Глава 2
Эволюция: случайность или направленный процесс?

Один раз – это случайность. Два – возможно, совпадение. Но три и более – уже закономерность^[37].

Еще со времен Дарвина некоторые биологи учат нас, что эволюция была совершенно случайным и бессистемным процессом. Некоторым из нас, особенно тем, кто верит в Бога, трудно принять это, ведь случайный процесс не согласовывается с представлениями о Творце, создавшем нас с определенной целью. В этом и состоит дилемма доктрины случайности. По своей сути традиционный подход к эволюции предполагает, что, если запустить ее заново, отмотав время на несколько миллиардов лет назад, природа породит нечто совершенно иное^[38]. Но не так давно возникло еще одно мнение, согласно которому эволюция не полностью случайна и непредсказуема, и хотя начаться она может со случайных мутаций, к финальной точке ее, по всей видимости, направляют естественные законы и ограничения. Главной причиной возникновения этой (до сих пор дополняющейся) картины стал феномен, известный как конвергентная эволюция. Конечно, аргументы, приведенные в этой главе, не доказывают, что у нашего существования есть универсальная цель, и все же они дают этому предположению право на жизнь.

Дивергенция? Нет, конвергенция!

Один из краеугольных камней теории Дарвина состоит в убеждении, что все виды живых существ произошли от единого предка. С течением времени эти виды все больше отдалялись от первоисточника под влиянием различных сил, связанных с окружающей средой и выживанием. Так родилось великое разнообразие, которое столь радостно наблюдать сегодня. Изображения эволюционного древа жизни, подобные тому, что приведено на рис. 2.1, показывают, каким образом различные широкие группы животных произошли от общего предка. Например, млекопитающие, рептилии, рыбы и птицы известны как хордовые и являются частью широкой группы животных, именуемой Chordata phylum. Таким образом, предполагается, что все млекопитающие (включая нас с вами), а также рептилии, рыбы и птицы произошли от общего, более примитивного вида. Хордовые, в свою очередь, равно как и другие группы животных, вроде артроподов (крабов, лобстеров, насекомых) и моллюсков (осьминогов, улиток, кальмаров), являются частью еще более крупного царства животных и, следовательно, имеют общего, еще более древнего и примитивного предка.

Наконец, царство животных, а наряду с ним и другие царства (в число которых, среди прочего, входят растения, грибы, бактерии, слизевики и многие другие чудесные организмы) произошли от общей и единственной простой клетки^[39]. Эта первая клетка появилась из первичного бульона, который, как говорят нам ученые, существовал на Земле четыре миллиарда лет назад.

По мере разветвления древа структуры видов начинают различаться все больше, их представители занимают разные экологические ниши и идут по разным эволюционным путям. Однако еще во времена Дарвина биологи подметили одну любопытную деталь: даже с учетом разветвления внутри разных видов часто можно наблюдать схожие структуры, позволяющие решать схожие проблемы. Другими словами, несмотря на различные отправные точки, эволюция подталкивает виды к развитию одних и тех же структур или функций^[40]. Это называется конвергентной эволюцией. Прежде ученые считали, что примеры такой эволюции исключительны, сейчас же их признают чрезвычайно частыми.

Рис. 2.1. Картина эволюционного дерева

Обратите внимание на крылья птиц, летучих мышей и бабочек (рис. 2.2). Они довольно похожи по внешнему виду и функциям. Похоже и их строение: туго натянутая мембрана, прикрепленная к твердому каркасу. Общий предок этих крылатых созданий (живший примерно 550 млн лет назад) не летал, а значит, птицы, летучие мыши и бабочки отрастили крылья и научились летать независимо друг от друга. Другими словами, эти виды не унаследовали способность к полету от общего предка – все они развили ее независимо друг от друга^[41].

Рис. 2.2. Графическое представление конвергентной эволюции крыльев. Последний общий предок птиц, летучих мышей и бабочек не обладал крыльями и не умел летать. Крылья сформировались независимо друг от друга как минимум у трех видов (к ним по порядку ведут литеры А, Б и В)

Рассмотрим также пример дельфина и акулы. Дельфин – млекопитающее с костным скелетом, а акула – рыба с хрящевым скелетом. Последний их общий предок ничем не напоминал их сегодняшний облик, и все же современные акулы и дельфины чрезвычайно похожи друг на друга (рис. 2.3). Хотя акулы никогда не выходили из воды, а предки дельфинов обитали на суше, каким-то образом и у тех, и у других независимо друг от друга сформировалось тело обтекаемой формы, а также спинные и грудные плавники, позволяющие быстро плавать. Для многих типов акул, как и для дельфинов, также характерны темно-серый цвет спины и светлое подбрюшье. Благодаря такой защитной окраске их труднее заметить и сверху, и снизу, что помогает им незаметно приближаться к добыче или скрываться от хищников^[42].

Кроме того, некоторые животные обладают эхолокацией – способностью перемещаться в пространстве, ориентируясь на звук. Этот поразительный дар – еще один пример конвергентной эволюции, произошедшей у летучих мышей^[43], зубатых китов, дельфинов^[44], птиц^[45] и даже у некоторых видов креветок^[46]. Эти животные могут посылать звуковые сигналы и интерпретировать их паттерны по мере того, как звуковые волны отражаются от физических структур, свойственных местной окружающей среде. Некоторые животные так хорошо овладели этой способностью, что могут с их помощью обнаруживать такие маленькие объекты, как москит, и такие тонкие, как человеческий волос.

