками планету. Конечно, слоны не размножаются экспоненциально: их размножение ограничено соревнованием за пищу и пространство, болезнями и другими факторами. Собственно, именно это — в какой момент естественный отбор начинает действовать — хотел показать Дарвин.

Закон Мура действует по крайней мере последние полвека. Никто не знает почему, но компьютерная мощность увеличивается экспоненциально, а дарвиновские слоны размножаются по экспоненте только в теории. Я предположил, что аналогичный закон должен действовать и в отношении генной инженерии. Я поделился своим предположением с Джонатаном Ходжкином, оксфордским профессором генетики, моим бывшим студентом. К моей радости, он уже успел об этом подумать и даже провел необходимые вычисления, оценив стоимость секвенирования ДНК стандартного размера в 1965-м, 1975-м, 1995-м и 2000 году. Я представил, сколько ДНК можно секвенировать за тысячу фунтов стерлингов. Полученные цифры отложил на графике в логарифмическом масштабе, что обычно наглядно для экспоненциально растущих величин (на логарифмической шкале они выглядят как прямые линии). Как и должно быть, все четыре точки Ходжкина лежали почти на прямой. Я подобрал к ним прямую (методом линейной регрессии) и экстраполировал ее на будущее. Когда книга отправлялась в типографию, я показал это место в рукописи профессору Ходжкину и узнал о последнем известном ему достижении в этом направлении — секвенировании в 2008 году генома утконоса. Это само по себе очень интересно, поскольку утконос занимает стратегическое положение на древе жизни: наш общий предок жил 180 миллионов лет назад, почти в три раза раньше, чем вымерли динозавры. Я добавил утконоса в график (отмечен звездочкой) и порадовался, что он оказался близко к предполагаемому положению.

Наклон прямой, построенной на основании зависимости, которую я назвал законом Ходжкина (без его разрешения), чуть более пологий, чем у закона Мура, а время удвоения — чуть больше двух лет против чуть менее двух лет для закона Мура. Генная инженерия сильно зависит от компьютерных технологий, так что естественно ожидать сходства обоих законов.

Стрелками показаны размеры генома разных существ. Проведя прямую от стрелки до пересечения с прямой Ходжкина, можно узнать, когда этот геном можно будет секвенировать за тысячу нынешних фунтов стерлингов. Генома дрожжей нужно ждать до 2020 года. В случае генома млекопитающего (с этой точностью все млекопитающие одинаково сложны) моя оценка — чуть раньше 2040 года. Это фантастическая перспектива: всеобъемлющая база данных ДНК всех животных и растений всех царств за приемлемые деньги. Детальное сопоставление ДНК закроет все бреши в знаниях об эволюционном родстве видов и даст нам древо жизни всех живых существ[155]. И как мы только будем рисовать его? Никакого листа не хватит.

Закон Ходжкина

Самый масштабный проект в этой области был предпринят группой Дэвида Хиллиса (брата разработчика суперкомпьютеров Дэнни Хиллиса). График Хиллиса позволяет представить дерево в более компактном виде посредством наложения на круг. Разрыв, где концы встречаются, почти не виден: он находится между бактериями и архебактериями. Взглянем, например, на сокращенную версию, которую зоолог Клэр Д’Альберто из Мельбурнского университета вытатуировала у себя на спине (интерес Клэр к зоологии поверхностным точно не назовешь). На татуировке (цветная вклейка 25) небольшая выборка — всего 86 видов: именно столько изображено терминальных веточек. Глядя на разрыв на круговом графике, можно представить, что круг развернули.

График Хиллиса

Несколько иллюстраций с края — бактерии, простейшие, растения, грибы и четыре других типа животных — выбраны для наглядности. Позвоночные представлены морским драконом — удивительной рыбой, которая защищается, маскируясь под водоросли. График Хиллиса устроен точно так же, однако включает три тысячи видов. Их названия нанесены с внешней стороны круга, но так мелко, что их трудно прочесть, поэтому вид Homo sapiens отмечен особо. Даже столь подробный чертеж покрывает лишь небольшую часть древа жизни: ближайшие родственники человека на нем — крысы и мыши. Число млекопитающих пришлось сильно сократить, чтобы остальные ветви вошли до той же глубины. Попробуйте вообразить себе дерево с десятью миллионами видов вместо трех тысяч у Хиллиса. И, замечу, десять миллионов — не самая вызывающая оценка числа существующих видов. Советую скачать древо Хиллиса на его сайте[156], напечатать и повесить на стену, если, конечно, найдете лист бумаги шириной не менее 137 см.

Беседуя о молекулах, мы не должны забывать неоконченную историю из главы об эволюционных часах. Там мы обсуждали годичные кольца, разные виды радиоактивных «часов», но отложили обсуждение так называемых молекулярных «часов». Теперь время пришло.

Принцип действия молекулярных «часов» основан на том, что эволюция действительно происходит, причем идет с постоянной скоростью относительно геологического времени, калиброванного ископаемыми останками, возраст которых в свою очередь установлен радиоуглеродным анализом. Так же, как работа водных часов основана на предположении о постоянной скорости вытекания из сосуда воды, а механических — на постоянстве периода колебаний маятника, молекулярные часы предполагают, что некоторые эволюционные процессы протекают с постоянной скоростью. Для калибровки этой скорости можно использовать любые хорошо документированные свидетельства эволюции, например, ископаемые находки, датированные радиоуглеродным методом. После калибровки молекулярные «часы» можно применять для датирования других, не столь хорошо документированных частей эволюционной истории. Например, их можно использовать для животных, у которых нет твердого скелета и которые редко оставляют записи в палеонтологической летописи.

Идея заманчивая. Но что дает нам основание считать эволюционные процессы протекающими с постоянной скоростью? Множество фактов свидетельствует о высокой изменчивости ее скорости. Когда-то Холдейн предложил измерять скорость эволюции в дарвинах. Пусть какая-то измеряемая характеристика организма за время эволюции устойчиво изменяется: например, растет средняя длина ноги. Если за миллион лет нога выросла в е раз (2,71828… — число, выбранное исходя из математического удобства, но сейчас это не важно)[157], скорость эволюционных изменений равна одному дарвину. По оценке Холдейна, скорость эволюции лошади составляет 40 миллидарвинов, а скорость эволюции домашних животных, подвергающихся искусственному отбору, оценивается в килодарвинах. Скорость эволюции гуппи, пересаженных в водоем без хищников (см. главу 5), составляет около 45 килодарвинов. Эволюция «живых ископаемых», таких как брахиоподы Lingula, протекает со скоростью микродарвинов. Итак, скорость эволюции признаков, которые можно увидеть и измерить, таких как ноги или клювы, весьма изменчива.

Почему же мы рассчитываем использовать скорость эволюции в качестве часов? На помощь спешит молекулярная генетика. На первый взгляд не очень понятно, чем она может помочь. Когда измеряемый признак меняется (например, растущая нога), мы видим в этом внешнее проявление генетических изменений. Как же может случиться, что скорость изменений на генетическом уровне достаточно устойчива для того, чтобы служить часами, а скорость изменений их проявлений переменна? Генетические изменения, проявляющиеся в видимых изменениях, — лишь верхушка айсберга, на которую сильно влияет естественный отбор. Большая часть изменений на молекулярном уровне нейтральна к отбору и не сказывается на способности организма к выживанию, так что мы можем ожидать постоянства скорости этих изменений для каждого гена и, следовательно, их пригодности в роли часов.

Когда нейтральная теория молекулярной эволюции была предложена великим японским генетиком Кимура Мотоо и другими учеными, она была весьма противоречивой. Сейчас общепринятой является ее версия, которой я, не вдаваясь в детали, и буду придерживаться. Поскольку у меня репутация архиадаптациониста (якобы упорствующего в том, что естественный отбор — это основная, даже единственная движущая сила эволюции), можете быть уверены, что если я поддерживаю эту теорию, с ней вряд ли кто-то еще не согласен[158].

Нейтральной считается измеримая методами молекулярной генетики мутация, которая не подвержена ни негативному, ни позитивному естественному отбору. «Псевдогены» нейтральны по вполне понятной причине: это гены, когда-то выполнявшие определенные функции, а после ставшие невостребованными, оттесненные на периферию и больше не участвующие ни в транскрипции, ни в трансляции. С точки зрения благополучия организма они не существуют. Однако для ученого они еще как существуют: именно они нужны для эволюционных «часов». В эмбриологии «псевдогены» — не единственный нетранслируемый класс генов. Есть и другие классы, подходящие для молекулярных «часов». Для чего «псевдогены» подходят лучше всего, так это для того, чтобы смущать креационистов: даже необузданной фантазии этих людей недостаточно для объяснения того, зачем, если не для того, чтобы дурачить нас, Творец создал «псевдоген», который ничего не делает, но очень похож на престарелую версию когда-то активного гена.

Большая часть генома (у людей — около 95 %) вроде бы ни для чего не нужна. Но нейтральная теория применима даже к большей части оставшихся 5 % генов, которые считываются и используются. То же самое относится к генам, наличие которых критически важно для выживания. Здесь требуется пояснение. Я не утверждаю, что гены, к которым приложима нейтральная теория, не оказывают никакого действия на организм. Нет, просто их мутировавшая версия оказывает на организм такое же воздействие, что и немутировавшая. И не важно, насколько важен сам ген: важно только, чтобы обе версии выдавали сходный результат. В отличие от псевдогенов, которые с полным основанием могут быть сами по себе названы нейтральными, здесь мы говорим о случаях, когда аккуратность требует называть нейтральными только мутации, а не сами гены.

Мутация может оказаться нейтральной по многим причинам. Код ДНК — «вырожденный» в том смысле, что некоторые «слова» в коде являются точными синонимами других[159]. Если мутация превращает ген в его «синоним», можно считать, что ее не было: с точки зрения организма это — не мутация. Но для молекулярной генетики это все-таки мутация, поскольку она наблюдаема и измерима. Представьте себе, что я изменю шрифт, которым набрано слово «кенгуру», с миньона на гельветику. Вы по-прежнему можете прочесть слово, и оно по-прежнему означает прыгающее австралийское сумчатое. Изменение шрифта заметно, но оно не меняет смысл.

Впрочем, не все нейтральные мутации нейтральны. Иногда новый ген транслируется в другой белок, но активный центр (помните аккуратные «зубцы» из главы 8?) остается прежним, и влияние мутации на эмбриональное развитие оказывается нулевым. С точки зрения развития мутировавшая и исходная версии гена синонимичны. Может оказаться (хотя ультрадарвинисты вроде меня не разделяют это мнение), что некоторые мутации изменяют организм, но это не сказывается на выживании.

Подведем итог. Нейтральность гена или мутации не означает бесполезности гена — напротив, он может быть жизненно важен для организма. Это значит только, что исходный и мутировавший гены неотличимы с точки зрения развития организма или его способности к выживанию. В этом смысле большинство мутаций нейтрально. Они незаметны для естественного отбора, но видны молекулярной генетике: идеальное сочетание для эволюционных «часов».

Конечно, эти аргументы не ставят под сомнение важность верхушки айсберга — меньшинства мутаций, не являющихся нейтральными. Именно они подвергаются негативной или позитивной селекции в ходе эволюционного усовершенствования. Именно они заметны и нам, и естественному отбору. Отбор именно таких мутаций придал живым существам захватывающую иллюзию проекта. Однако когда мы говорим о молекулярных «часах», нас все же интересует невидимая часть айсберга.

С течением геологического времени геном постепенно размывается «дождем» мутаций. В небольшой его части, которая действительно сказывается на выживании вида, неудачные гены быстро выбраковываются и заменяются более удачными. Нейтральные мутации, напротив, просто накапливаются, безнаказанные и не видимые никому, кроме генетиков. Теперь нам нужен новый термин: фиксация. Новая мутация, если она действительно новая, обладает невысокой частотой. Через миллион лет ее частота вырастет, может быть, вдвое. Если это случилось, будем говорить, что мутация начала фиксироваться. Мы больше не будем считать ее мутацией — она стала нормой. Естественный способ фиксации — позитивный отбор соответствующей мутации. Но есть и другой способ. Мутация может зафиксироваться случайно. Как славный род может прерваться из-за отсутствия наследников мужского пола, так и альтернативы этой мутации могут просто исчезнуть из генома. Мутация может стать частой в геноме по той же счастливой случайности, по которой фамилия Смит стала самой распространенной в Англии. Конечно, фиксация в результате отбора куда интереснее, но и случайная фиксация вполне возможна на длительных промежутках времени, а геологическое время достаточно продолжительно для того, чтобы нейтральные мутации фиксировались с некоторой предсказуемой частотой. Эта частота меняется, но остается постоянной для каждого гена. Это в сочетании с нейтральностью большинства мутаций делает работу молекулярных «часов» возможной.

В молекулярных «часах» важны именно зафиксированные гены. Поэтому на них-то мы и смотрим, сравнивая два вида животных и определяя, когда они отделились друг от друга. Зафиксированные гены определяют вид. Именно они выделяются в геноме. Сравнивая зафиксированные гены двух видов, мы можем судить, как давно произошло разделение. На этом пути немало трудностей (их Вон Янь и я подробно разобрали в нашей работе «Эпилог к повести об онихофоре»)[160], но с оговорками молекулярные «часы» все же работают.

Как и радиоактивные «часы», скорость которых (то есть время полураспада) варьируется от долей секунды до десятков миллиардов лет, разные гены образуют ободряюще широкий спектр молекулярных «часов», позволяющих измерять эволюционные изменения в масштабе от миллионов до миллиардов лет. Так же, как у каждого изотопа собственное время полураспада, у каждого гена собственная характерная частота обращения, с которой новые мутации случайно фиксируются. Гены гистонов обычно фиксируются с частотой одна мутация за миллиард лет, гены фибринопептида — в тысячу раз быстрее (одна мутация примерно за миллион лет). Для цитохрома С и генов, связанных с гемоглобином, характерный период фиксации длится от миллионов до нескольких десятков миллионов лет.

Ни радиоактивные, ни молекулярные «часы» не идут с точностью настенных или наручных. Если бы мы могли услышать их, они звучали бы как счетчик Гейгера (который предназначен для того, чтобы мы слышали ход радиоактивных «часов»). Счетчик Гейгера щелкает не регулярно, а неравномерно, с характерными всплесками активности. Именно так звучали бы мутации и их фиксации, если бы мы могли слушать их в течение достаточно долгого периода геологического времени. Пусть наши часы запинаются, подобно счетчику Гейгера, или идут размеренно, как метроном, но наш счетчик времени обязан сохранять постоянную среднюю скорость. Именно так ведут себя радиоактивные «часы». Эта черта присуща и молекулярным «часам».

Начиная разговор о молекулярных «часах», я сказал, что они основаны на ходе эволюции и не могут служить ее доказательством. Однако теперь мы видим, что это было слишком пессимистическое заключение. Само существование «псевдогенов» — бесполезных нетранскрибируемых, но очень похожих на работающие, генов — прекрасный пример того, что история эволюции животных и растений сохранена в них самих. Однако это тема следующей главы.

Я начал книгу с рассказа о преподавателе истории, которому приходится тратить время и силы на борьбу с теми, кто утверждает, будто ни римлян, ни латыни никогда не было. Вернемся к этой аналогии. Каковы на самом деле свидетельства существования Римской империи и латинского языка? Я живу в Великобритании, и у нас, как и по всей Европе, римляне оказали влияние и на карту страны, и на ее ландшафт. Они связали свой язык с нашим, а свою историю — с нашей литературой. Прогуляйтесь вдоль Адрианова вала, который местные жители называют Римской стеной. Или пройдитесь, как я ходил еще школьником каждое воскресенье, из нового (смотря с чем сравнивать!) Солсбери в старый римский ОлдСарум, общаясь по дороге с воображаемыми призраками легионеров. Разверните топографическую карту Британии. Где бы вы ни увидели длинную, прямую как стрела проселочную дорогу, особенно если ее прерывают зеленые луга или если не в пример другим проселкам ее будто по линейке чертили, знайте — здесь побывали римляне. Следы Римской империи повсюду.

Тела живых существ точно так же рассказывают об их истории. Они ощетинились биологическими эквивалентами римских дорог, валов, монументов, черепков и даже древних текстов, вписанных в живую ДНК и готовых к дешифровке.

Ощетинились, кстати, в буквальном смысле. Если вам холодно, страшно или вы ошарашены непревзойденным шекспировским сонетом, по коже бегут мурашки. Почему? А потому, что наши предки были обычными млекопитающими, покрытыми шерстью, которая поднимается и опускается, подчиняясь командам чувствительных термостатов тела. Если становится холодно, шерсть встает дыбом, чтобы увеличить изолирующий слой воздуха. Если жарко, то шерсть ложится на кожу, чтобы помочь телу избавиться от лишнего тепла. Позднее в процессе эволюции эта система стала применяться для социальной коммуникации и выражения эмоций у людей и животных, что одним из первых отметил Дарвин. Не могу отказать себе в удовольствии поделиться несколькими строчками из его книги «Выражение эмоций…»:

Шерсть на загривке поднимается в гневе. То же самое при испуге — все шерстинки встают дыбом. И в первом, и во втором случае иллюзия увеличения размера тела может отпугнуть соперников или хищников. Даже у нас, безволосых обезьян, сохранились механизмы, поднимающие нашу реденькую шерсть; мы называем это явление мурашками или гусиной кожей. Система поднятия волосков — это слабый след, нефункциональный остаток чего-то, выполнявшего полезную функцию в телах давно почивших предков. И встающие дыбом волоски являются наимельчайшей частью бесконечной истории, записанной на наших телах. Эти записи предоставляют нам неопровержимые доказательства того, что эволюция происходит, и опять же доказательства эти — не окаменевшие остатки, а современные животные.

В предыдущей главе, сравнивая дельфина с большой корифеной, мы установили: для того чтобы выяснить сухопутную биографию предков дельфина, нет необходимости сильно углубляться в изучение дельфиньей анатомии. Несмотря на рыбоподобный вид дельфина, а также на то, что он проводит всю жизнь в воде и, попав на сушу, быстро умирает, все устройство дельфиньего тела буквально кричит: «Я — наземное млекопитающее». Дельфин дышит легкими, а не жабрами, и, как любое млекопитающее, утонет, если не давать ему вдыхать атмосферный воздух. Другое дело, что дельфин способен задерживать дыхание намного дольше сухопутных млекопитающих. Его дыхательный аппарат изменился для того, чтобы как можно лучше приспособиться к водной среде. Вместо дыхания сквозь две небольших ноздри на конце носа, как у всех наземных млекопитающих, дельфин имеет одну ноздрю, расположенную на макушке, что позволяет ему дышать, не поднимаясь над поверхностью воды. Это «вентиляционное отверстие» снабжено плотно запечатывающим его клапаном, задерживающим воду, и широким устьем, максимально уменьшающим время, необходимое для вдоха. Фрэнсис Сибсон, эсквайр, в 1845 году написал в своем докладе Королевскому обществу[163] (а Дарвин, член Общества, наверняка его прочел): «Мышцы, открывающие и закрывающие дыхало, а также управляющие работой воздушных мешков, образуют одну из сложнейших и тончайше настроенных машин, когда-либо созданных природой или человеком». Дельфинье дыхало прошло огромный эволюционный путь, направленный на устранение неприятностей, которых можно было бы легко избежать, отказавшись от легочного дыхания в пользу жаберного. Более того, многие структурные особенности дыхала представляют собой исправления вторичных проблем, вызванных переносом точки забора воздуха из носа на макушку. Нормальный конструктор сразу спроектировал бы его сверху (если бы, конечно, решил не заменять легкие жабрами). В этой главе книги мы рассмотрим примеры того, как эволюция исправляла изначальные «ошибки» или наследуемые черты путем компенсации или тонкой настройки, вместо того чтобы вернуться к началу и просто исправить чертеж (так, без сомнения, поступил бы конструктор). Как бы то ни было, сложность и тонкость устройства клапана дыхала у дельфинов, несомненно, свидетельствует о том, что у дельфина есть сухопутные предки.

Можно сказать, что тела китов и дельфинов испещрены следами их древней истории так же, как карта Британии прорезана римскими дорогами, скрытыми под идеально прямыми проселками. У китов, например, нет задних конечностей, но есть небольшие кости, представляющие собой остатки тазового пояса и конечностей давно вымерших сухопутных предков. То же верно и в отношении сирен (я упоминал их несколько раз: ламантины, дюгони и семиметровые стеллеровы коровы, перебитые человеком). Хотя сирены сильно отличаются от китов и дельфинов, они представляют собой единственную, кроме китообразных, группу млекопитающих, которая никогда не выходит на сушу. Дельфины — быстрые, активные и сообразительные хищники. Сирены — медленные, сонные и мечтательные травоядные. Единственный раз, когда музыка из динамиков не привела меня в бешенство, случился в ламантиновом аквариуме в Западной Флориде. Играла сонная музыка, которая прекрасно соответствовала неторопливым задумчивым существам за стеклом, так что даже я не возражал. Ламантины и дюгони безо всяких усилий дрейфуют в толще воды, находясь в гидростатическом равновесии. Плавательный пузырь, в отличие от рыб, им не нужен: они плавают благодаря тому, что тяжелые кости уравновешиваются толстой жировой оболочкой с положительной плавучестью. Таким образом, плотность тела ламантина близка к плотности воды, что позволяет ему управлять положением в воде при помощи незначительных изменений объема грудной клетки. Дополнительную точность контроля над положением в воде дает наличие двух диафрагм — по одной у каждого легкого.

Дельфины и киты, дюгони и ламантины — все они живородящи, как, впрочем, и все млекопитающие. Замечу, что эта особенность не уникальна: живородящи многие рыбы. Однако они делают это совсем иначе, вернее — множеством удивительных способов, безо всякого сомнения открытых независимо. Плацента дельфинов обладает всеми характерными для млекопитающих признаками. Они выкармливают детенышей молоком. Мозг дельфина, вне всякого сомнения, является мозгом млекопитающего — и, замечу, высокоразвитого. Кора больших полушарий млекопитающих — покрышка из серого вещества на внешней поверхности мозга. Увеличение интеллектуальных способностей связано с ростом площади этой покрышки. Этого можно достигнуть двумя способами, первый из которых — увеличение общего размера мозга и, следовательно, черепа. Но иметь большой череп неприятно, прежде всего потому, что существам с большим черепом очень неудобно рожать и рождаться. Поэтому мозговитые млекопитающие склонны увеличивать размер коры, не увеличивая объем черепной коробки, путем максимального изгибания коры в складки и морщины. Вот почему мозг человека выглядит, как высохший грецкий орех. При этом мозг китов и дельфинов — единственный, который может по морщинистости сравниться с нашим, обезьяньим, мозгом. Мозг рыб, например, вовсе лишен складок. Ничего удивительного: он не имеет коры, да и сам гораздо меньше человеческого или дельфиньего. Итак, дельфина как млекопитающего выдают: складчатая поверхность мозга, плацента, молоко, четырехкамерное сердце, нижняя челюсть из одной кости, а также теплокровность.

Мозг человека, дельфина и кумжи. Масштаб не соблюден

Мы так легко замечаем следы истории в телах китов и сирен потому, что они живут в принципиально другой среде обитания по сравнению со своими предками. Примерно то же можно наблюдать у птиц, которые утеряли привычку к полету и, как следствие, оснащение для него. Страусы и эму — прекрасные бегуны, которые никогда не летают. Однако и у них есть небольшие остатки крыльев, доставшиеся в наследство. Более того, остатки крыльев у страусов не полностью утратили функциональность. Слишком маленькие для полета, они, тем не менее, пригодны в качестве балансира и руля при беге, а также участвуют в социальном и половом поведении. Крылья птицы киви настолько малы, что незаметны за густыми перьями, однако все кости крыльев на месте.

Моа совершенно лишились крыльев. Их родина, Новая Зеландия, вообще богата нелетающими птицами, вероятно потому, что отсутствие млекопитающих оставило свободными множество экологических ниш, которые можно было занять, если долететь в Новую Зеландию. Но первопоселенцы, добравшиеся на острова по воздуху и заменившие там наземных млекопитающих, утратили способность к полету. Моа, однако, это не касается — их предки не летали еще до раскола Гондваны. Среди ее обломков была Новая Зеландия, которой досталась своя порция гондванской фауны. Сказанное в полной мере относится к какапо, нелетающим новозеландским попугаям. Их летающие предки жили так недавно, что какапо до сих пор пытаются летать. Но уже не могут: они утратили крылья. Бессмертный Дуглас Адамс в «Последнем шансе увидеть» отметил:

Страусы, нанду и эму — прекрасные бегуны, а пингвины и галапагосские нелетающие бакланы — великолепные пловцы. Мне повезло поплавать с нелетающим бакланом среди скал острова Изабелла, и я был восхищен скоростью и сноровкой, с которыми птица передвигалась от расщелины к расщелине, задерживая дыхание на чрезвычайно долгое время (у меня было эволюционное преимущество в виде маски). В отличие от пингвинов, которые «летают» под водой, делая гребки короткими, но сильными крыльями, бакланы передвигаются при помощи очень сильных ног с перепончатыми лапами, а крылья используют только как стабилизаторы. Однако все нелетающие птицы, даже страусы, которые очень давно потеряли крылья, происходят от предков, которые использовали крылья для полета. Ни один разумный наблюдатель не станет спорить с этим, а значит, не поставит под сомнение факт эволюции.

Несколько разных групп насекомых также утеряли или существенно сократили крылья. В отличие от примитивных бескрылых насекомых вроде чешуйниц, блохи и вши утратили крылья, которые когда-то были у их далеких предков. Летательные мускулы самок непарного шелкопряда недоразвиты, и они неспособны летать. В этом нет необходимости, поскольку самцы сами прилетают к самкам, привлекаемые издалека запахом химической приманки. Более того, если бы самки летали, система бы не работала: к тому моменту, как самец прилетел бы к источнику медленно распространяющегося градиента приманки, источник давно улетел бы!

Мухи, как подсказывает нам их латинское название Diptera, имеют, в отличие от других насекомых, два крыла, а не четыре. Вторая пара крыльев редуцировалась, превратившись в жужжальца. Они вращаются наподобие крошечных булав и работают как гироскопы. Откуда мы знаем, что жужжальца происходят от крыльев, спросите вы? Во-первых, они занимают в точности то же место на третьем сегменте груди, что летательное крыло занимает на втором (и на третьем у всех прочих насекомых).

Они двигаются по той же восьмерке, что и крылья. Эмбриология их такая же, как у крыльев; в целом, если взглянуть на промежуточные стадии, очевидно, что это укороченные крылья, явно видоизмененные (если вы не отрицаете эволюцию, конечно). Более того, встречаются мутантные дрозофилы (так называемые гомеозисные мутанты), эмбриогенез которых нарушен. У них нет жужжалец: вместо них формируется вторая пара крыльев, как у пчелы или любого другого насекомого.

Жужжальца долгоножки

Как выглядели промежуточные формы между крыльями и жужальцами, и чем они могли заинтересовать естественный отбор? В чем смысл «недожужжальца»? Основной вклад в понимание того, как работают жужжальца, внес оксфордский профессор Джон Уильям Саттон Прингл[164], мой старый преподаватель, который за суровость и строгие манеры получил прозвище «Весельчак Джон». Он указывал, что крылья всех насекомых имеют у основания небольшие сенсорные органы, которые реагируют на скручивание и другие внешние воздействия. Имеются схожие сенсорные органы и у основания жужжалец — это еще одно, замечу, доказательство их происхождения от крыльев. Задолго до появления жужжалец поток входящей информации от основания быстро машущих крыльев должен был отрегулировать их работу также в качестве простого гироскопа. Ведь любая летающая машина по определению нестабильна, и ей необходим, например, гироскоп.

Anhanguera (слева) и Rhamphorhynchus

Вопрос эволюции стабильно и нестабильно летающих животных очень интересен. Рассмотрим, например, двух изображенных выше птерозавров, вымерших летающих рептилий, современников динозавров. Любой авиаконструктор скажет вам, что рамфоринх летал стабильно благодаря длинному хвосту, заканчивавшемуся утолщением наподобие ракетки для пингпонга. Ему не был нужен сложный механизм гироконтроля вроде жужжалец: стабильность в полете обеспечивал длинный хвост. С другой стороны, скажет вам тот же конструктор, такая конструкция не слишком маневренна. Устройство любого летательного аппарата представляет собой компромисс между стабильностью и маневренностью. Великий Джон Мейнард Смит, вернувшийся в университет преподавать зоологию после многих лет работы авиаконструктором (он говорил, что самолеты стали слишком шумными и давно устарели), указывал: летающие животные способны двигаться в эволюционном времени влево и вправо в спектре между стабильностью и маневренностью. При этом они иногда теряют стабильность и приобретают взамен маневренность, расплачиваясь за это необходимостью более сложного оснащения и больших вычислительных мощностей, то есть сложно устроенного мозга.

Первым изображен Anhanguera, птеродактиль, живший в меловом периоде на 60 миллионов лет позднее юрского рамфоринха. Как и у современных летучих мышей, у Anhanguera фактически не было хвоста. Как и летучая мышь, он был нестабильно летающим животным, которому приходилось использовать сложное оснащение и точные вычисления для жесткого постоянного контроля над полетом.

У Anhanguera, конечно же, не было никаких жужжалец. Для получения той же, в сущности, информации он пользовался другими органами, вероятнее всего полукруглыми канальцами внутреннего уха. У птерозавров они и вправду были очень велики, но (возражение в адрес Джона Мейнарда Смита) примерно одинаковы по размеру у рамфоринха и у Anhanguera. Однако вернемся к мухам. Профессор Прингл предполагал, что четырехкрылые предки мух имели длинное брюшко, которое обеспечивало им стабильность. Все четыре крыла в такой ситуации выполняли роль гироскопов. Затем, говорил он, предки мух начали смещаться вдоль спектра стабильности, становясь более маневренными и менее стабильными. Их брюшко укорачивалось. Задние крылья стали больше работать как гироскопы (в какой-то степени они делали это, еще будучи обычными крыльями), укоротились и потяжелели, в то время как размах передних крыльев увеличился, чтобы компенсировать уменьшение подъемной силы и летных качеств. Эти изменения происходили постепенно. Передние крылья брали на себя все бремя полета, в то время как задние уменьшались в размере, чтобы лучше справиться с авионикой.

Горбатка

Муравьи-рабочие утратили крылья, но не способность их отращивать. Глубоко внутри притаилась их «крылатая» история. Мы знаем это уже потому, что муравьиные царицы (и самцы) имеют крылья. Рабочие муравьи — это самки, которые не стали королевами по причинам, связанным с внешними факторами, а не с генами[165]. По всей видимости, муравьи-рабочие утратили крылья в процессе эволюции просто потому, что они мешают перемещаться под землей. Горьким подтверждением этого факта служит судьба цариц, которые пользуются крыльями только однажды, чтобы вылететь из материнского гнезда, найти самца, спариться и начать копать нору для нового гнезда. Первое, с чего они начинают жизнь под землей — избавляются от крыльев. Иногда они их просто отгрызают: болезненное (кто знает?) свидетельство того, что под землей крылья мешают. Неудивительно, что муравьи рабочие просто не обзаводятся ими.

Еще один представитель семейства горбаток

Вероятно, поэтому же гнезда муравьев и термитов служат домом целой армии бескрылых паразитов, пирующих на оброненных кусочках съестного, которые подносятся неутомимыми фуражирами. Им крылья мешают в той же степени, что и муравьям. Кто поверит, что чудовище, изображенное вверху — муха? Однако это действительно муха из семейства горбаток. На этой странице показан чуть более привычный представитель того же семейства, напоминающий, по всей видимости, предков этого странного бескрылого существа, также паразитирующий на общественных насекомых — в данном случае на пчелах. Заметили сходство их серповидных голов? Все, что осталось от крыльев у первой мушки — это небольшие треугольнички по бокам.

Жук, маскирующийся под муравья

В забегаловке, которую представляют собой гнезда термитов и муравьев, посетители — как полноправные рабочие, так и незваные проныры — спешат отказаться от крыльев еще и по другой причине. Многие паразиты (рассмотренные нами мухи к ним не относятся) со временем в качестве защитной меры приобрели внешность, схожую с муравьиной. Так они могут одурачить и муравьев, и хищников, которые в противном случае имели бы возможность выбрать их из массы малосъедобных и хорошо защищенных муравьев. Кто, например, с первого взгляда поймет, что животное, изображенное на рисунке слева и живущее в муравейниках — не муравей, а жук? А откуда мы это знаем? По глубокому, детальному сходству с жуком, которое решительно перевешивает поверхностные признаки муравья. Поэтому же мы причисляем дельфина к млекопитающим, а не к рыбам. Во всем теле этого существа запечатлено его родство с жуком, кроме (как и у дельфинов) внешнего вида, который определяется отсутствием крыльев и муравьиным профилем.

Как муравьи и их подземные попутчики теряют под землей крылья, так же многочисленные животные, обитающие в глубине пещер, почти или полностью утратили зрение и, как замечал еще Дарвин, более или менее ослепли. Для животных, обитающих только в самых темных частях пещер и не способных жить где-либо еще, используется термин «троглобионт»[166]. Среди троглобионтов — саламандры, рыбы, креветки, раки, многоножки, пауки, сверчки, многие другие животные. Часто они бесцветны, поскольку утратили пигменты, и слепы. У них, однако, как правило, имеются рудиментарные глаза, и мне бы хотелось обратить на это ваше внимание. Наличие рудиментарных глаз служит доказательством эволюции. Если пещерная саламандра живет в вечной тьме и глаза ей не нужны, то зачем Творцу понадобилось комплектовать это животное глазами, похожими на настоящие, но не работающими?

С другой стороны, эволюционистам также приходится объяснять потерю глаз в тех случаях, когда они больше не нужны. Почему бы не приберечь глаза, даже если сейчас от них нет пользы? Неужели никогда не пригодятся? Зачем вообще эти хлопоты с избавлением от глаз? Заметьте, кстати, как сложно уклониться от использования лексики, связанной с намерениями, замыслом и персонификацией. Строго говоря, мне не следовало даже пользоваться словом «хлопоты», не так ли? Я должен был сказать вот что: «Почему для особи пещерной саламандры потеря глаз является преимуществом, позволяющим ей выжить и оставить потомство с большей вероятностью по сравнению с животными, которые сохраняют глаза, но не пользуются ими?»

Во-первых, пользование глазами точно не бесплатно. Помимо относительно скромной стоимости самого глаза, есть еще всегда открытая миру влажная глазница, в которой вращается прозрачное глазное яблоко. Раз она открыта миру, значит, открыта любым инфекциям. Следовательно, пещерная саламандра, которая «запечатает» свои глаза, имеет большие шансы выжить, чем особь, которая оставит глаза открытыми.

Есть и еще один способ ответить на этот вопрос, и, что немаловажно, тут не потребуется употреблять слова, указывающие на выгоду, замысел и персонификацию. Говоря о естественном отборе, мы думаем о редких благотворных мутациях, возникающих и закрепляемых. Большинство мутаций, однако, оказываются вредными, поскольку процесс случаен, а способов все испортить гораздо больше, чем улучшить[167]. Вредные мутации быстро устраняются естественным отбором. Особи, их несущие, с большей вероятностью погибнут, не успев размножиться. Это устранит из генофонда вредную мутацию. Геном любого растения и животного постоянно подвергается бомбардировке вредными мутациями. Это своего рода проверка на износостойкость. В сущности, геном похож на лунную поверхность, испещренную кратерами от падения метеоритов. За редкими исключениями, любая мародерствующая мутация, которая нападает на ген, связанный, например, с глазом, делает орган чуть менее функциональным и в целом чуть менее достойным называться «глазом». В популяциях животных, обитающих на свету и пользующихся зрением, такие мутации быстро выводятся из генофонда естественным отбором.

Однако в полной темноте мутации, повреждающие гены, ответственные за зрение, никак не «наказываются»: все равно ничего не видно. Глаз пещерной саламандры подобен луне, испещренной кратерами, которые никогда не сглаживаются. Глаз же обычной саламандры подобен Земле, которая бомбардируется мутациями с той же частотой, что и глаз пещерной саламандры, но мутации (кратеры) сглаживаются естественным отбором (эрозией). Естественно, в этой истории действует еще и позитивный отбор. Он стимулирует рост защитной оболочки поверх уязвимых глазниц с постепенно вырождающимися глазами.

Среди наиболее интересных «реликвий» попадаются признаки, которые так или иначе используются (а значит, не являются рудиментарными), но для выполнения своей функции спроектированы довольно-таки нелепо. Возьмем наилучший вариант глаза позвоночного — например, глаз ястреба или глаз человека. Это невероятно точный инструмент, способный выдавать разрешение не хуже, а даже лучше, чем цейсовский или никоновский объектив. Заметим, что если бы наш глаз не отличался такой точностью, то «Цейс» и «Никон» напрасно тратили бы время. С другой стороны, знаменитый немецкий ученый Герман фон Гельмгольц (физик; хотя его вклад в биологию и психологию крупнее) говорил: «Если бы оптик попытался мне продать прибор, имеющий вышеназванные недостатки, то я абсолютно справедливо подумал бы, что он халатно относится к своей работе, и с протестом вернул бы прибор»[168]. Одна из причин, по которой глаз все же не так плох, такова: мозг успешно обрабатывает получаемые изображения, как сверхсложный самонастраивающийся «Фотошоп». Что касается оптических свойств, то человеческий глаз достигает максимального разрешения только в окрестностях ямки, центральной части сетчатки, которой мы пользуемся при чтении. Когда мы рассматриваем картину, мы передвигаем ямку так, чтобы изучить детали, а «Фотошоп» в нашем мозге обманывает нас, показывая картину целиком. Хороший объектив, напротив, действительно показывает всю картину с практически одинаковой ясностью.