Рис. 2.3. Конвергентная эволюция у дельфинов и акул

Представьте, как появляется шелковая нить. Ее производят несколько видов насекомых, в том числе пауки, определенные типы мотыльков и муравьи-портные. Поразительно и само вещество, и процесс его возникновения. Например, паучий шелк изначально представляет собой жидкую тягучую смазку. За то время, пока смазка выходит из тела паука, ее белки должны быстро перестроиться и трансформироваться в шелк, причем время, которое занимает процесс, выверено до невозможности точно: если бы смазка трансформировалась прежде, чем покинуть тело, паучьи железы оказались бы забиты шелком. При этом, если бы она трансформировалась хоть на мгновение позже, вместо шелковой нити паук бы выплевывал жидкость^[47]. И все же биологи утверждают, что различные формы этого удивительно тонкого процесса развились независимо по крайней мере у двадцати трех разных типов животных^[48].

Возможно, самый удивительный и наиболее часто упоминаемый пример конвергентной эволюции – глаз камерного типа. Такой глаз – которым, среди прочих видов, обладаем и мы, – состоит из нескольких элементов: внешней прозрачной оболочки, способной отражать свет; линзы, способной к переменному фокусированию света; диафрагмы, диаметр которой подгоняется под уровень яркости, а также мышц, которые движутся в точной гармонии с мышцами другого глаза и мгновенно приспосабливаются к тонкой настройке гироскопа внутреннего уха. Ученые Пол Блум и Стивен Пинкер писали: «Чрезвычайно маловероятно, что материя может образовывать структуры, способные на то, на что способен глаз»^[49]. И все же в результате эволюции глаз камерного типа развился у шести (если не больше) представителей различных видов, в том числе у группы морских животных, являющихся близкими родственниками дождевых червей^[50]. У кальмара тоже есть камерный глаз, развившийся независимо и поразительно похожий на наш (рис. 2.4).

По утверждению ученых, последний общий предок людей и кальмаров жил приблизительно 500 миллионов лет назад. Именно тогда наши виды пошли разными путями, что, однако, не помешало глазам камерного типа развиться и у них, и у нас.

Конечно, есть и другие типы глаз. Фасеточные глаза также развились независимо у организмов, не связанных тесным родством; среди них – насекомые и один из видов креветок. В отличие от камерного, фасеточный глаз имеет множество линз, каждая из которых развивается почти поверх предыдущей. С эволюционной точки зрения фасеточным глазам сформироваться в какой-то мере легче, чем глазам камерного типа, и все же их строение остается невероятно сложным^[51].

Рис. 2.4. Конвергентные формы глаз у людей и кальмаров

В целом, согласно оценкам экспертов, в той или иной форме глаза независимо развились по крайней мере у сорока различных видов^[52]. Каким-то образом они развиваются у сложных видов, живущих там, где есть свет. Вот что сказал об этом Ричард Докинз: «По-видимому, жизнь, по крайней мере в известном нам виде, до неприличия желает иметь глаза… Если она есть на других планетах нашей Вселенной, можно ручаться, что глаза появятся и там, и работать они будут по тем же оптическим принципам, что и здесь, на Земле. Существует не так много способов создать глаз, и вполне возможно, что жизнь в известном нам виде знает их все»^[53].

Конвергенцию можно наблюдать и на гораздо меньших уровнях. Существует множество примеров конвергентной эволюции, происходящей внутри клетки. Например, ее можно наблюдать в фотосинтезе – необычайном процессе, в ходе которого растения поглощают солнечную энергию и запасают ее в форме сахара. Сегодня ученые утверждают, что определенный тип фотосинтеза (C₄-фотосинтез) развился независимо по меньшей мере у шестидесяти различных видов наземных растений^[54].

Конвергенция: правило, а не исключение

Биологи все отчетливей понимают, что конвергентная эволюция – это правило, а не исключение^[55][56]. Саймон Конвей Моррис, палеобиолог из Кембриджа, отмечает: «Конвергенция повсеместна. Я не могу представить ничего, что эволюционировало бы лишь раз – помимо очень, очень редких исключений»^[57]. Похожим образом выражается и Ричард Докинз: «Необычайно сложно представить что-либо, эволюционировавшее лишь однажды». Докинз сделал на этой мысли особый акцент, попросив своего коллегу Джорджа Макгэвина назвать несколько эволюционных адаптаций, произошедших однократно, и Макгэвин смог перечислить не так уж много^[58].

Мы обнаруживаем все больше примеров конвергенции и постепенно понимаем, что эволюция – не случайный процесс. «Видимые результаты естественного отбора и других формообразующих процессов, – пишет Конни Барлоу, – ни в коем случае не следует воспринимать как случайный карнавал форм и функций»^[59]. Исследуя повторение одних и тех же скелетных форм у представителей разных видов, биологи Роджер Томас и Вольф-Эрнст Райф приходят к выводу: «Хотя случайность играет исключительную роль в направлении течения эволюции, на ее исход она влияет в куда меньшей степени»^[60].

Обратим внимание на рис. 2.5. Предположим, нам нужно добраться из точки А в точку Б. Для этого есть четыре возможных пути, и чтобы выбрать из них один, нужно бросить игральный кубик. Таким образом, наш путь определит случайность, но независимо от пути исход будет одним и тем же: мы придем в точку Б. Данный пример хорошо описывает новое представление об эволюции, к которому за последние несколько десятилетий привела нас конвергенция. Некоторые ученые даже говорят о «глубинных организационных принципах, лежащих в основе эволюции»^[61], и признают, что даже если ее течение случайно, мы не можем сказать того же о ее результатах^[62].

В чем же причина столь широкой распространенности конвергенции, особенно с учетом предположения, что в основе эволюционных изменений лежат генетические мутации? Весьма вероятно – и это бросает вызов традиционному научному мышлению, – что не все мутации были случайны^[63]