Итак, там, где глазу не хватает возможностей оптики, в игру вступает мозг со своими сложными программами обработки изображений. Но, между прочим, я до сих пор не упомянул о главном несовершенстве глазной оптики. Сетчатка расположена наоборот.

Представим себе Гельмгольца, которому принесли современную цифровую фотокамеру, имеющую тонкий экран из фоточувствительных клеток, улавливающих изображения, попадающие точно на поверхность экрана. Разумно? И, естественно, каждая фоточувствительная клетка будет соединяться с вычислительным центром, в котором происходит обработка информации. Такую машинку Гельмгольц бы оставил себе.

А теперь вообразим, что фоточувствительные клетки расположены задом наперед, то есть развернуты от картины, на которую смотрит глаз. «Провода», соединяющие чувствительные клетки с центром переработки информации, идут по всей поверхности сетчатки, так что световые лучи должны вначале пройти через плотный ковер проводов и только затем попасть на фоточувствительный элемент. Ни малейшего смысла! Но на самом деле все еще хуже. Поскольку фоточувствительные клетки расположены задом наперед, провода, которые передают информацию, должны каким-то образом пройти сквозь сетчатку в мозг. В глазу позвоночных они собираются в одном месте и там проходят через сетчатку. Это отверстие, заполненное нервами, называется слепым пятном. Оно довольно большое, но не доставляет нам неудобств — снова благодаря встроенному графическому редактору. Куда это годится? К черту такой прибор! Он не просто дурен. Это произведение полного идиота.

Человеческий глаз. Справа: фоторецепторы

Будь у нас проектировщик, мы вряд ли увидели бы эту цепь ошибок проектирования, кое-как исправленных. В этом случае вполне возможны случайные ошибки, как, например, не предусмотренная проектом сферическая аберрация зеркала телескопа «Хаббл», но не такая явная глупость, как сетчатка, приделанная задом наперед. Такие просчеты не случаются даже в самых неудачных проектах. Они могут сложиться только исторически.

Мой любимый пример «глупостей» такого рода, подсказанный моим преподавателем профессором Джон Д. Карри, — возвратный гортанный нерв[170]. Это ветвь одного из черепных нервов, идущих непосредственно от головного мозга. Один из них, имеющий очень подходящее название «блуждающий», разделяется на несколько ветвей, две из которых идут к сердцу, а еще две — к гортани, голосовому аппарату млекопитающих. С каждой стороны шеи к гортани подходит одна из ветвей блуждающего нерва, как и задумал бы любой разумный дизайнер. Но другая идет к гортани удивительным путем: ныряет в грудную клетку, обходит крупную артерию (точнее, две артерии слева и справа, но маршрут нервов с обеих сторон остается принципиально сходным) и только потом возвращается в шею, к гортани.

Если относиться к телу как к проекту, то возвратный гортанный нерв — настоящий позор проектировщика. Гельмгольц нашел бы куда больше поводов его отвергнуть, чем в отношении глаза. Однако положение возвратного гортанного нерва, как и глаза, становится понятным и естественным, если забыть о проектировщике и задуматься об истории. Для этого нам придется вернуться в эпоху, когда наши предки были рыбами. У рыб двухкамерное сердце, в отличие от нашего четырехкамерного. Оно посылает кровь в большую центральную артерию под названием «брюшная аорта». Затем кровь поступает к жабрам, где насыщается кислородом. Брюшная аорта перед жабрами делится на шесть пар сосудов, ведущих к шести отделам жабр с каждого бока. На выходе из жабр кровь собирается в другие шесть пар сосудов, которые соединяются в спинную артерию. Оттуда кровь поступает к органам тела. Шесть пар жаберных артерий — наследие сегментации тела позвоночных, которая куда более очевидна в строении тела рыб, чем человека. Удивительно, что и у людей она также видна, но лишь на стадии эмбриона, когда можно по деталям строения различить жаберные дуги — очевидное наследие предков. Они, конечно, не действуют, но пятинедельный эмбрион вполне можно считать маленькой розовой рыбкой. Я не перестаю удивляться, почему дельфины, киты, дюгони и ламантины снова не обзавелись функционирующими жабрами. У них, как и у всех млекопитающих, имеется хороший эмбриональный задел, который, казалось бы, упрощает задачу. Однако они этого не сделали. Этому, конечно, должна быть причина, известная какому-либо зоологу (или, если не причина, то хотя бы способ ее найти).

Тело всех позвоночных имеет сегментированный план строения, но у взрослых млекопитающих, в отличие от эмбриона, эта сегментированность очевидна только в спинном отделе, в котором позвоночник, ребра, кровеносные сосуды, мышечные сегменты (миотомы) и нервы образуют следующие друг за другом модули. Каждый отдел позвоночного столба снабжен двумя большими нервами, отходящими по сторонам спинного мозга (так называемые передний и задний корешки). Основные функции этих нервов сосредоточены вблизи позвоночника, но некоторые из них дотягиваются до ног или рук.

Голова и шея также организованы посегментно, но их трудно различить даже у рыб, потому что, в отличие от аккуратно выстроенного ряда позвоночных сегментов, за время эволюции они перемешались. Обнаружение следов сегментации головы — один из триумфов сравнительной анатомии и эмбриологии XIX–XX веков. Например, первая жаберная дуга бесчелюстных рыб, таких как миноги (и эмбрионов челюстных позвоночных), точно соответствует челюстям у челюстноротых позвоночных (то есть всех современных позвоночных, кроме миног и миксин).

Тело насекомых и других членистоногих животных, например, ракообразных, о которых мы говорили в главе 10, также сегментировано. И опять-таки триумфально звучало доказательство того, что голова любого насекомого состоит из шести сегментов (конечно, перемешанных), которые у отдаленных предков были организованы, как остальные части тела, в виде модулей. Триумфом эмбриологии и генетики конца XX века стало доказательство того, что сегментная организация насекомых и позвоночных далеко не независима, как меня когда-то учили: она строится под управлением сходных наборов генов (Hox-генов), а эти гены у насекомых и позвоночных (и других животных) на хромосомах даже расположены сходным образом. Никто из моих преподавателей, рассказывавших о физиологии насекомых и позвоночных, и не помышлял об этом! Оказалось, что такие разные животные, как позвоночные и насекомые, значительно ближе друг к другу, чем мы думали. И причина этого, конечно, — общие предки. План, заложенный в Hox-генах, был намечен еще в общем предке всех животных с двусторонней симметрией. И все они оказались куда более близкими родственниками, чем можно было представить.

Возвратимся к голове позвоночных. Черепные нервы считаются хорошо замаскированными потомками сегментных, с которых у наших примитивных предков начиналась череда передних и задних корешков спинного мозга, подобных тем, что растут из нашего позвоночника. А основные кровеносные сосуды нашей грудной клетки — это реликты когда-то отчетливо сегментированной системы кровеносных сосудов, питающих жабры. Можно сказать, что в грудной клетке млекопитающих смешалась сегментированная жаберная система предков-рыб так же, как в голове рыбы перепутаны сегменты еще более далеких позвоночных предков.

Кровеносная система человеческого эмбриона также обслуживает «жабры», очень похожие на рыбьи. Она включает две брюшные аорты, по одной с каждой стороны, дуги аорты (посегментно, по одной на каждую «жабру» с каждой стороны), которые соединяются с парными спинными аортами. Большая часть этой реликтовой кровеносной системы исчезает к концу эмбрионального развития, однако видно, что кровеносная система взрослых происходит от эмбриональной. Кровеносная система эмбриона на 26 день подает кровь к «жабрам» точно так же, как у рыб. Далее кровеносная система утрачивает сегментацию и исходную симметрию, а к моменту рождения кровеносная система уже обладает ярко выраженной левосторонней асимметрией, совсем не похожей на стройную симметрию эмбриона-рыбки.

Жаберные дуги человеческого эмбриона

Не будем углубляться в то, наследием каких шести жаберных артерий являются наши грудные артерии. Все, что нам нужно для понимания истории возвратного гортанного нерва, — что у рыб блуждающий нерв посылает ветви к трем задним жабрам, и для них вполне естественно проходить под соответствующими жаберными артериями. У этих нервов нет никакой возвратности, они идут к своим органам-целям кратчайшим и самым естественным путем.

Однако в ходе эволюции млекопитающие обзавелись шеей (у рыб она отсутствует) и расстались с жабрами, которые частично превратились в такие полезные органы, как щитовидная, паращитовидная железы и другие составляющие гортани. Все эти детали снабжались кровью и соединялись нервами, которые в прошлом обслуживали жабры. По мере того как предки млекопитающих, эволюционируя, удалялись от рыб, нервы и кровеносные сосуды вытягивались и удлинялись в самых неожиданных направлениях, что изменило их первоначальное расположение. Грудная клетка и шея высших позвоночных превратились в мешанину, мало напоминающую симметричное упорядоченно сериальное строение рыбьих жабр. И возвратные нервы гортани — составная часть, более чем просто несуразная, этого искажения.

Гортанный нерв у жирафа и акулы

На рисунке из учебника Берри и Холлема 1986 года видно, что у акулы возвратность гортанного нерва отсутствует. В качестве иллюстрации этого долгого вояжа у млекопитающих они выбрали… жирафа.

У людей лишний путь возвратного нерва не превышает десяти сантиметров. Для жирафа же это нешуточное (измеряется метрами) дело: у взрослого животного нерв бежит лишних четыре метра. В 2009 году, назавтра после празднования Дня Дарвина (двухсотая годовщина со дня его рождения), группа анатомов и ветеринаров из лондонского Королевского ветеринарного колледжа пригласила меня принять участие во вскрытии трупа молодого жирафа, погибшего в зоопарке. Это было очень похоже на театр, в котором сцена отделялась стеклянной стеной от зала. Целый день студенты (очень необычно для студентов), а также я сам и съемочная группа Четвертого канала наблюдали за операцией, ход которой анатомы комментировали в микрофон. Тело жирафа лежало на большом секционном столе, одна нога была поднята специальной растяжкой, а огромная шея — ярко освещена. Все участники представления, находящиеся около жирафа, надели оранжевые комбинезоны и белые тапочки. Это подчеркнуло фантастичность сцены.

В доказательство длины обходного пути гортанного нерва замечу, что анатомы, работавшие над разными его участками — около головы, у обхода возле сердца, на остальных участках, — не мешали друг другу. Они не торопясь прошли вдоль всего возвратного нерва. Эта непростая задача не давалась никому со времен великого анатома Ричарда Оуэна, который решил ее в 1837 году. Сложность задачи связана еще и с тем, что нерв очень тонок, а на обходе вообще толщиной с нитку (я это знал, но, увидев, все-таки удивился), и его легко потерять в сплетении пленок и мышц, окружающих дыхательное горло. Спускаясь, нерв, упакованный на этом отрезке вместе с блуждающим, проходит в нескольких дюймах от гортани — конечного пункта маршрута. Тем не менее нерв спускается дальше, поворачивает и проделывает обратный путь. Меня впечатлило мастерство профессоров Грэма Митчелла, Джой Райденберг и других специалистов, проводивших вскрытие, а мое уважение к Оуэну, язвительному критику Дарвина, заметно выросло. Правда, креационист Оуэн упустил очевидное: любой разумный дизайнер отделил бы гортанный нерв, заменив несколькими сантиметрами путешествие в несколько метров.

Помимо бессмысленных затрат ресурсов на столь длинный нерв, я не могу не удивляться также тому, что у жирафа нет задержки вокализации, подобно тому, как бывает у корреспондента, передающего сообщение по спутниковому каналу. Один авторитет, правда, заявил, что «несмотря на хорошо развитую гортань и стадный образ жизни, жираф ограничивается мычанием и блеянием»[171]. Жираф-заика? Интересно. Впрочем, я не настаиваю. Однако подчеркну важный факт, на который указывает пример жирафа: устройство живых существ далеко от рационального. А для эволюциониста важно задать вопрос: почему естественный отбор ведет себя иначе, чем грамотный инженер, который вернулся бы к изначальному проекту и привел его в соответствие с техзаданием? Этот вопрос звучал в этой главе, и я по-разному отвечал на него. Возвратный ход гортанного нерва позволяет дать еще один ответ. Он связан с тем, что в экономике называют предельными издержками.

Обходной путь гортанного нерва у жирафа

По мере того как с течением эволюции шея жирафа удлинялась, издержки — в обычном экономическом смысле или в смысле заработать заикание — постепенно росли (это уточнение очень важно). Предельные издержки каждого нового миллиметра пути были невысоки. Когда длина шеи достигла нынешнего размера, общие издержки достигли предела, где мутантная особь без обхода гипотетически была бы лучше приспособлена к выживанию. Однако мутация, необходимая для того, чтобы «срезать путь», потребовала бы кардинальных изменений в эмбриональном развитии. Возможно, она просто никогда бы не произошла, а если и произошла бы, то могла вызвать нежелательные побочные эффекты, как любая существенная перестройка. И даже если эти побочные эффекты были бы впоследствии компенсированы экономией от сокращения пути нерва, альтернатива — постепенное его удлинение на лишний миллиметр — заметно дешевле. Я предполагаю, что она всегда была намного дешевле большой перестройки и поэтому выиграла у куда более элегантного решения. Но эти рассуждения не должны отвлекать нас от сути: возвратный нерв у млекопитающих — хороший аргумент против «разумного дизайна», а маршрут этого нерва у жирафа превращает довод из хорошего в превосходный. Эта бессмысленная петля вдоль всей шеи жирафа — как раз то, чего мы ожидаем от эволюции, совершающейся посредством естественного отбора, и совсем не то, чего следует ждать от разумного Создателя.

Джордж К. Уильямс, один из самых уважаемых американских биологов-эволюционистов (чья спокойная мудрость и крупные черты лица напоминают одного из самых уважаемых американских президентов, родившегося, кстати, в один день с Дарвином и также славившегося спокойной мудростью), привлек мое внимание к другому маршруту, очень похожему на путешествие гортанного нерва.

Семявыводящий проток служит для вывода спермы из яичек в пенис. Его самый естественный (и вымышленный) маршрут показан на схеме, как и тот, действительный. Совершенно непонятно, зачем он обходит уретру (канал, по которому моча из почек поступает в мочевой пузырь). Если это спроектировано, то проектировщик снова сильно ошибся. Однако, как и в случае гортанного нерва, все становится на свои места, если посмотреть на историю эволюции этих органов. Примерное начальное положение яичек показано на рисунке штриховой линией. Когда по ходу эволюции млекопитающих они переместились вниз, в мошонку (причины этого перемещения неизвестны, но скорее всего связаны с терморегуляцией), проток оказался гуляцией), проток оказался не с той стороны уретры. Вместо того чтобы (как поступил бы инженер) отправить его заново по правильному пути, эволюция предпочла просто понемногу удлинять его, поскольку предельные издержки небольшого удлинения несопоставимы со стоимостью радикальной перестройки системы. И снова мы видим тот же принцип дешевой коррекции ошибки вместо перепроектирования. Примеры такого сорта должны, безусловно, подорвать позиции пламенных поклонников концепции «разумного дизайна».

Путь семявыводящего протока от яичек до пениса

Человеческое тело изобилует, так сказать, несовершенствами, которые являются следствием неизбежных компромиссов в ходе эволюции длинной цепи наших животных предков. Несовершенства такого рода неизбежны, когда вариант «переделать с нуля» неприемлем. Только представьте себе, как выглядел бы реактивный двигатель, если бы его изобретателям Фрэнку Уиттлу или доктору Гансу-Иоахиму Пабсту фон Охайму предложили начать с винтового мотора с условием менять только по одной детали. И хуже того, все промежуточные модели должны работать, причем каждая следующая — хоть немного лучше предыдущей! Понятно, что получившийся в таких условиях реактивный двигатель был бы начинен реликтами винтовой эпохи и полон недостатков. И каждый из недостатков устранялся бы незначительными компенсирующими поправками, лучшими из возможных, без полного перепроектирования.

Думаю, смысл понятен, но на самом деле при более пристальном взгляде на биологические инновации возникает другая аналогия. Важные нововведения, такие как реактивный двигатель, вероятно, возникают не в результате эволюции старого органа, выполнявшего те же функции, а из чего-то совершенно иного, игравшего совсем другую роль. Например, наши предки рыбы, выбравшись на сушу, не стали заниматься приспособлением жабр к дыханию воздухом (что, кстати, делают некоторые современные рыбы, например рыба-ползун Anabas) — они воспользовались для этого выростом кишки. Впоследствии, кстати, костистые рыбы (а это почти все современные рыбы, кроме акул и им подобных) воспользовались легкими, которыми иногда дышали их предки, чтобы произвести на свет другой орган, не имеющий никакого отношения к дыханию: плавательный пузырь.

Плавательный пузырь — возможно, ключевой фактор успеха костистых рыб и, как таковой, заслуживает отступления. Это внутренний мешок, заполненный газом, объем которого может меняться так, чтобы рыба на любой глубине находилась в состоянии гидростатического равновесия. Принцип Архимеда вам должен быть хорошо знаком, но костистые рыбы придумали интересную вариацию. Плавательный пузырь работает как пузырек газа, однако объем его не фиксирован. Когда рыбе нужно подняться выше, часть молекул газа из крови поступает в пузырь, увеличивая его объем. Удельный вес рыбы уменьшается, и она всплывает. Если ей, напротив, нужно опуститься, часть молекул газа из пузыря забирается в кровь, уменьшая объем пузыря. Плавательный пузырь позволяет рыбе оставаться в неподвижности на любой глубине без мышечных усилий, которые требуются, например, акуле, чтобы удерживаться на нужной глубине. Гидростатическое равновесие восстанавливается без малейших усилий со стороны рыбы. За счет того, что вся работа достается плавательному пузырю, мышцы освобождаются для активных сокращений. Акуле же приходится все время двигаться — иначе она утонет (хотя, следует признать, что не сразу, поскольку ее ткани включают некие вещества с низкой плотностью, которые сообщают акуле кое-какую подъемную силу). Таким образом, плавательный пузырь представляет собой видоизмененное легкое, которое, в свою очередь, есть видоизмененный кишечный мешок (а не жаберная полость, как можно было бы ожидать). Более того, у некоторых видов рыб плавательный пузырь видоизменился дальше, став еще и органом слуха наподобие барабанной перепонки в человеческом ухе. Все тело животных — это летопись эволюции, записанная бесчисленными слоями, один на другом.

Мы являемся наземными животными уже четыреста миллионов лет, но всего около 1 % этого времени ходим на задних ногах. Остальное время у нас был горизонтальный позвоночник, и передвигались мы на четырех конечностях. Мы не знаем, какие преимущества получил первый предок, вставший на задние конечности, так что пока оставим этот вопрос. Джонатан Кингдон написал на эту тему целую книгу («Низкое происхождение»), некоторые аспекты которой обсуждаются в моей книге «Рассказ прародителя». Когда это случилось, перемены могли показаться не слишком важными: ведь другие приматы, такие как шимпанзе и вообще многие обезьяны, даже очаровательный лемур-сифака, время от времени встают на задние лапы. Однако постоянное прямохождение, присущее человеку, имеет далеко идущие последствия для всего тела, повлекшие за собой массу компенсирующих «исправлений». Можно даже сказать, что ни одна кость или мышца не избежала изменений, необходимых для компенсирования разных последствий прямохождения. Такие же повсеместные переделки должно вызывать любое резкое изменение способа существования: из воды на сушу, с суши в воду, в небо или под землю. Нельзя выделить какие-то очевидные изменения и ограничиться ими. Мало сказать, что у любой перемены есть последствия: последствий сотни и тысячи. Естественный отбор все время подправляет, приводит все в порядок или, как сказал великий французский молекулярный биолог Франсуа Жакоб, «все время латает дыры».

На это можно взглянуть иначе. Когда случается значительное изменение климата, например, в ледниковом периоде, мы вправе ожидать, что естественный отбор подготовит к нему животных, например заставив отрастить более густую шерсть. Однако изменение климата — не единственный фактор в этой игре. Любая существенная мутация, удачная с точки зрения естественного отбора, безо всякого изменения внешних условий приведет к тому, что остальные гены почувствуют на себе изменение внутреннего генетического «климата». И они должны будут адаптироваться к нему точно так же, как к изменению погоды. Естественный отбор, компенсируя сдвиги генетического «климата», подключится к работе обязательно, но немного позднее, подобно тому, как это происходит с переменами во внешней среде.

Возможно, переход от передвижения на четырех конечностях к передвижению на двух был вызван внутренним, а не внешним изменением. Однако какой бы ни была причина, она повлекла за собой цепочку компенсирующих «поправок».

«Неразумный дизайн» — неплохое название для главы. На самом деле так стоило бы назвать целую книгу о несовершенстве живого как убедительнейшем доказательстве отсутствия какого бы то ни было плана творения. Эту возможность не упустили сразу несколько авторов. Мне мила здоровая простота австралийского варианта английского языка («Ну и откуда взялся этот „разумный дизайн“? Возник как прыщ на ровном месте?»), и я выбрал отличную книгу Робина Уильямса, патриарха сиднейских популяризаторов науки. Начав с жалобы на неприятности, которые доставляет ему спина по утрам, Уильямс неожиданно переходит к вопросу о гарантийных обязательствах проектировщика, к которому у него есть масса претензий: «Если Он и вправду проектировал мою спину, то это явно не лучшее из Его творений, оно наверняка доделывалось в жуткой спешке, чтобы уложиться в шесть дней». Дело, конечно, в том, что наши предки большую часть своей истории провели в горизонтальном положении, и наш позвоночник, внезапно выпрямившийся, отнесся к переменам последних нескольких миллионов лет не слишком благожелательно. Гипотетический проектировщик должен был вернуться к чертежной доске.

После Уильямс переходит к символу Австралии — коале. Сумка этого животного открывается вниз, а не вверх, как у кенгуру, что довольно странно для животного, всю жизнь перемещающегося вверх-вниз по деревьям. Дело в том, что коалы ведут свою родословную от вомбатоподобного предка. Вомбаты — чемпионы по копанию:

Большущими лапами они, словно экскаватор, отгребают почву назад, прокапывая туннели. Если бы сумка вомбата открывалась сверху, его детеныши всегда были бы в грязи. Снизу сумка и открывалась, когда зверюшка решила залезть на дерево, вероятно, в поисках нового источника пищи. На дерево переместился целиком план строения, слишком сложный, чтобы начинать все с нуля.

Как и в случае с возвратным гортанным нервом, теоретически эмбриологию коалы можно было бы изменить в пользу открывания сумки вверх. Но я подозреваю, что этот эмбриологический переворот вызовет к жизни такие ненормальные промежуточные формы, что лучше уж коалы с их неудобными сумками.

Еще одно следствие нашего перехода от четырех конечностей к двум относится к носовым пазухам, доставляющим многим (включая меня) массу неприятностей, поскольку отверстие для вытекания из них жидкости дизайнер расположил в самом неприспособленном для этого месте. Уильямс цитирует моего австралийского коллегу профессора Дерека Дентона[172]: «Большие гайморовы пазухи находятся под щеками по обеим сторонам лица. Отверстия для вытекания жидкости расположены сверху, а не снизу, что, очевидно, не самая блестящая идея, так как для оттока жидкости проще было бы воспользоваться естественной силой притяжения». Ничего удивительного: у ходящего на четырех лапах наш верх — вовсе не верх, а перед, и местонахождение отверстий куда более осмысленно. Здесь снова следы истории, следы на всем нашем теле.

Уильямс цитирует другого австралийского коллегу, не чуждого национальной склонности к сильным выражениям: наездников семейства Icnheumines спроектировал «садист-ублюдок». Дарвин, посетивший в молодости Австралию, сформулировал ту же мысль более уравновешенно: «Я не могу убедить себя в том, что милосердный и всемогущий Творец создал ихнемонид с явным намерением заставить их искать пропитание внутри живых гусениц»[173]. Легендарная жестокость этих и родственных им ос — лейтмотив следующих двух глав.

Мне сложно сформулировать то, что я собираюсь сказать, но я все-таки попробую выразить словами давнюю мысль, которая пришла мне в голову в день, ознаменовавшийся вскрытием погибшего жирафа. Когда мы смотрим на животных, то восхищаемся утонченной иллюзией проекта. Грация жирафа, полет альбатроса, скорость стрижа, точность атакующего сокола, незаметность морского дракона среди водорослей, бег гепарда за безнадежно пытающейся ускользнуть газелью — иллюзия проекта настолько привлекательна, что требуется осознанное усилие, чтобы отказаться от соблазнов безыскусной интуиции и включить критическое мышление. Но это ощущение возникает только при взгляде на экстерьер животного. Если мы заглянем внутрь, это ощущение кардинально изменится. Возможно, впечатление продуманного плана создают аккуратные схемы в учебниках, похожие на чертежи. Однако реальность, с которой сталкиваешься, видя животное на секционном столе, иная. Я думаю, было бы интересно попросить инженера оптимизировать сердечные артерии. Скорее всего получится нечто вроде выпускной системы современного автомобиля — элегантной системы упорядоченных труб, — вместо той жуткой мешанины, которая встречает анатома, вскрывающего грудную клетку.

Цель, ради которой я провел целый день с анатомами, вскрывающими жирафа, состояла в изучении возвратного гортанного нерва в качестве примера эволюционно обусловленного несовершенства. Но вскоре я осознал, что с этой точки зрения возвратность гортанного нерва — только верхушка айсберга. Длина петли лишь рельефно выделяет данный пример. Именно это заставило бы Гельмгольца «завернуть» проект. Но на какую часть внутренностей животного ни взгляни, первая и всепоглощающая мысль — это: какая же там мешанина! Ни один проектировщик не сделал бы ошибки с возвратной петлей. Ни один умелый инженер никогда не опустился бы до этого месива артерий, вен, нервов, кишок, комков жира, мышц и прочего. Цитируя американского биолога Колина Питтендрая, все это не более чем «лоскутное одеяло, сшитое без всякого плана из того, что случайно оказалось под рукой, и задним числом одобренное естественным отбором»[174].

Глаза и нервы, семенные протоки, синусы и позвоночник могут быть спроектированы с несовершенством, непозволительным с точки зрения качества жизни особи, однако становятся объяснимы с позиций эволюционизма. То же касается и природной «макроэкономики». От разумного Творца можно было бы ожидать создания не просто тел животных и растений, но и видов, даже экосистем. Можно было бы предположить существование в природе «плановой экономики», чтобы избежать бессмысленной траты ресурсов. Однако это не так.

«Экономика» природы зиждется на солнечной энергии. Фотоны, испускаемые Солнцем, в течение дня изливаются на земную поверхность. Большинство из них не нагревают без толку какой-нибудь камень или полоску пляжа. Немногие фотоны доходят до глаза — вашего, моего, сложного глаза креветки, параболической линзы глаза морского гребешка. Другие же попадают на солнечные батареи — либо искусственные, вроде тех, которые я в порыве экологического энтузиазма установил на крыше своего дома, чтобы нагревать воду для душа, либо природные, каковыми являются зеленые листья. Растения пользуются солнечной энергией, чтобы запустить энергозатратный («восходящий») химический синтез и в результате получить органическое топливо, в первую очередь сахара. Этой монетой можно после расплатиться за работу. Расщепляя сахара, можно получить энергию и использовать ее, например, для мышечных усилий или «возведения» древесного ствола. Реакции расщепления я здесь называю «нисходящими». Аналогия проста: вода течет вниз, выполняя работу (например, вращает колесо), но чтобы закачать ее обратно, нужен насос и затраты энергии. На каждой стадии цикла (как «восходящей», так и «нисходящей») теряется некоторая часть энергии: ее невозможно передавать со стопроцентной эффективностью. Именно поэтому в патентных бюро на заявки об изобретении вечного двигателя даже не смотрят: и так понятно, что его постройка невозможна. Нельзя за счет энергии падающей воды закачать наверх такое же ее количество. Водяное колесо не будет работать само по себе. Некоторое, пусть небольшое, количество энергии всегда должно поступать извне, чтобы компенсировать потери. Для этого нам и нужно Солнце. В главе 13 я вернусь к этому вопросу.

Немалая часть поверхности суши покрыта листьями зеленых растений, образующих многослойную ловушку для фотонов. Даже если какой-то лист не поймал пролетавший мимо фотон, это с высокой вероятностью удастся соседу снизу. В густом старом лесу редкий фотон достигает земли, поэтому там темно. Большая часть солнечных лучей, которая переходит в наше, земное, пользование, падает на поверхность океанов. Их поверхностные слои кишат одноклеточными зелеными водорослями. Задача этих организмов — улавливать фотоны. Процесс улавливания фотонов, использование их в «восходящих» химических реакциях с запасанием энергии, производство энергоемких молекул (таких как сахара и крахмал) называется фотосинтезом. Он был изобретен бактериями более миллиарда лет назад, и до сих пор зеленые бактерии берут на себя большую часть фотосинтеза. Хлоропласты (крошечные моторчики, проделывающие всю фотосинтетическую работу во всех листьях) являются потомками зеленых бактерий. Поскольку хлоропласты автономно размножаются внутри растительной клетки, их можно уподобить бактериям, хотя они и зависят от жизнедеятельности листа, попутно окрашивая его в зеленый цвет. Оказалось, что когда-то живущие свободно зеленые бактерии внедрились в растительную клетку, где эволюционировали до структуры, которую мы называем хлоропластом.

Строго симметрична ситуация с «нисходящими» реакциями. Если «восходящими» реакциями занялись бактерии, устроившиеся в растительных клетках, то «нисходящие» (то есть экономичное сжигание сахаров и другого топлива, необходимого для жизнеобеспечения растительных и животных клеток) обслуживают специалисты из другой группы бактерий — митохондрии, также некогда вольные, а теперь живущие внутри клеток и автономно размножающиеся. Митохондрии и хлоропласты, потомки различных групп бактерий, изготовили свои взаимосопряженные чудесные химические инструменты за миллиарды лет до того, как появились привычные и видимые невооруженным глазом иные обитатели нашей планеты. И те и другие поплатились за свое искусство и были захвачены для работы внутри более крупных и сложных клеток, из которых построены те самые видимые невооруженным глазом живые обитатели: растительные клетки с хлоропластами и митохондриями, животные клетки с митохондриями.

В основании пищевых цепей лежит солнечная энергия, запасенная хлоропластами. Далее эта энергия переходит от растений к травоядным, в том числе насекомым, от них — к хищникам (к ним отнесем и насекомых, и насекомоядных, и волков, и леопардов), от хищников — к падальщикам, таким как стервятники или жукинавозники, от них — к грибам и бактериям, конечным деструкторам, разлагающим органику. На каждом отрезке пищевой цепи часть энергии рассеивается в виде тепла, часть уходит на полезную работу, например на мышечные сокращения. Но никакой новой энергии кроме солнечной, усвоенной растениями, в пищевую цепь не поступает. Иначе говоря, все земная жизнь держится на энергии солнца — за любопытным, но несущественным исключением экосистем «черных курильщиков», существование которых зависит от энергии вулканических процессов.

Взглянем на одинокое дерево, гордо стоящее на открытой поляне. Почему оно выросло таким высоким? Уж точно не для того, чтобы быть ближе к солнцу! Было бы дешевле укоротить ствол и распластать ветви широко по земле: солнечного света попадет столько же, но можно сэкономить за счет исключительно дорогостоящего ствола. Зачем же идти на траты, поднимая крону как можно выше? Чтобы ответить на этот вопрос, следует вспомнить, что естественной средой обитания деревьев является лес. Деревья тянутся ввысь, чтобы перерасти конкурентов, будь они того же или иного вида. И пусть вас не одурачит вид растущего в саду или парке дерева с пышными ветвями снизу доверху. Какая у него роскошная, идеально круглая крона! Настоящее украшение сада. Но дело в том, что именно сада, а не леса: в лесу в окружении других деревьев ствол дерева выпрямляется, ветки собираются у верхушки, где крона улавливает интенсивный фотонный дождь. Однако если деревья смогли бы договориться не расти, например, выше трех метров (нечто вроде профсоюзного соглашения), то все оказались бы в выигрыше. Вся экосистема смогла бы избавиться от затрат энергии, которая расходуется на стволы.

Сложность достижения таких согласований известна всем. Она касается даже отношений между людьми, в которых, казалось бы, мы можем предвидеть результат. Вот неплохой пример: на скачках зрители обычно сидят, а не стоят, поскольку и в этом случае высокие люди получают преимущество, так же, как если бы все стояли. А вот если человек небольшого роста, сидящий за верзилой, встает, чтобы ему было лучше видно, начинаются проблемы. Тот, кто сидел за ним, немедленно встает также, чтобы видеть хоть что-нибудь; и по стадиону идет волна, оканчивающаяся тем, что все стоят. В конце концов все оказываются в худшем положении по сравнению с исходным.

Полог зрелого леса — своеобразная поднятая в воздух лужайка, прерия на ходулях. Он собирает энергию солнечных лучей примерно с той же эффективностью, что и участок прерии. Однако существенная часть энергии тратится на «ходули», то есть стволы, которые ни на что другое не годны, кроме как поднимать древесные лужайки, где те собирают точно такой же урожай фотонов, какой достался бы им, находись они на земле.

Таким образом, мы сталкиваемся с необходимостью различать плановую экономику и эволюционную экономику. Если бы экономика живой природы была плановой, никаких деревьев (по крайней мере, высоких) не было бы. Деревья дорогостоящи. Деревья расточительны. Их стволы — живые памятники конкуренции, бессмысленной с точки зрения плановой экономики. Но экономика природы — не плановая. Каждое растение самостоятельно, в одиночку, конкурирует с другими растениями, своего и других видов. В результате они вырастают выше, чем рекомендовал бы любой экономист. Но, заметим, их рост не бесконечен. Есть граница, за которой прирост на один метр вверх, приносящий, естественно, преимущество в отборе, обходится так дорого, что это дерево проигрывает конкурентам, не потратившимся на лишний метр. Высоту, на которую вырастут все близлежащие деревья, в конце концов определяет именно равновесие между затратами и преимуществами отдельных деревьев, а не общее благо группы деревьев, которым, вероятно, озаботился бы проектировщик. Вдобавок, конечно же, равновесные значения различаются от леса к лесу. Секвойные леса Тихоокеанского побережья Северной Америки (уверяю, на них стоит посмотреть), по всей вероятности, не превзойдены по этому параметру.

Представим себе гипотетический Лес дружбы. Пусть неизвестным нам способом деревья смогли договориться между собой и опустить уровень полога до трех метров. Он выглядит так же, как обычно, однако расположен на высоте не тридцати, а всего трех метров. С точки зрения плановой экономики Лес дружбы более эффективен как лес, чем известные нам высокие леса: ресурсы на строительство высоких стволов, необходимых только для конкуренции с соседними деревьями, не расходуются.

Предположим теперь, что посередине Леса дружбы внезапно появилось мутантное дерево. Этот изменник вырастет выше, чем положено, и получит конкурентное преимущество. Безусловно, ему придется потратиться на ствол, длиннее, чем у прочих. Однако пока остальные деревья подчиняются общим ограничениям, это дерево будет процветать. Таким образом, естественный отбор станет поощрять выход из соглашения и небольшую прибавку в росте, например до 3,5 метра. В каждом поколении все новые и новые деревья будут нарушать договоренность. В конце концов все деревья в лесу обзаведутся стволом длиной 3,5 метра и окажутся в положении худшем, чем вначале: все платят стоимость дополнительного роста ствола, но не получают от этого дополнительные фотоны. И, что еще хуже, теперь естественный отбор будет благосклонен к четырехметровым мутантам. Почему эта бессмысленная гонка к солнцу заканчивается? Почему на свете нет деревьев с километровым стволом? Предел установлен просто: это высота, после которой стоимость приращения дополнительного метра не окупается полученными за счет этого фотонами.

Напомню, мы говорили об индивидуальных преимуществах и издержках. Будь «экономика» леса подчинена именно общему благу, а не благу отдельных экземпляров, леса выглядели бы совсем по-другому. Более того, леса, которые мы видим вокруг, состоят из деревьев, предки которых эволюционировали под воздействием естественного отбора, предпочитавшего экземпляры, способные успешно конкурировать со всеми другими деревьями, будь они из своего или чужого вида. Все известные нам данные о деревьях противоречат тому, что деревья были сотворены (если только они не были созданы специально для того, чтобы снабжать нас древесиной и осенними пейзажами). К сожалению, мир видел множество людей, готовых поверить в последнее. Поэтому перейдем к случаю, в котором преимущества для человечества не заметны: гонке вооружений между хищником и жертвой.

Пять лучших бегунов среди млекопитающих — это гепарды, вилороги (иногда называемые антилопами, но в действительности не их родственники), антилопы гну (настоящие антилопы, хотя по виду не скажешь), львы и газели Томпсона (также настоящие антилопы)[175]. Обратите внимание, что в этой пятерке и хищники, и их жертвы. Это, по-моему, не случайно.

Считается, что гепарды способны разгоняться с места до 60 км/ч за три секунды (результат, сопоставимый с «Феррари», «Порше» и «Теслой»[176]). Львы также разгоняются быстрее газелей. Но газели выносливее и увертливее. В целом тело крупных кошек прекрасно подходит для спринта и напрыгивания на неосторожную добычу. Псовые — гиеновые собаки и волки — загоняют жертву, превосходя ее в выносливости. Газелям и антилопам приходится подстраиваться под оба типа хищников и, следовательно, искать компромисс. Они ускоряются не так быстро, как большие кошки, но зато они выносливее. Иногда газель, уклоняясь и прыгая из стороны в сторону, может сбить гепарда с бега, переводя погоню из оптимального для гепарда разгона к неудобным для него уверткам, утомляя его, и тогда сказывается недостаточная выносливость кошек. Удачная для гепарда охота заканчивается почти сразу же: они берут скоростью и скрытностью. Неудачная охота кончается так же быстро: гепард, не добившись успеха сразу, прекращает преследование, чтобы сэкономить силы.

Итак, среди лучших бегунов есть те, кто охотится, и те, на кого охотятся. Естественный отбор толкает хищников к выработке новых приспособлений, которые позволят еще лучше ловить добычу. Он же заставляет жертву вырабатывать новые приемы спасения от хищника. Хищники и жертвы втянуты в бесконечную «гонку вооружений», разворачивающуюся в эволюционном времени. Результатом этой гонки является устойчивый рост объема экономических ресурсов, которые тратят обе стороны, за счет других «отраслей». Охотники и жертвы постоянно совершенствуют оснащение для того, чтобы обогнать (обхитрить, застать врасплох) другую сторону. Заметим, однако, что новое такое приспособление не обязательно позволит обогнать (или убежать) просто потому, что противник тем временем также совершенствуется. Таковы свойства любой гонки вооружений. Мы можем только согласиться с Королевой из «Алисы в Зазеркалье»: «Приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте».

Об эволюционной «гонке вооружений» было прекрасно известно Дарвину, хотя он не употреблял этот термин. В 1979 году Джон Кребс и я опубликовали статью[177], посвященную этому вопросу, в которой сослались в качестве первоисточника термина на книгу британского биолога Хью Котта. Может быть, не случайно Котт выпустил свою «Приспособительную окраску животных» в 1940 году[178], во время Второй мировой войны:

Отметим, что гонка вооружений протекает в эволюционном времени. Не следует ее путать с преследованием определенным гепардом определенной газели. Гонка в эволюционном времени — это соревнование за лучшее снаряжение в гонках во времени реальном. На самом деле это означает, что гены, позволяющие обогнать или обмануть врага, накапливаются в генофондах обеих сторон. Кроме того, как было известно и во времена Дарвина, оснащение для быстрого бега позволяет обогнать соперников своего вида, убегающих от того же хищника. (Здесь очень к месту известная шутка про медведя и кроссовки[181].) Если гепард преследует стадо газелей, каждой газели важнее обогнать сородичей, а не гепарда.

Теперь, вооружившись терминологией, вернемся в лес и увидим, что деревья также вовлечены в своеобразную гонку. Они гонятся за фотонами и поэтому тянутся к солнцу, пытаясь обогнать соседей. Особенно острой гонка становится после смерти старого дерева, которая освобождает свободное место в пологе. Треск ломающегося сухого дерева сродни звуку стартового пистолета в гонке, которая идет в реальном времени (хотя и существенно более медленном, чем время, к которому привыкли животные, в том числе мы). С высокой вероятностью выиграет хорошо подготовленное дерево, обладающее генами, процветавшими в прошлых раундах и позволившими своим обладателям вырасти быстро и высоко.

Гонка между видами в лесу симметрична. Все деревья пытаются добиться одного и того же — места под солнцем. Гонка с участием хищника и жертвы асимметрична: средства нападения соревнуются со средствами защиты. Это же справедливо и для гонки вооружений между паразитом и его хозяином. Более того, как бы странно это ни звучало, идет гонка вооружений между самцами и самками внутри вида, даже между родителями и потомством[182].

Апологетов креационизма должна серьезно беспокоить одна особенность таких гонок. Они, как правило, бессмысленны. Если мы представим себе проектировщика, создававшего гепарда, у нас не останется сомнений в том, что он желал заполучить идеальную машину для убийства (достаточно одного взгляда на этого прекрасного охотника и бегуна). Более того, если говорить о дизайне, то гепард наилучшим образом «сконструирован» для охоты на газелей. Однако тот же конструктор зачем-то снабдил газелей всем необходимым для того, чтобы избежать смерти в когтях гепарда. Черт возьми, на чьей же тогда стороне этот загадочный проектировщик? Стоит посмотреть на роскошные мышцы и подвижный позвоночник гепарда, чтобы понять: Творец ставил на гепарда. Но — один взгляд на легкую и ловкую газель, и складывается обратное мнение.

Выходит, левая рука этого проектировщика не ведает, что творит правая? Или же он — садист, которому просто нравится любоваться погоней, и поэтому он непрерывно повышает ставки? Он ли Тот, Кто сотворил Агнца?

Или же, в соответствии с божественным замыслом, «барс будет лежать вместе с козленком», а «лев, как вол, будет есть солому»? Но тогда зачем этим хищникам клыки и когти? Зачем зебрам и антилопам поражающая воображение скорость и способность уходить от преследования? Эволюционное объяснение происходящего, напротив, лишено этих изъянов. Каждая из сторон пытается победить, поскольку особи, которым это удастся, передадут потомкам гены, приведшие их к успеху. Мысли о «бесполезности» и «пустой трате энергии» приходят нам в голову потому, что мы, люди, способны оценить благо целой экосистемы. А естественный отбор заботится только о сохранении и репродукции генов особи. И больше ни о чем.

В лесу мы видим то же самое. Если дерево тратит всю энергию на ствол, ему не хватает на плоды и листья. У гепардов и газелей собственная «экономика». Способность быстро бегать обходится недешево, причем требует не только расхода энергии (которая в конечном счете поступает от Солнца), но и материалов, которые необходимы для строительства мышц, костей и связок — аппарата, обеспечивающего скорость и ускорение. Газель способна съесть ограниченную массу травы. Следовательно, любые дополнительные материалы, которые будут потрачены на быстрый бег и маневренность, придется заимствовать откуда-то еще, например у департамента фертильности, на которую животное должно тратить большую часть ресурсов. Настоящий свод тонких компромиссов. Не зная всех подробностей, мы тем не менее можем сказать, что всегда есть возможность потратить на какой-то отдел тела слишком много (это непреложный закон экономики), отбирая, таким образом, ресурсы у других отделов. Животное, которое вложило в способность быстро бегать больше, чем нужно, может спасти свою шкуру. Однако в результате эволюционные перспективы этого животного могут оказаться хуже, чем у другой особи, которая бегает медленнее (и, стало быть, сильнее рискует быть съеденной), но зато поддерживает энергетический баланс и в конечном счете имеет больше потомков, способных репродуцировать гены.

Помимо энергии и материалов в уравнение следует включить еще один хорошо известный экономистам параметр — риск. Длинные и тонкие ноги быстро бегут. Но, к сожалению, они еще и легко ломаются. Нередко скаковые лошади ломают ноги прямо во время гонки и заканчивают жизнь на живодерне. Вспомните главу 3 — причина этого дефекта проста: их выводили специально для того, чтобы быстро бегать, в ущерб всему остальному. Газели и гепарды также отбирались на скорость, однако естественным путем, и, переусердствуй природа в погоне за скоростью, их ноги были бы столь же непрочны. Но природа никогда не переусердствует: она всегда стремится к равновесию. В мире много генов, приводящих к равновесию — именно потому они и уцелели! Это означает, что особи, обладающие более длинными и тонкими ногами, безусловно весьма пригодными для быстрого бега, в среднем с меньшей вероятностью передадут свои гены потомству, чем особи, менее подверженные переломам. Пусть это всего лишь гипотетический пример сотен и тысяч компромиссов, на которые идут все животные и растения. Эволюция, по сути, и есть нахождение экономических компромиссов. Конечно, этим занимаются не отдельные особи: сам естественный отбор управляет балансом, контролируя соотношения альтернативных вариантов генов в генофонде.

Оптимального компромисса для любого набора требований и уступок быть в принципе не может. Равновесие между скоростью бега и прочими потребностями тела у газелей будет смещаться в зависимости от численности хищников в районе обитания. Эта ситуация по существу та же, что и разобранная нами в главе 5 история гуппи. Если вокруг мало хищников, оптимальная длина ног газелей будет уменьшаться: наиболее успешными будут особи, гены которых перераспределяют часть энергии и материалов, предназначающихся для ног, в другие части тела, например, в репродуктивную систему или накопление жира на зиму. Эти особи, кстати, будут реже страдать от переломов. Верно и обратное: если количество хищников возрастет, оптимум сместится в сторону более длинных конечностей, большей опасности переломов, меньшего количества энергии и материалов на отделы тела, не связанные с быстрым бегом.

Аналогичные соотношения для хищника будут определяться точно так же. Гепард, сломавший ногу, безусловно умрет от голода, как и его потомство. Но тем не менее приходится уравновешивать риски: если добычу трудно найти и поймать, то пусть уж лучше другим органам достанется меньше, ноги будут более уязвимы, но зато догонят самую быструю жертву.

Хищник и жертва попали в ловушку гонки вооружений: каждая из сторон неосознанно заставляет другую оптимизировать экономические затраты и взвешивать риск. Получается, что обе стороны вынуждены балансировать между риском остаться голодным (либо, напротив, стать обедом), но сберечь ноги и направить ресурсы на другие нужды, или же насытиться (либо, напротив, спасти шкуру), но пренебречь крепостью ног. Таким образом, противоборствующие стороны беспощадно вынуждают друг друга развиваться в одном и том же направлении, и получается folie deux — взаимное помешательство.

Смысл не совсем точен: речь идет не столько о безумии, сколько о смерти. Проигравший съедается (если речь идет о жертве) или умирает от голода (если о хищнике). А слово «взаимное» вполне уместно, ведь если бы эти двое безумцев могли договориться, то оба оказались бы в выигрыше. Как и в случае нашего Леса дружбы, легко увидеть, насколько плодотворным для обеих сторон оказалось бы соглашение о прекращении гонки. Она настолько же бессмысленна и тщетна, насколько и соревнование среди деревьев. Хищники учатся ловить все успешнее, жертвам приходится становиться ловчее, хищники вынуждены еще ускоряться… Обе стороны совершенствуют свое снаряжение для выживания, но ни одной из сторон, тем не менее, это снаряжение не дает преимущества — и все из-за недремлющего эволюционного противника.

С другой стороны, легко увидеть, как главный разработчик, запланировавший благополучие всей системы, может устроить добрососедское соглашение для обитателей Леса дружбы. Пусть все конкурирующие стороны сдадут оружие и обратят усилия на другие стороны жизни. Всем от этого станет лучше. То же самое, что и в нашей, человеческой гонке вооружений. Мы избавимся от истребителей, а вы — от бомбардировщиков. Вам не нужны будут ракеты, если мы ликвидируем свои. Все только выиграют, если мы разом уполовиним расходы на оборону и вложим их, например, в сельское хозяйство. А затем, свыкнувшись с половинным военным бюджетом и достигнув стабильности экономики, сократим его еще вдвое. Эта процедура должна проводиться синхронно, так, чтобы уровень вооружения в государствах-конкурентах даже при сокращении военных расходов оставался примерно на одинаковом уровне. И вся суть этого процесса — в планировании. Да, именно в планировании, а этого как раз так не хватает эволюции. Вот и деревья в лесу неизбежно включаются в гонку и продолжают ее до тех пор, пока отдельное дерево не перестает получать выгоду от участия в ней. У разумного разработчика всегда имеется возможность остановиться и подумать, нет ли лучшего решения, устраивающего всех участников кампании. Эволюция, в отличие от такого разработчика, не останавливается, а напротив, разгоняется, и в результате каждый участник получает личное преимущество, которое немедленно нейтрализуется преимуществами, достигнутыми противником.

Среди поп-экологов было нормой мыслить в рамках такого планирования, и даже некоторые ученые-профессионалы поддавались соблазну придать природе черты проекта. Так, увлекательное рассуждение о «предусмотрительных хищниках» было выдумано не каким-нибудь остолопом, а вполне заслуженным американским экологом.

Значит это примерно вот что. Нам хорошо известно, что следует воздерживаться от чрезмерной эксплуатации важных пищевых ресурсов, например от перелова трески, иначе она может вымереть. Именно поэтому государства и различные неправительственные организации пришли к необходимости введения квот вылова и мер контроля, вот почему они регламентируют размер ячеи для орудий лова вплоть до миллиметров, вот почему патрульные катера преследуют браконьеров. Мы, люди, находясь в самом расцвете, ведем себя как «предусмотрительный хищник», если, конечно, за нами как следует присматривать. Почему бы и диким животным не проявить такую же расчетливость, как это мыслится некоторым экологам? На этот вопрос я отвечаю: нет, нет и нет! И теперь, подготовленные предыдущими рассуждениями о деревьях и неизбежном «взаимном безумии», мы можем понять этот отрицательный ответ.

Главный разработчик, желающий добра всем животным, конечно, быстро подсчитает, какой должна быть оптимальная политика эксплуатации всех ресурсов. Он, безусловно, убедит львов в правильности этой политики: можно выедать квоту каждого вида антилоп, избегать охотиться на беременных самок, не трогать молодняк с высоким репродуктивным потенциалом. Не нападать на представителей редких видов — они в изменившихся условиях могут стать новым пищевым ресурсом. Если бы все львы на свете согласились выполнять условия, которые по расчетам проектировщика удовлетворяют устойчивому развитию, было бы здорово! И весьма неглупо. Но — увы!

Да, было бы совсем неглупо, именно это предписал бы разумный разработчик, сердечно озаботившийся счастьем всего сообщества. Но естественный отбор не раздает и не выполняет предписаний (он ведь не может предвидеть, соответственно, и предписывать), и в действительности все не так. И в настоящем лесу тоже все не так! Представим на минуту, что некий дипломатический львиный трюк все же сработал и львы договорились о квотах и разумном распределении жертв. И вот в сознательном сообществе львов появляется один ген, носитель которого нарушает правила. Этот эгоист вопреки всем договоренностям эксплуатирует запасы пищи как только может, до самого их истощения. И что, естественный отбор поспешит избавиться от недисциплинированного гена? Вовсе нет! Потомство, несущее ген мятежности, прекрасно выживет и с большим успехом передаст его следующему поколению, обойдя числом и силой своих более послушных конкурентов. Через несколько поколений этот ген станет преобладать в популяции, и от прежних добрососедских отношений не останется и следа. Тот, кто получает львиную долю добычи, передает свои гены, чтобы и дальше не терять ее.

Но наш прожектер все же не соглашается: если все львы станут индивидуалистами, то вскоре они не только уничтожат всех жертв, но и сами вымрут от недоедания. В проигрыше окажутся даже самые искусные охотники. Неужели даже тогда, настаивает наш разработчик, естественный отбор не вмешается, чтобы остановить это безобразие? Увы, нет, не вмешается.

Дело в том, что естественный отбор ни во что не вмешивается, он не заглядывает вперед и не рассуждает, кто из конкурентов ему более мил. Если бы он мог выбирать, то у предусмотрительного хищника был бы шанс все устроить. Естественный отбор, как превосходно, даже яснее, чем его преемники, представлял себе Дарвин, выбирает только между конкурирующими особями в пределах существующей популяции. Даже если вся популяция стремится к вымиранию в силу растущей конкуренции между особями, естественный отбор все равно будет на стороне наиболее конкурентоспособных и будет двигать процесс до тех пор, пока не останется последний из них. А наш гипотетический плановик работает скорее как своего рода экономист, которого интересует всеобщее благо, который разрабатывает оптимальную стратегию для целой популяции или экосистемы. Если говорить об экономических аналогиях, то уместнее вспомнить о «невидимой руке рынка» по Адаму Смиту.

Теперь отвлечемся от экономических аналогий. Пусть наш генеральный конструктор остается, но не в качестве экономиста, а в качестве философа-этика. Этот благодетельный разработчик (примем идиллическую точку зрения) станет заботиться о преуменьшении страданий всего сущего. Эта цель вполне совместима с экономическим благом, но, к сожалению, опять-таки не встречается в природе. Почему? Ужасно, но факт: страдания в животном мире настолько чудовищны, что чувствительные души стараются не думать о них. Дарвин прекрасно отдавал себе в этом отчет, когда писал своему другу Гукеру: «Что за книгу мог бы написать священник дьявола об этом неуклюжем, расточительном, нелепом законе и безжалостно жестоких деяниях природы!»[183] И эта знаменательная фраза дала название одной из моих книг («Священник дьявола»), а в другой я пояснил ее так:

Паразиты, вероятно, несут больше страданий, чем хищники, и понимание их эволюционных мотивов лишь усиливает, а не смягчает ощущение бессилия. Я бешусь всякий раз, стоит мне подхватить простуду — вот как сейчас. Пусть неудобство не настолько велико, но до чего же оно бессмысленно! Если, например, вас глотает анаконда, то ваша плоть хотя бы служит процветанию королевы джунглей… А если на вас нападает тигр, то последней мыслью может стать: «Кем задуман огневой соразмерный образ твой? В небесах или глубинах тлел огонь очей звериных?»[185] Но вирус! Все, что у него есть — это бессмысленное нечто, записанное в ДНК (или не в ДНК, а в РНК, как в случае простуды, но, по сути, это одно и то же). Вирус существует только чтобы произвести еще больше вирусов. Правда, это верно и в случае анаконды и тигра, однако в их случае есть хоть иллюзия чего-то большего. Тигры и анаконды и вправду являются машинами для репликации ДНК, но машинами красивыми и изящными, дорогими ДНК-реплицирующими машинами. Я давал деньги на охрану тигров, но кто же станет бороться за сохранение простуды! Я думаю об ее бессмысленности, когда в очередной раз достаю носовой платок или задыхаюсь от кашля.

Бессмысленность? Что за вздор! Сентиментальный вздор! Естественный отбор вообще не имеет смысла. Он от начала до конца состоит из выживания саморазмножающихся инструкций для саморазмножения. Если известно, что тот или иной вариант ДНК выживает из-за того, что анаконда удачно меня проглотила, или тот или иной вариант РНК выживает, заставляя меня безудержно чихать, то другого объяснения просто не требуется. И тигры, и вирусы выстроены при помощи особой программы, конечной инструкцией которой является (точно как в случае компьютерного вируса) «Скопируй меня». Вирус простуды выполняет эту инструкцию прямо и бесхитростно. А тигриная ДНК — это также в основе своей инструкция «скопируй меня», но с бесчисленными отступлениями, ставшими необходимой частью выполнения основного задания. Те отступления и есть сам тигр, укомплектованный клыками, когтями, спринтерскими мышцами и инстинктами выслеживания и нападения. Тигриная ДНК указывает: действуем в обход — сперва выстраиваем тигра, а потом копируем меня. ДНК антилопы также указывает: и здесь действуем обходным маневром — сначала собираем антилопу с длинными ногами, крепкими мускулами, пугливостью и тончайшими органами чувств, настроенными на избегание тигра, а уж затем копируем меня. Страдание есть побочный продукт естественного отбора, неизбежное его следствие, которое волнует нас в минуты жалости, но совершенно не волнует тигра (даже если бы тигру можно было подсказать, что в этой ситуации стоит пожалеть антилопу), и тем более не волнует тигриные гены.

Теологи, напротив, настолько серьезно озабочены проблемой страдания и зла, что придумали термин «теодицея» («богооправдание»). Этот термин отражает специально предпринятые попытки согласовать милосердие Всевышнего с существующим в природе злом. Для эволюционных биологов здесь нет проблемы, потому что с позиций выживания гена страдание никакого значения не имеет. Тем не менее, вопрос о боли важен и для них. Посмотрим с позиции эволюциониста, откуда она взялась.

Как и все в природе, боль является инструментом, служащим для увеличения шансов на выживание. В мозг встроено эмпирическое правило, примерно такое: «Если чувствуешь боль, остановись. Не делай того, что сейчас делаешь». Безусловно, интересно, почему эта команда должна причинять такие дьявольские страдания. Почему бы, если животное делает что-то опасное, например, трогает тлеющие угли, мозгу не воспринять это вредное действие в виде яркого красного флажка? Как предостережение? Мозг сообщает «больше так не делай» в виде некоего безболезненного знака, и животное, встречаясь с опасностью, безвредно предупрежденное, останавливается. Казалось бы, вполне достаточно. Зачем жгучая агония, длящаяся порой целыми днями? Возможно, размышления над ответом на этот вопрос являются своего рода эволюционной теодицеей. Зачем нужна боль? Чем плох яркий красный флажок? У меня нет четкого ответа. Один из остроумных вариантов может быть следующим. Что если мозг представляет собой объект, полный противоречивых импульсов и желаний. Каждому, на субъективном уровне, это хорошо знакомо. Желание хорошо поесть вечно вступает в конфликт с желанием остаться стройным. Или можно разрываться между страхом и злостью. Или между сексуальным желанием и робостью, или преданностью, или боязнью быть отвергнутым. Мы чувствуем, как наши желания буквально борются друг с другом. Нет уж, никаких красных флажков, пусть будет боль! Известно, что так же, как желание остаться стройным может пересилить голод, что-то важное может пересилить стремление избежать боли. Истязаемые в конце концов уступают, но сдаче предшествует изрядный отрезок времени, в течение которого они терпят боль ради товарищей, страны или идеологии. Если допустимо говорить о желаниях естественного отбора, то естественный отбор совсем не желает, чтобы кто-то жертвовал собой ради чего бы то ни было — товарищей, любви к своей стране или идей. Естественный отбор против тех, кто готов пересилить сигналы боли. Естественный отбор желает, чтобы мы выжили или, точнее, размножились, и ему наплевать на страну, идеологию или их эквиваленты у животных. Поэтому с позиций естественного отбора красный флажок подошел бы только в случае, если другие стремления его не могли пересилить.

Несмотря на философские оговорки, я считаю, что если бы вместо боли, невыносимой и мучительной, наш мозг использовал бы красный флажок, то нашлось бы куда больше абстрактных (не дарвиновских) причин пересиливать предупредительный сигнал. Представим, что появились мутанты, которые не чувствуют боль, а вместо нее при опасных повреждениях полагаются на сигнальную систему. Они бы так легко переносили пытки, что их бы с готовностью вербовали в шпионы. Правда, в этом случае пытки стали бы донельзя неэффективными и могли бы выйти из обихода. Но будут ли в обычной жизни такие мутанты выживать успешнее, чем конкуренты, чувствующие боль? Будут ли они выживать успешнее, передавая свои гены красного флажка взамен болевых генов? Отставим особые случаи с героическими переживаниями пыток ради страны и верности идеологии — и ответ получим отрицательный. Нет, такие мутанты не будут выживать успешнее. И в дикой природе мы найдем тому соответствия.

Рассуждая на эту тему, интересно вспомнить любопытные случаи аберрантных индивидов, которые не чувствуют боли[186]. Конец их, как правило, печален. Врожденная нечувствительность к боли с ангидрозом (congenital insensitivity to pain with anhidrosis, CIPA) — редкое генетическое нарушение, при котором у человека в коже отсутствуют болевые рецепторы и, кроме того, он не потеет (этот синдром называется ангидроз). У пациентов с CIPA, конечно, нет системы красного флажка, которая компенсировала бы отсутствие боли, но они ведь обучаются избегать опасных ситуаций, то есть у них есть приобретенный флажок. Во всех случаях люди с синдромом CIPA погибают от различных неприятных последствий отсутствия боли — ожогов, переломов, множественных ранений, инфекций, упущенных аппендицитов, повреждений глаз. Совсем неожиданно то, что они страдают от болезней суставов, потому что обычно долго сидят или лежат без движения. Некоторые такие пациенты специально носят таймер, сигнализирующий, когда следует менять позу.

Даже если красный флажок будет настроен более или менее эффективно, все равно остается непонятно, почему естественный отбор предпочтет именно его вместо боли, ориентируясь на большую приемлемость? Ведь в отличие от нашего милосердного дизайнера, естественному отбору безразлично, страдает индивид или нет, если только это не влияет на его выживаемость и воспроизводство. Поэтому, если мы обсуждаем жизнь с позиций естественного отбора, а не разумного замысла, то мы не вправе ждать от природы каких-либо специальных усилий по снижению суммы страдания в мире. Стивен Джей Гулд отреагировал на этот счет элегантной статьей под названием «Безнравственная природа»[187]. Из нее я узнал, что ставшее притчей чувство отвращения, которое осы Ichneumonidae вызывали у Дарвина, не было исключением среди викторианцев.

Осы оказались в центре внимания викторианской теодицеи: с их обычаем парализовать жертву и откладывать в живое тело яйца, с их личинками, постепенно поедающими тело жертвы, они представляли собой яркий пример безжалостности природы в целом. Тут нет ничего неясного. Самки ос откладывают яйца в тело жертвы, например гусеницы, парализовав ее; для этого они точно находят жалом нервы гусеницы. При этом гусеница остается жива, но совершенно обездвижена. Она должна оставаться в живых, чтобы обеспечивать свежей пищей личинок осы, подрастающих внутри ее тела. А личинки, в свою очередь, должны соблюдать строгий порядок выедания частей тела гусеницы: сначала жировые ткани и органы пищеварения, а сердце и нервная система остаются на закуску, так как именно они обеспечивают поддержание жизни в теле несчастной гусеницы. Как едко заметил Дарвин, какой милосердный проектировщик мог до этого додуматься? Не знаю, чувствуют ли гусеницы боль.

Искренне надеюсь, что нет. Но я точно знаю, что естественный отбор не станет делать ничего, чтобы уменьшить боль, если можно обойтись более дешевым и простым средством: параличом.

Гулд цитирует преподобного Уильяма Бакленда, знаменитого теолога XIX века, который утешал жертв, нашедших смерть в когтях хищников:

Что же, тем лучше для них.

Чарльз Дарвин, в отличие от своего деда-эволюциониста Эразма, стихи не сочинял (к моему удивлению, научные стихи Эразма Дарвина высоко ценили Вордсворт и Кольридж). Заключительный параграф «Происхождения видов»[188], однако, поистине поэтичен:

За этим параграфом кроется многое. Поэтому я закончу книгу его подробным разбором.

Дарвин, обладая ясным умом, распознал моральный парадокс, коренящийся в его великой теории. Он не стал ходить вокруг да около, но, чтобы успокоить читателя, оговорился, что природа не имеет злых намерений. Просто так устроены «законы, действующие вокруг нас», если процитировать предшествующие строчки из того же абзаца. В «Происхождении видов…» Дарвин написал нечто подобное[191]:

Выше я упоминал об отвращении, которое вызывал у Дарвина и его современников образ самки осы-наездника, парализующей гусеницу и заготавливающей свежее мясо для личинки, пожирающей жертву изнутри. Вспомните: сам Дарвин не смог убедить себя в том, что всеблагой Творец одобрит подобное поведение. Но если за рулем комфортно расположился естественный отбор, такое поведение становится осмысленным, и его несложно понять. Естественный отбор не заботят мораль или удобство: зачем бы это? Чтобы в природе случилось нечто, требуется только одно: такое же событие в давние времена способствовало выживанию генов, вызвавших его проявление. Выживание генов — необходимое и достаточное объяснение жестокости ос и вообще «безразличия» природы — достаточное если не для человеческого сострадания, то, во всяком случае, для разума.

Да, в этом воззрении есть величие. И некоторое величие есть в удивительном, торжественном безразличии безжалостной природы к страданию, которое логически следует из принципа выживания наиболее приспособленных. Здесь теолог мог бы вздрогнуть, услышав знакомые утверждения, относящиеся к теодицее, в которых страдание рассматривается как непременное следствие свободной воли. Биологи, с другой стороны, размышляя об эволюционной и биологической функции способности к страданию, найдут слово «безжалостный» неуместным. Если животные не страдают, значит, кто-то отлынивает от работы по выживанию генов.

Ученые, как и все люди, порицают жестокость и избегают страдания. Однако настоящие ученые (такие как Дарвин) понимают и принимают тот факт, что правде, пусть и неприятной, следует смотреть в глаза. Более того, если принимать в расчет мнения, то мне кажется, что есть нечто завораживающее в мрачной логике жизни, ведущей и ос, целящихся точно в ганглии жертвы-гусеницы, и кукушат, выталкивающих сводных братьев из гнезда («У воробьев кормилась ты не худо, / Когда птенцов извергла из гнезда, / В котором ты проклюнулась, паскуда!»[193]), и муравьев-рабовладельцев, и суперэгоистичных паразитов и хищников. Дарвин изо всех сил стремился утешить своего читателя[194]:

Вешать гонца, принесшего плохие вести — одна из самых глупых привычек человечества, и именно она в основном стоит за противодействием теории эволюции, о котором я говорил во введении к книге: «Научите детей, что они похожи на животных, и они будут вести себя, как животные». Даже если бы теория эволюции, или обучение ей, действительно вызывали аморальное поведение, из этого не следовало бы, что сама теория неверна. Поразительно, сколько людей не способны понять этот простой аргумент. Эта ошибка настолько распространена, что имеет в логике название — argumentum ad consequentiam (утверждение икс верно [неверно], исходя из того, насколько мне нравятся — или не нравятся — его следствия).

Действительно ли «образование высших животных» — это «самый высокий результат, какой ум в состоянии себе представить»? Самый высокий? Да неужели? На свете нет других выдающихся результатов? Искусство? Духовность? «Ромео и Джульетта»? Общая теория относительности? Девятая симфония? Сикстинская капелла? Любовь?

Несмотря на свою сдержанность, Дарвин лелеял амбиции высокого порядка. С его точки зрения, все, что создано человеческим умом — эмоции и духовные устремления, искусство и математика, философия и музыка, все плоды разума и духа, — это сами по себе продукты того же процесса, что произвел высших животных. Он не имел в виду, что без эволюционировавшего мозга не возникло бы духовности и музыки. Дарвин считал, что по причинам вполне утилитарным наш мозг претерпел естественный отбор, приведший к увеличению его емкости и мощности, и в качестве побочных продуктов появились эти высшие способности разума и духа — и расцвели в условиях, обеспеченных жизнью в группах и наличием языка. Дарвиновский взгляд на мир нисколько не умаляет значения достижений человечества. Более того, Дарвин даже не претендовал на какое-либо удовлетворительное объяснение природы этих способностей, удовлетворительное в той степени, в какой является таковым, например, объяснение возникновения мимикрии у гусениц. Теория Дарвина, однако, претендует на устранение непроницаемой (настолько, что не имело никакого смысла даже предпринимать попытки ее отдернуть) завесы тайны, подавившей все попытки понять природу жизни на планете.

Мое заступничество Дарвину не нужно, и поэтому я не стану рассуждать о том, является ли возникновение высших животных самым удивительным фактом из всех, которые мы можем вообразить, или же просто удивительным фактом. А что насчет причин и следствий? Следует ли возникновение высших животных прямо «из борьбы в природе, из голода и смерти»? В общем — да, следует. Безусловно следует, если понять и принять аргументы Дарвина, чего до XIX века никто не делал. Многие, впрочем, не понимают их до сих пор — или просто не хотят понять. Нетрудно увидеть, почему. Когда думаешь об этом, наше собственное существование представляет собой самый поразительный факт (с учетом собранных после Дарвина данных он кажется еще поразительнее), о котором каждый размышляет постоянно, всю жизнь. Вскоре я вернусь к этому вопросу.

С момента публикации своей последней книги я давно потерял счет гневным письмам, в которых мне выговаривают: почему я выпустил жизненно необходимого «Творца» из фразы «жизнь с ее различными проявлениями была первоначально дана одной или ограниченному числу форм…»? Не искажаю ли я по своей прихоти смысл написанного Дарвином? Мои фанатичные корреспонденты забывают, что книга Дарвина выдержала шесть изданий. В первом, на которое я опираюсь, фраза приведена точно в том виде, в котором я процитировал ее в начале этой главы. Уже во втором издании Дарвин употребил слово «Творец» (вероятно, под давлением религиозного лобби). В отсутствие каких-либо веских причин этого не делать, я, цитируя «Происхождение видов», всегда ссылаюсь на первое издание. С одной стороны, я верен первому изданию из-за того, что мой экземпляр — одна из 1250 книг первого тиража, переданная мне другом и меценатом Чарльзом Симони, — принадлежит к числу наиболее дорогих мне вещей. Однако я поступаю так и потому, что первое издание исторически наиболее значимо. Именно оно ударило викторианскую науку под дых и вымело из углов вековую пыль. Более того, после, особенно готовя шестое издание, Дарвин пошел на поводу у общественного мнения. В попытках ответить образованным, но слепым к его аргументам критикам первого издания, он отчасти сдал свои позиции и даже отказался от некоторых аргументов, которые на самом деле были правильными. Поэтому пусть остается «жизнь… была первоначально дана», безо всякого Творца.

Похоже, что Дарвин сожалел о своей уступке обществу. В 1863 году в письме другу, ботанику Джозефу Гукеру, он писал:

Дарвин говорит о Пятикнижии, имея в виду Книгу Бытия. Как объяснил в изданном в 1887 году собрании писем Дарвина его сын Фрэнсис, контекст фразы был следующим. Дарвин благодарил Гукера за одолженный обзор книги Карпентера, в котором анонимный обозреватель говорил о «созидательной силе… которую Дарвин мог описать лишь в терминах Пятикнижия, как некую древнейшую форму, в которую „изначально вдохнули жизнь“». Нам пора избавиться и от «была первоначально дана». Что, спрашивается, вдохнули, и куда? Имелось в виду, вероятно, выражение «дыхание жизни», но вот что оно означает?[198] Чем пристальнее мы вглядываемся в границу между жизнью и не-жизнью, тем сложнее становится ее провести. Жизнь, как предполагалось, должна означать движение и иметь некое подвижное начало — «жизненный порыв». Еще таинственнее это звучит по-французски: lan vital[199]. Во времена Дарвина казалось, что жизнь возникла из особой живой субстанции, ведьминого варева под названием «протоплазма». Профессор Челленджер (еще более экстравагантный, чем Шерлок Холмс, персонаж, придуманный Артуром Конан Дойлем), обнаружил, что Земля на самом деле — живой организм, нечто вроде морского ежа, панцирь которого — кора, на которой мы живем, а сердцевина состоит из чистой протоплазмы. До середины XX века жизнь считалась чем-то лежащим вне юрисдикции химии и физики. Теперь это не так. Различие между жизнью и не-жизнью — не в веществе, а в информации. Живые существа несут огромное количество информации, большая часть которой закодирована в молекулах ДНК. Как мы увидим, есть масса информации, закодированной и другими способами.

В случае ДНК мы достаточно хорошо понимаем накопление с ходом геологического времени информации. Дарвин называл этот процесс естественным отбором. Мы можем высказаться так: это неслучайное выживание информации, кодирующей эмбриологические рецепты, пригодные для выживания. Очевидно, что рецепты, обеспечивающие собственное выживание, уцелеют. ДНК отличается тем, что выживает в виде бесконечного количества копий. Благодаря тому, что в процессе копирования возникают ошибки, новые варианты могут выживать даже успешнее своих предшественников. Таким образом, база данных рецептов выживания будет улучшаться с течением времени. Улучшения станут проявляться в виде более приспособленных тел, процессов и инструментов, способствующих сохранению и распространению кодированной информации. В естественной среде сохранение и распространение закодированной ДНК информации означает выживание и воспроизведение тел, ее содержащих. Сам Дарвин разрабатывал теорию эволюции именно на уровне тел, их выживания и размножения. В его времена закодированная информация, содержащаяся в них, считалась внутренним свойством, она вычленилась только в XX веке.

Таким образом, со временем генетические базы данных станут хранилищем информации об окружающей среде прошлого, в которой предки выжили и передали потомству «гены успеха». Поскольку современная окружающая среда и среда будущего напоминает окружающую среду прошлого, генетическая «Книга мертвых» представляет собой полезное руководство по выживанию в наше время и в будущем. Своеобразный репозиторий информации находится в телах организмов, но с долговременной точки зрения, в случае, если размножение происходит половым путем и ДНК при переходе от тела к телу перемешивается, база данных инструкций по выживанию образует генофонд этого вида.

Геном любого живого организма в любом поколении представляет собой выборку из базы генетических данных вида. Разным видам соответствуют разные базы данных, поскольку различны условия окружающей среды, в которых жили их предки. База данных генофонда верблюдов содержит информацию о пустыне и о том, как там выжить. В ДНК кротов зашифрованы инструкции по выживанию в темной, влажной почве. В генофондах хищников накапливается информация об объектах охоты, приемах, которые они используют, чтобы спастись, и советах, как их перехитрить. А генофонды жертв содержат данные о хищниках и о том, как от них прятаться и убегать. Все генофонды содержат информацию о паразитах.

Данные о методах взаимодействия в настоящем происходят из прошлого. Неслучайное выживание молекул ДНК в телах предков — очевидный путь передачи информации из прошлого в будущее, способ, который используется для построения первичной базы данных ДНК. Существует, однако, еще три пути дальнейшего архивирования информации: иммунная система, нервная система и культура. Точно так, как крылья, легкие и другие приспособления для выживания, каждая из этих трех систем сбора информации была реформирована системой первичной — естественным отбором ДНК. Мы можем назвать их «четырьмя типами памяти».

Первый — репозиторий ДНК, содержащий техники выживания, выработанные предками и записанные в генофонде. Если наследуемая база данных в ДНК содержит дошедшие из прошлого данные о среде, окружавшей предков, и о том, как в ней выживать, то иммунная система выполняет ту же функцию в отношении заболеваний и ранений, которые перенесла особь. Эта база данных о заболеваниях уникальна для каждой особи и записана в особых белках, которые мы называем антителами — на каждый патоген (организм, вызывающий заболевание) приходится по одной популяции антител, тщательно подобранных во время контактов с характерными для патогена белками. Как и многие в моем поколении, в детстве я переболел краснухой и ветрянкой. Мое тело «помнит» это, память такого рода заключена в иммунной системе. К счастью, я не болел полиомиелитом, но наука изобрела способ вакцинации для инспирирования «ложных воспоминаний» о заболеваниях, которыми организм на самом деле никогда не страдал. Я никогда не заболею полиомиелитом, поскольку мой организм «думает», что уже переболел в прошлом и иммунная система содержит соответствующие антитела. Этот обман иммунной системы осуществляется путем введения неактивной, безвредной версии вируса. Что удивительно, как было показано в работе нескольких нобелевских лауреатов, сам по себе процесс построения базы данных в иммунной системе имеет квазидарвинистский характер и представляет собой сочетание случайной изменчивости и неслучайного отбора. В этом случае, однако, неслучайный отбор происходит не на телах в направлении повышения способности к выживанию, а на белках внутри тела, в направлении увеличения способности распознавать и обезвреживать вторгающиеся в организм белки.

Третий тип памяти — такой, о котором мы обычно думаем, слыша слово «память». Это информация, записанная в нервной системе. Наш мозг, используя механизмы, которые мы пока не вполне понимаем, хранит данные о гибели и успехе прошлых поколений. Третий тип — еще одна аналогия естественного отбора. В поисках пищи животное может следовать различным моделям поведения. Пусть и не полностью случайная, все же эта стадия попыток более или менее аналогична возникновению генетических мутаций. Роль естественного отбора в случае нервной системы выполняет так называемая система подкрепления — поощрения (положительное подкрепление) или наказания (отрицательное подкрепление). Действие птицы, например переворачивание опавших листьев (проба), дает результат — обнаружение личинок жуков или мокриц (результат), за чем следует подкрепление (награда). В нервной системе господствует правило: «Любое пробное действие, за которым следует награда, должно быть повторено. Любое пробное действие, не приносящее ничего или, что хуже, приводящее к наказанию (например, к боли), не должно повторяться».

Однако «память» нервной системы отличается тем, что идет существенно дальше квазидарвинистского процесса сохранения животным в поведенческом репертуаре поощряемых действий и отказа от наказуемых. Память мозга (нет нужды в кавычках — это основное значение слова) является, по крайней мере, в случае человека, одновременно обширной и живой. Она содержит детализированные фрагменты сцен из жизни, представленные данными от всех пяти органов чувств; списки лиц, мест, мелодий, привычек, правил, слов. Каждый из нас прекрасно это знает. Отмечу только интересный факт: лексикон для письма, имеющийся в моем распоряжении, и идентичный (или перекрывающийся) ваш лексикон для чтения содержатся в необъятной нервной базе данных, вместе с синтаксическим аппаратом, подсказывающим, как складывать эти слова в предложения и расшифровывать их.

Третья память, существующая в мозге, породила четвертую. База данных в моем мозге содержит не просто запись событий и ощущений (хотя, когда мозг только возник в процессе эволюции, то именно здесь находился предел). И мой, и ваш мозг содержат коллективные воспоминания, негенетически наследуемые от прошлых поколений, передаваемые устно, через книги, теперь через интернет. Мир, в котором мы живем, во сто крат богаче благодаря тем, кто жил прежде нас и оставил след в базе данных культуры: Ньютону и Маркони, Шекспиру и Стейнбеку, Баху и «Битлз», Стивенсону и братьям Райт, Дженнеру и Солку, Кюри и Эйнштейну, фон Нейману и Бернерсу-Ли. И, конечно, Дарвину.

Все четыре системы памяти являются составными частями, или проявлениями, огромной суперструктуры аппарата выживания, исходно и в основном построенного процессом неслучайного выживания молекул ДНК.

Дарвин был, в общем, прав, когда не высказывал точного предположения, но сейчас мы уверены в том, что все живые существа на планете происходят от общего предка. Как мы видели в главе 10, доказательством тому служит универсальность генетического кода, идентичного у животных, растений, грибов, архей и вирусов. «Словарь» из 64 «слов», при помощи которого трехбуквенные «слова» кода ДНК переводятся в двадцать аминокислот, и один знак препинания, означающий «начало считывания здесь» или «конец считывания здесь», один и тот же во всех царствах живых существ (с одним или двумя исключениями, которые слишком незначительны для того, чтобы подорвать концепцию). Представим себе, что кто-нибудь обнаружит аномальных микробов (назовем их гарумскариотами[200]), которые не используют ДНК, или не используют белки, или строят свои белки с использованием аминокислот, отличных от наших, или используют ДНК, но не с триплетным кодом, или у них триплетный код, но с другим 64-словным «словарем». Если бы хоть одно из этих условий выполнялось, можно было бы заключить, что жизнь возникла дважды: один раз в случае гарумскариот, второй — в случае всех остальных живых организмов. Из всего, что знал Дарвин (что все знали до открытия ДНК), следовало, что какие-то из существующих живых организмов могут иметь свойства, которые я описал для гарумскариот, и в этом случае оправдана формулировка «ограниченное число форм».

Могло ли случиться так, что жизнь возникла дважды, и оба раза с одним и тем же кодом из 64 «слов»? Крайне маловероятно. Чтобы это произошло, вариант кода должен иметь существенные преимущества перед другими, и в этом случае происходил бы естественный отбор, направленный на улучшение кода. Однако такие обстоятельства можно считать невероятными. Фрэнсис Крик отметил, что генетический код представляет собой «замороженную случайность», которая если уж произошла, то изменить ее очень сложно или невозможно. Любая мутация в самом генетическом коде (а не в генах, которые он кодирует) будет иметь катастрофические последствия для всего организма. Если любое из 64 «слов» кода изменит смысл, то есть начнет кодировать другую аминокислоту, практически каждый из белков организма немедленно изменится, причем, вероятно, по всей своей длине. В отличие от обычной мутации, которая в состоянии, например, слегка удлинить конечность, укоротить крыло или затемнить глаз, изменение генетического кода мгновенно поменяет все, во всем теле. Это означает катастрофу. Несколько теоретиков в разное время предлагали прекрасные варианты эволюции собственно генетического кода, способы «разморозки» «замороженной случайности»[201]. Однако сколь бы они ни были интересны, я уверен, что каждое из живых существ, генетический код которых мы смогли расшифровать, происходит от одного и того же предка. Программы высшего уровня, обеспечивающие функционирование различных форм жизни, могут отличаться чрезвычайно сильно, однако все они записаны на одном и том же «машинном языке».

Мы, конечно, не можем полностью исключить возможность появления других «машинных языков» у существ, которые к сегодняшнему дню вымерли — своеобразных эквивалентов вымышленных гарумскариот. Известный физик Пол Дэвис вообще отмечает[202], что мы не прикладывали существенных усилий к тому, чтобы выяснить, нет ли гарумскариот (он, конечно, не использовал это слово) в потаенных уголках планеты. Он признает, что это не слишком вероятно, но, встав на позицию человека, который ищет ключи под фонарем, а не там, где потерял, он говорит, что дешевле и проще осмотреть собственную планету, прежде чем пытаться искать на других. Я возьму на себя смелость письменно утверждать, что профессор Дэвис не найдет ровным счетом ничего и что все ныне живущие формы жизни на нашей планете используют один и тот же «машинный код» и, соответственно, происходят от одного предка.

Человечество узнало о цикличности в природе задолго до того, как осознало их. Самый заметный цикл — смена дня и ночи. Тела, самостоятельно перемещающиеся в космосе или обращающиеся вокруг других тел под действием гравитации, естественным образом вращаются вокруг своей оси. Исключения из этого правила существуют, но наша планета к ним не относится. Сейчас период ее вращения составляет примерно 24 часа (прежде Земля вращалась быстрее). Мы видим это каждый день, наблюдая за сменой дня и ночи.

Поскольку мы с вами обитаем на поверхности достаточно массивного небесного тела, наш взгляд на гравитацию несколько односторонен: мы рассматриваем ее как силу, которая притягивает все вокруг к центру Земли, то есть с нашей точки зрения — «вниз». Сила тяготения, однако, универсальна, и первым это понял Исаак Ньютон. Во всей Вселенной она поддерживает тела на квазипостоянных орбитах вокруг других тел. Это касается и нас: мы воспринимаем обращение Земли вокруг Солнца как смену времен года[203]. Поскольку ось вращения Земли наклонена относительно оси обращения вокруг Солнца, половину года одно из полушарий планеты наклонено в сторону Солнца, и живущие на нем наслаждаются длинными днями и короткими ночами. Максимум приходится на лето. Во второй половине года, зимой, наблюдается обратный эффект: длинные ночи и короткие дни. В зимнее время в нашем полушарии солнечные лучи освещают поверхность планеты под меньшим углом. Благодаря меньшему углу между лучом и поверхностью Земли зимнее Солнце освещает большую площадь с меньшей эффективностью. Меньше фотонов на квадратный сантиметр — значит, холоднее. Меньше фотонов на квадратный сантиметр зеленого листа — значит, меньше фотосинтетической энергии. То же действие оказывают и длинные ночи, означающие меньшую длину светового дня. Лето и зима, день и ночь — наша жизнь подчинена циклам. Об этом говорил Дарвин, а прежде него — Писание: «Впредь во все дни земли сеяние и жатва, холод и зной, день и ночь не прекратятся».

Другие — не менее важные для жизни, но чуть менее очевидные циклы — также управляются гравитацией. В отличие от многих других планет, которые имеют несколько спутников, часто небольших, вокруг Земли обращается только один спутник, весьма массивный. Мы называем это небесное тело Луной. Она достаточно велика для того, чтобы оказывать существенный гравитационный эффект. Мы можем его наблюдать главным образом в приливных циклах: не только в быстром дневном цикле приливов и отливов, но и в более медленных месячных циклах весеннего половодья и квадратурных приливов (самой низкой воды в конце первой и третьей четвертей лунного цикла), вызываемых взаимодействием гравитационных эффектов Солнца и Луны, совершающей полный оборот вокруг Земли чуть меньше, чем за месяц. Приливные циклы особенно важны для организмов, обитающих в океане и прибрежной зоне, и люди иногда предполагают, что часть генетической памяти живших в воде предков отражается в репродуктивных циклах человека. По-моему, это чересчур, однако рассуждать о том, как изменилась бы жизнь, не будь на земной орбите Луны, можно долго и с интересом. Выдвигались даже предположения (на мой взгляд, беспочвенные), что земная жизнь без Луны вообще была бы невозможной[204].

Что если бы наша планета не вращалась вокруг своей оси? Будь одно из полушарий постоянно повернуто к Солнцу, как Луна повернута к Земле, там царил бы вечный, раскаленный как ад день. В другом же полушарии было бы невыносимо холодно. Смогла ли бы жизнь сохраниться в тонкой полоске сумерек на экваторе или глубоко под землей? Не думаю, что жизнь вообще появилась бы в столь недружественных условиях. Но если Земля начала бы постепенно останавливаться, времени на подготовку была бы масса, и, вполне возможно, некоторые бактерии сумели бы приспособиться.

Рассмотрим и другой вариант: Земля вращается, но ось вращения не наклонена по отношению к оси обращения вокруг солнца. Не думаю, что это исключило бы появление жизни. Смены зимы и лета не было бы: климатические условия были бы функцией от долготы и широты, а не от времени. Обитатели приполярных районов и высокогорий всегда жили бы зимой. Жизнь почти наверняка сохранилась бы, но жизнь без смены времен года была бы малоинтересной. Не было бы оснований для миграций, размножения в определенное время года, листопада, линьки и спячки.

Не обращайся наша планета вокруг звезды, жизнь, безусловно, была бы невозможной. Единственная альтернатива вращению вокруг звезды — бесконечный одиночный полет сквозь пустоту, темную, близкую по температуре к абсолютному нолю, вдали от источников энергии, способных побудить жизнь к развитию, движению — пусть на время и на ограниченном пространстве — против термодинамического градиента. Фраза Дарвина о «неизменных законах тяготения» — больше чем простой поэтический прием, призванный отразить невообразимую бесконечность и громадное время, прошедшее с момента возникновения планеты.

Небесное тело может находиться на более или менее постоянном расстоянии от источника энергии, только вращаясь вокруг звезды. Вблизи любой звезды, и наше Солнце не исключение, есть небольшая зона, купающаяся в тепле и свете, в которой возможны возникновение и эволюция жизни. При отдалении от звезды эта потенциально обитаемая зона быстро сокращается, подчиняясь закону обратных квадратов расстояния: количество тепла и света, достигающих объекта, уменьшается не пропорционально расстоянию от тела до звезды, а пропорционально квадрату этого расстояния. Нетрудно понять, почему это так. Представьте себе концентрические сферы с увеличивающимися радиусами и общим центром — какой-либо звездой. Ее энергия расходится во все стороны и равномерно распределяется по внутренней поверхности сферы. Площадь поверхности сферы пропорциональна квадрату ее радиуса. Таким образом, если сфера А отстоит от звезды вдвое дальше сферы Б, то же количество фотонов попадет на площадь в четыре раза большую. Именно поэтому внутренние планеты Солнечной системы — Венера и Меркурий — раскалены, а внешние (Нептун и Уран) темны и холодны (хотя и не настолько, как межзвездное пространство).

Второй закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, следовательно, она может (в закрытой системе — должна) терять способность производить работу. Именно это подразумевается, когда речь идет о возрастании энтропии. Под работой подразумевается, например, закачка воды вверх или выделение углерода из атмосферного углекислого газа и встраивание его в ткани растения. Я упоминал в главе 12, что такие процессы возможны только в том случае, если в систему постоянно подается энергия, например электрическая, обеспечивающая работу водяного насоса, или солнечная, делающая возможным фотосинтез. Если закачать воду в водонапорную башню, она будет стремиться вниз. Часть энергии этого нисходящего потока можно использовать, чтобы вращать водяное колесо и таким образом вырабатывать электроэнергию. Ее, в свою очередь, можно направить на повторное закачивание воды вверх, но часть энергии всегда будет теряться. Если бы это было не так, мы построили бы вечный двигатель. Но это невозможно (и не бойтесь повторять это категоричным тоном).

Химия жизни основана на том, что растения за счет энергии солнца извлекают из воздуха углерод, и его потом можно сжечь и получить некое количество энергии. Иногда мы так и поступаем, например, буквально сжигая уголь, который фактически является консервированной солнечной энергией — он образовался из «солнечных батарей» погибших древних растений. Однако существуют и куда более контролируемые способы высвобождения энергии. Все живые клетки растений и животных, поедающих растения, и животных, поедающих животных, которые едят растения, и так далее, медленно «сжигают» соединения углерода. Вместо того чтобы гореть, рождая пламя, они отдают энергию постепенно, что позволяет поддерживать «восходящие» реакции. Тем не менее часть этой энергии неизбежно рассеивается. Иначе и быть не может. В противном случае мы получили бы вечный двигатель.

Практически вся энергия во Вселенной быстро переходит от форм, способных совершать работу, к формам, которые к этому неспособны. Когда-нибудь Вселенная достигнет состояния абсолютно перемешанного, абсолютно ровного и (буквально!) бессобытийного — и погибнет. Однако пока Вселенная в целом неумолимо движется навстречу «тепловой смерти», небольшое количество энергии вполне способно локально обращать вспять этот процесс. Морская вода поднимается в воздух, образуя облака. Те проливаются дождем на горные вершины, с которых вода течет в виде ручьев и рек, вращающих турбины гидроэлектростанций. Энергия подъема воды из моря в атмосферу (и, соответственно, вращения турбин ГЭС) исходит от Солнца. Таким образом, цикл не нарушает второй закон термодинамики, поскольку в закрытую систему постоянно поступает энергия извне (от Солнца). Нечто похожее происходит в листьях зеленых растений при помощи солнечной энергии, вызывая химические реакции. В результате в «восходящих» реакциях растения синтезируют целлюлозы, крахмал, сахара и другие составляющие части растительных тканей. А затем растения погибают, если их прежде не съедят животные. Усвоенная солнечная энергия, таким образом, получает возможность пройти несколько каскадов пищевой цепи, завершающихся разложением — с помощью бактерий или грибов — погибших растений или тел животных, их поедавших. Или же она может сохраниться под землей в виде торфа, а затем угля. Но общее движение к «тепловой смерти» необратимо. На каждой стадии каскада, в каждом цикле круговорота, в каждом клеточном процессе энергия отчасти рассеивается. Ведь мы знаем, что вечный двигатель… Пожалуй, хватит. Но я не откажу себе в удовольствии процитировать (за что я извинялся минимум в одной своей книге) прекрасное высказывание сэра Артура Эддингтона по этому поводу:

Когда креационисты повторяют, что теория эволюции неверна, потому что противоречит второму началу термодинамики, они, по сути, не сообщают нам ничего, кроме собственного непонимания этого закона (впрочем, они, как мы теперь знаем, не понимают и эволюции). Никаких противоречий нет — благодаря Солнцу.

Система (любая — жизнь, круговорот воды в природе и так далее) зависит от солнечной энергии. Не нарушая физические и химические законы, особенно второе начало термодинамики, энергия солнечных лучей питает все жизненные процессы, позволяя живому измываться над законами физики и химии, достигая поразительной сложности, разнообразия, красоты и невероятной в своей эффектности иллюзии полной статистической невероятности и направленного творения. Воистину невероятная по силе иллюзия: она обманывала лучшие умы человечества до тех пор, пока не появился Дарвин. Естественный отбор — это невероятностный насос, процесс, создающий статистически невозможные вещи. Он постепенно выделяет случайные изменения, позволяющие организмам выживать, и постепенно накапливает их в течение немыслимо долгого времени, пока эволюция не покорит вершины невозможности и разнообразия. Эти высоты (я назвал их «пиком Невероятности»), по-видимому, безграничны. Невероятностный насос естественного отбора направляет сложность всего живого на пик Невероятности и служит как бы статистическим эквивалентом энергии солнечных лучей, поднимающей воду к вершинам реальных гор[205]. Жизнь эволюционирует в направлении увеличивающейся сложности только потому, что естественный отбор в локальном масштабе уводит ее от вероятного к невероятному. Это, в свою очередь, возможно исключительно благодаря неиссякаемому потоку солнечной энергии.

Сейчас мы куда больше Дарвина знаем о том, как происходила эволюция. Но о том, как все началось, мы знаем едва ли больше Дарвина. Я посвятил эту свою книгу обзору доказательств, но свидетельств относительно момента начала эволюции на планете у нас нет. Это могло быть событие невероятной редкости: ведь произойти оно должно было всего однажды, и, насколько мы знаем, так это и есть. Более того, возможно, оно произошло единственный раз во Вселенной (но я, честно говоря, так не считаю). Основываясь только на логике, без каких бы то ни было доказательств, мы можем лишь сказать, что Дарвин говорил о «простом начале». Противоположность простого — статистически маловероятное. Оно не возникает само по себе (именно это и означает малую вероятность). Начало должно было быть простым, а эволюция путем естественного отбора — по сей день единственный известный нам способ, которым из простого начала получается сложное.

В «Происхождении видов» Дарвин не обсуждал вопрос о начале эволюционного процесса. Он считал, что решение этой проблемы выходит за пределы возможностей современной ему науки. В письме Гукеру, которое я цитировал, Дарвин писал: «Думать сейчас о происхождении самой жизни — пустая трата времени. С тем же успехом можно размышлять о природе материи». Он, тем не менее, не исключал возможности того, что в далеком будущем ответ на этот вопрос будет найден (проблема происхождения материи, например, в значительной степени уже решена): «Должно пройти некоторое время, прежде чем мы увидим „слизь, протоплазму и так далее“, дающую жизнь новому животному».

В опубликованной Фрэнсисом Дарвином в 1871 году переписке своего отца в этом месте стоит сноска:

С одной стороны, Дарвин предположил, как могла зародиться жизнь (знаменитый «маленький теплый пруд»), с другой — предложил ученым проститься с пустой надеждой увидеть повторное зарождение жизни. Даже если сложатся все условия для самозарождения живого организма, этот новорожденный немедленно будет «поглощен или впитан» (это сделают, скорее всего, бактерии).

Дарвин написал цитированные строки через семь лет после знаменитой лекции Луи Пастера в Сорбонне, где тот заявил:

«Никогда больше доктрина самозарождения жизни не оправится от смертельного удара, нанесенного ей этим простым опытом». Под «простым опытом» Пастер подразумевал демонстрацию того, что (вопреки распространенному в те времена мнению) в питательном бульоне, огражденном от контакта с микроорганизмами, они не появляются.

Креационисты время от времени пытаются использовать подобные эксперименты как доказательство своей правоты. Звучит это так: «В наше время самозарождение не наблюдается. Следовательно, жизнь не могла возникнуть спонтанно». Замечание, сделанное Дарвином в 1871 году, направлено как раз против подобных рассуждений. По всей видимости, самозарождение жизни — чрезвычайно редкое явление, однако минимум однажды оно произошло, вне зависимости от того, считаете ли вы его естественным или сверхъестественным событием. К интереснейшему вопросу о том, насколько редко событие возникновения жизни, я еще вернусь.

Первые серьезные попытки объяснить зарождение жизни (предпринятые независимо Опариным в России и Холдейном в Англии) начались с отрицания того, что условия, в которых когда-то зародилась жизнь, не сохранились. Опарин и Холдейн предположили, что ранняя атмосфера разительно отличалась от нынешней: она не содержала свободного кислорода и была (употребим загадочное химическое слово) «восстановительной». Мы знаем, что свободный кислород в атмосфере — это продукт жизнедеятельности растений, следовательно, первоначальные условия зарождения жизни его наличие не включали. Кислород хлынул в атмосферу в качестве загрязняющего вещества или даже яда, а естественный отбор перестроил живые существа таким образом, что они научились его использовать — и теперь они без него жить не могут. Идея «восстановительной атмосферы» породила самую известную экспериментальную атаку на проблему происхождения жизни — «колбу с простыми ингредиентами» Стэнли Миллера. Содержимое колбы кипело и пузырилось всего неделю, и за это время успело породить некоторое количество органических веществ, в том числе аминокислоты.

В наше время многие отрицают дарвиновскую концепцию «маленького теплого пруда» вместе с «адским варевом» Миллера, склоняясь в пользу той или иной их альтернативы. По правде сказать, никакого согласия по этому вопросу в научной среде нет. Выдвигались многообещающие гипотезы, но ни одна из них пока бесспорно не доказана. В своих предыдущих книгах я рассказал о нескольких, в том числе и о теории Грэма Кернс-Смита (возникновение жизни на неорганических кристаллах), а также изложил модную в последнее время точку зрения, согласно которой условия катархея были подобны тем, в каких сейчас обитают «термофильные» бактерии и археи, живущие, размножающиеся и процветающие в горячих источниках. В последнее время — и не без убедительных, на мой взгляд, причин — большинство биологов склоняется к так называемой теории «мира РНК».

У нас нет свидетельств о том, с чего началась жизнь, но мы прекрасно знаем, что должно было произойти. Первый шаг должен был запустить естественный отбор. Усовершенствование и усложнение, достигаемые при помощи естественного отбора, прежде были принципиально невозможны. Отсюда следует, что отправной точкой было возникновение самовоспроизводящейся структуры (благодаря неизвестному процессу). Самовоспроизведение создает популяцию организмов, конкурирующих друг с другом за возможность воспроизвести себя. Поскольку в любом процессе копирования неизбежны ошибки, в популяции возникает изменчивость. Если же в популяции присутствует изменчивость, то репликаторы, обладающие признаками, способствующими успешному выживанию, будут доминировать. Это и есть естественный отбор, и он никак не мог начаться до появления первого самовоспроизводящегося организма.

Описывая «маленький теплый пруд», Дарвин предположил, что таким отправным событием могло стать образование белка. Эта идея оказалась менее плодотворной, чем другие его построения. Я ни в коем случае не хочу отрицать необходимость белков для жизни. Мы узнали в главе 8, что белки способны принимать трехмерную форму, точно заданную одномерной последовательностью их мономеров — аминокислот. Также мы обсудили, что эта способность позволяет им с огромной избирательностью служить катализаторами химических реакций, причем повышение скорости некоторых реакций достигает двенадцати порядков. Именно невероятная специфичность ферментов лежит в основе биохимии, а диапазон форм, которые могут принимать белки, близок к бесконечности. Именно в этом заключается неоценимое достоинство белков, и Дарвин верно указал на них. Однако есть задача, с которой белки справляются очень плохо, и это ускользнуло от внимания Дарвина: они безнадежны с точки зрения репликации. Они не способны к самовоспроизведению. Это значит, что возникновение белков не могло стать отправной точкой эволюции. А что же могло?

Из известных нам молекул лучше всего реплицируется молекула ДНК. Белки — прекрасные ферменты, но дурные репликаторы. ДНК — наоборот. Она не может сворачиваться в сложные пространственные структуры и, следовательно, не может функционировать как фермент. Вместо этого молекулы ДНК поддерживают линейную, открытую форму, что делает их идеальными репликаторами и хранителями аминокислотных последовательностей. Белки, наоборот, поддерживают «закрытые» конформации и не экспонируют информацию, содержащуюся в их последовательности: она не может быть скопирована или «прочитана». Информация о последовательности недоступна: она спрятана глубоко внутри свернутого в трехмерную структуру белка. В ДНК, напротив, информация о последовательности легко доступна и поэтому может использоваться как шаблон при синтезе.

В вопросе о зарождении жизни есть своя «уловка-22»: ДНК способна к репликации, но для этого требуется присутствие катализаторов. Белки могут катализировать процесс образования молекул ДНК, но чтобы синтезировать сам белок, необходимо воспользоваться информацией о последовательности аминокислот, которая закодирована ДНК. Как же молекулам юной Земли удалось вырваться из этого порочного круга и запустить естественный отбор? На сцене пора появиться РНК.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) принадлежит к тому же семейству биополимеров, что и ДНК — к полинуклеотидам. Молекулы РНК имеют свой аналог генетического кода ДНК, также из четырех «букв», и переносят в клетках информацию от ДНК к местам ее непосредственного использования. ДНК служит шаблоном для построения последовательности РНК. Белки, в свою очередь, синтезируются по шаблону РНК, а не ДНК. У некоторых вирусов, кстати, ДНК нет вообще. Роль генетической молекулы, переносящей информацию из поколения в поколение, у них полностью берет на себя РНК.

И вот он — ключевой момент теории «мира РНК». Помимо вытягивания в цепочку, позволяющую репликацию и передачу генетической информации, молекулы РНК способны (как магнитное ожерелье из главы 8) сами свертываться в трехмерные структуры, имеющие ферментативную активность. РНК-ферменты — рибозимы — существуют. Они не так эффективны, как белковые ферменты, однако они работают. Сторонники теории «мира РНК» считают, что РНК была достаточно эффективным репликатором и удерживала позицию до появления белков, чтобы проиграть только появившимся в процессе эволюции молекулам ДНК.

Теория «мира РНК» кажется мне вполне правдоподобной. Более того, я предполагаю, что в ближайшие несколько десятилетий вероятно полное воспроизведение в лаборатории событий, запустивших четыре миллиарда лет назад механизм естественного отбора. В этом направлении уже предпринято несколько воодушевляющих шагов.

Прежде чем закончить разговор на эту тему, я считаю нужным повторить предупреждение, которое я сделал в предыдущих книгах. Мы не испытываем острой необходимости в правдоподобной теории зарождения жизни. И, более того, можем оказаться в смятении, если такая правдивая теория появится. Этот парадокс является проявлением — или следствием — известной фразы физика Энрико Ферми: «Ну и где они все?». Звучит загадочно, однако коллеги Ферми из Лос-Аламосской лаборатории были настроены на одну волну с ним и прекрасно его поняли. Почему, собственно, нас не посещают живые существа из других мест Вселенной? Если уж не лично, то хотя бы при помощи радиосигналов (что куда вероятнее)?

Теперь уже мы можем получить количественную оценку: в нашей галактике более миллиарда планет, а во Вселенной — более миллиарда галактик. Наша планета может и вправду оказаться единственной обитаемой во Вселенной. Но если это так, то вероятность появления жизни на планете не должна превышать 1:1000000000. Таким образом, искомая теория зарождения жизни на Земле должна быть как раз неправдоподобной. Если бы она была правдоподобна, то жизнь во Вселенной была бы широко распространена. Может, так и есть; тогда нам нужна правдоподобная теория. Однако пока нет свидетельств существования жизни вне нашей планеты, и нам приходится принимать теории неправдоподобные. Относясь серьезно к парадоксу Ферми и, соответственно, интерпретируя отсутствие сигналов от других живых существ как свидетельство чрезвычайной редкости жизни в галактике, следует ожидать отсутствия какой бы то ни было правдоподобной теории происхождения жизни. (Этот вопрос я подробно рассмотрел в книге «Слепой часовщик» и поэтому здесь в детали углубляться не буду.) Мое предположение, сколько бы оно ни стоило (а оно не стоит почти ничего, поскольку в этом уравнении слишком много неизвестных), таково: жизнь во Вселенной очень редка, но планет так много (каждый день ученые открывают новые), что мы почти наверняка не одиноки. Более того, во Вселенной могут существовать миллионы островков жизни. Однако они могут быть так далеко, что шансов найти друг друга — даже при помощи радиосигналов — у них нет. Таким образом, как бы грустно это ни звучало, с практической точки зрения мы можем считать, что мы одни.

Не знаю, что Дарвин имел в виду под «бесконечным числом». Вполне возможно, что это просто гипербола, введенная, чтобы соответствовать «самым прекрасным» и «самым изумительным». Не исключаю, что отчасти это так. Но мне нравится думать, что за этим выражением стоит нечто конкретное. Оглядывая историю жизни на Земле, мы видим бесконечное обновление. Особи погибают. Вымирают виды, семейства, отряды, даже классы. Но эволюционный процесс протекает как ни в чем не бывало.

Вернемся ненадолго к компьютерным моделям искусственного отбора, к которым я обращался в главе 2. Я описывал свой «сафари-парк», населенный компьютерными биоморфами, в том числе артроморфами и конхоморфами, демонстрировавшими возможные пути эволюции моллюсков. Тогда, в начале нашего пути, я ввел этих компьютерных существ в качестве иллюстрации работы искусственного отбора и его мощи. Теперь я воспользуюсь этими моделями в других целях.

Пока я «плодил» с помощью компьютера биоморфов — цветных и черно-белых — и выводил артроморфов, мне ни разу не стало скучно. У меня было ощущение постоянной, неожиданной новизны. Программа никогда не уставала, как не уставал и игрок. Совсем другое дело — программа Томпсона, о которой я рассказывал в главе 10 (та самая, в которой «гены» определяют параметры растяжения резиновой планшетки с изображением животного). Используя для симуляции искусственного отбора программу Томпсона, пользователь со временем удаляется все дальше от точки, в которой результат имеет хоть какой-нибудь смысл, в дебри, населенные безобразными существами, а смысла в них чем дальше, тем меньше. Я озвучивал возможную причину этого расхождения. В случае компьютерных программ, симулирующих отбор биоморфов, артроморфов и конхоморфов, мы имеем дело с имитацией эмбриологического процесса — трех вариантов эмбриологического процесса, каждый из которых правдоподобен с биологической точки зрения. Программа Томпсона, напротив, не моделирует эмбриологию. Вместо этого, как я объяснял в главе 10, она манипулирует искажениями, при помощи которых можно превратить одну взрослую особь в другую. Отсутствие эмбриологической составляющей лишает эту программу «изобретательной фертильности», которая есть у био-, конхо- и артроморфов. Такая же «изобретательная фертильность» присутствует в циклах эмбрионального развития в реальной жизни. Это минимальное условие создания эволюцией «бесконечного числа самых прекрасных и самых изумительных форм». Можем ли мы пойти дальше?

В 1981 году я опубликовал статью «Эволюция эволюционируемости»[207], в которой предположил, что в каждом поколении животные должны не только успешнее выживать, но и эффективнее эволюционировать. Какие группы животных хорошо приспособлены к тому, чтобы эволюционировать? Чемпионами по разделению на многие тысячи видов и занятию подавляющего большинства экологических ниш, по всей видимости, являются насекомые на суше и ракообразные в море — группы, резво меняющие маски и роли. Кроме них, поразительную эволюционную результативность демонстрируют рыбы, лягушки и ближе знакомые нам млекопитающие и птицы.

В статье я отмечал, что эволюционируемость есть свойство эмбриологии. Гены мутируют, чтобы изменить тело животного, но им приходится проводить изменения через процесс эмбрионального развития. И некоторые эмбриологические процессы легче переносят включение удачных генетических изменений, с которыми работает естественный отбор, и потому могут быть лучше приспособлены для эволюционных изменений. Могут быть? Это, пожалуй, неточно. Неужели не очевидно, что некоторые эмбриологические системы должны быть лучше приспособлены к эволюционным изменениям? Я в этом уверен. Более того, мне кажется, что можно предположить наличие менее очевидного явления — естественного отбора более высокого порядка, направленного на развитие «эволюционной способности» эмбриологий. Эмбриологические системы имеют тенденцию с течением времени повышать свою способность к эволюционным изменениям. Если естественный отбор высшего порядка действительно существует, то он значительно отличается от обычного естественного отбора, в котором преимущество получают особи, успешнее передающие гены потомству, — и сами гены, способные создавать более успешных особей. Такой отбор, повышающий способность организмов эволюционировать, будет сродни «отбору клад» (термин американского эволюционного биолога Джорджа К. Уильямса). Клада — это ветвь древа жизни, такая же, как вид, род, отряд или класс. Мы можем говорить об отборе клады в том случае, если большая ветвь, например насекомые, достигает большего разнообразия и заселяет мир успешнее, чем другая (например, успешнее, чем погонофоры; нет, вы, вероятно, никогда не слышали об этих странных червеобразных созданиях, и тому есть веская причина: эта клада не преуспевает). «Отбор клад» не подозревает, что они должны прямо конкурировать друг с другом. Насекомые не конкурируют (по крайней мере прямо) с погонофорами за пищу, пространство или другие ресурсы. Но мир полон насекомыми и практически лишен погонофор, и потому мы справедливо испытываем желание приписать успех насекомых каким-либо их признакам. Я могу предположить, что это свойство присуще их эмбриологии и позволяет им эволюционировать быстрее. В главе «Калейдоскоп эмбрионов» книги «Восхождение на пик Невероятности» я назвал несколько признаков, способствующих повышению эволюционного потенциала (в том числе ограничения, накладываемые симметрией, и сегментированное строение тела).

Вполне возможно, что ветвь членистоногих[208] именно благодаря сегментированному, модульному строению тела обладает высокими способностями к эволюционным изменениям, к расширению изменчивости и занятию самых разных, включая маргинальные, экологических ниш, когда те становятся доступными. Другие ветви могут достигать успеха потому, что их эмбриональное развитие подчинено зеркальному принципу на нескольких уровнях[209]. Ветви, представители которых широко расселились по морям и землям, обладают высоким эволюционным потенциалом. Проигравшие, неуспешные ветви под влиянием отбора отмирают или не могут выработать изменчивость, достаточную для преодоления изменяющихся условий окружающей среды. Такие ветви увядают и отмирают. Успешные же ветви филогенетического дерева цветут, почкуются и обрастают листьями. Концепция «отбора клад» заманчиво похожа на дарвиновский естественный отбор. Однако этому соблазну следует противиться или, по крайней мере, услышать предупредительный сигнал: поверхностное сходство может серьезно сбить с толку.

То, что мы существуем, само по себе удивительно. Столь же удивительно то, что мы окружены богатой биосферой, полной животных, которые обладают большим или меньшим сходством с нами, и растений, которые напоминают нас меньше, но от которых мы зависим в вопросе питания, и бактериями, которые являются нашими отдаленными предками (к ним мы уходим, разлагаясь, когда наше время заканчивается). Дарвин сильно обогнал свое время как в понимании широты проблемы нашего существования, так и в попытках ее разрешить. Обогнал он свое время и в понимании того, что животные, растения и другие формы жизни зависят друг от друга, а тонкость их взаимоотношений подчас поражает. Почему мы окружены бесконечным множеством «самых прекрасных и самых изумительных форм»?

Ответ прост. Если мы способны вообще заметить, осознать собственное существование, начать задаваться вопросом о причинах, то иначе и быть не могло. Космологи говорят: в том, что мы видим на небе звезды, нет ничего случайного[210]. Там могут быть Вселенные без звезд, Вселенные, физические законы и константы которых оставляют атомы водорода равномерно распределенными, не давая им концентрироваться в звезды. Однако на эти Вселенные никто не смотрит, поскольку существа, способные смотреть, не могут появиться без звезд. Живым требуется не просто одна звезда, дающая энергию для роста и эволюции. Звезды — это огромные кузницы, рождающие большинство химических элементов, а жизнь без богатого химического репертуара невозможна. Можно пройти все законы физики, один за другим, и вывод будет тем же самым: не случайно мы видим…

Так же и в биологии. Куда мы ни посмотрим, мы видим зеленый цвет. Это не случайно. Мы сами — всего лишь маленькая веточка необъятного цветущего древа жизни. И это не случайно. Не случайно мы окружены миллионами организмов других видов. Они едят, растут, разлагаются, плавают, ходят, летают, копают, крадутся, преследуют, убегают, обгоняют, ловчат. Чтобы нам хватало энергии для жизни, зеленых растений должно быть минимум вдесятеро больше, чем нас. Без вечной «гонки вооружений» между хищником и жертвой, паразитом и хозяином, без дарвиновской борьбы в природе, без голода и смерти не было бы нервных систем, способных видеть хоть что-то — не говоря уже о том, чтобы это понимать и ценить. Мы окружены бесконечным числом самых прекрасных и самых изумительных форм, и это не случайность, а прямое следствие эволюции путем естественного отбора. Перед нашими глазами проходит лучшее из лучших, самое грандиозное шоу на Земле.