Интеллектуальные развлечения. Интересные иллюзии, логические игры и загадки.

Кит Харрисон
Странности нашей эволюции

«Странности нашей эволюции: Рыба, которая развивалась, или Удивительная история происхождения человека»: Рипол Классик; 2010
ISBN ISBN 978-5-386-02551-9
Аннотация

Мы знаем о своем теле все. С этим утверждением согласится каждый, кто старательно проштудировал школьный курс анатомии человека. И каждый, кто согласится, — ошибется.
Оказывается, мы знаем о нашем теле намного меньше, чем нам кажется. Не верите?
Тогда скажите: почему наши локти и колени сгибаются в противоположных направлениях? Откуда берется боль в пояснице? А зубная боль? Почему женщины рожают в муках? И почему их походка сильно отличается от мужской? Откуда у мужчин взялись соски, если они, как известно, не имеют никакого отношения к кормлению младенца грудью? Почему некоторые люди ходят во сне?
Эта книга подробно ответит вам на все вопросы, а еще расскажет много чего очень интересного о человеке, который (по Харрисону) ведет свое происхождение не от обезьяны, как утверждал всем известный Дарвин, а от… рыбы. А еще вы узнаете, каким образом тело человека сможет эволюционировать в будущем и определить, чем наши далекие потомки будут отличаться от нас с вами сегодняшних.

Кит Харрисон
СТРАННОСТИ НАШЕЙ ЭВОЛЮЦИИ
Рыба, которая развивалась,
или
Удивительная история происхождения человека

Предисловие

В природе для нас нет ничего более очевидного и привычного, чем наше собственное тело. Но что мы знаем о нем? Почему у нас две руки и две ноги, а не четыре руки и не шесть ног? Почему ребра прикрывают наши легкие, а живот — нет? Почему наши локти и колени сгибаются в противоположных направлениях (и вообще, обращали ли вы внимание на этот факт)? Эта книга как раз отвечает на эти и другие, подобные им вопросы, прослеживая эволюцию человека не только от его ближайших родственников обезьян, но и от более далеких предков — рыб.

ГЛАВА ПЕРВАЯ

Родословная человека

История человеческого тела начинается далеко не с того момента, как наши обезьяноподобные предки слезли с деревьев. К тому времени их эволюция насчитывала по меньшей мере 500 миллионов лет, начиная с эпохи первых рыб, от которых и произошли все когда-либо существовавшие позвоночные животные, от маленьких лягушек и ящериц до огромных слонов и динозавров.
После того как в первобытных морях появились рыбы, они быстро распространились по всей планете. Некоторые заселили пресные водоемы, другие даже выбрались на сушу. Естественный отбор не прекращался ни на мгновение, и благодаря ему со временем возникли первые земноводные. Некоторые из земноводных превратились в первых наземных животных, пресмыкающихся, часть видов которых становились все крупнее и крупнее, пока не стали динозаврами. Другие виды пресмыкающихся эволюционировали в млекопитающих, животных более мелких размеров. Когда динозавры исчезли, оставив после себя только своих потомков в виде птиц, установивших господство в небе, млекопитающие стали полноправными хозяевами земли и деревьев. Время шло, и одна из популяций млекопитающих встала на задние ноги и вышла из леса. Далее, как говорится, началась история.
Здесь мы поведем речь о том, что послужило подоплекой этой истории. Мы вернемся к временам рыб и проследим развитие отдельных частей человеческого тела через прохождение стадий развития земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих. Каждая из этих стадий оставила свой след в организме человека. Ответить на вопрос «Почему мы выглядим так, а не иначе?» можно, только узнав об особенностях нашей эволюции.
У нас, как у позвоночных, много общих особенностей с рыбами, но в целом принцип строения нашего тела гораздо древнее. Пятьсот миллионов лет назад моря планеты, как и сейчас, кишели разнообразными животными, но все они были беспозвоночными. Всем нам знакомы их родственники: насекомые, паукообразные и ракообразные (тела которых заключены в твердую оболочку); моллюски (включая устриц с двумя створками, улиток со спиральной раковиной, садовых слизней и кальмаров с внутренней раковиной, а также осьминогов без раковины); иглокожие, названные так из-за иголок на теле (морские звезды, морские ежи, морские огурцы); кольчатые черви и их родственники (дождевые черви, нереиды, пескожилы, пиявки); круглые и плоские черви; морские анемоны, коралловые полипы, медузы и другие животные, менее известные и слишком многочисленные, чтобы их здесь перечислять.
И вот в тех древних морях у некоторых животных, предков рыб, появилось одно приспособление, которому суждено было навсегда изменить облик природы. Это была хорда — жесткая струна, проходящая по всему телу. Позже эта хорда в процессе эволюции превратилась в ряд костей, то есть позвонков, по которым все подобные животные и получили свое название. Ученые до сих пор не выяснили, какой именно группе беспозвоночных мы обязаны этим важным приобретением, которое называем одним словом — «позвоночник» (или «хребет»), хотя на самом деле он состоит из 26 разных костей. Но для начала стоит сделать несколько важных замечаний о строении тел беспозвоночных животных.

Что мы унаследовали от своих беспозвоночных предков

Тела животных имеют самые разнообразные формы. Некоторые как бы устремляются во все стороны из центра, как у морских звезд или коралловых полипов, но в большинстве случаев одна сторона тела служит зеркальным подобием другой стороны. Все внешние черты, расположенные на одной стороне, имеют свое отражение на другой; внутренние органы также часто бывают парными, а то, что существует в одном экземпляре (например, кишечник), обычно расположено вдоль центральной линии.
Беспозвоночные, ставшие впоследствии рыбами, обладали как раз такой двусторонней симметрией. Любое когда-либо существовавшее позвоночное животное, в том числе и мы, следовало тому же самому образцу. У нас две руки, две симметричные ноги, два симметричных глаза, два уха, две ноздри, два легких, две почки, по два яичника или яичка, а вдоль центральной линии расположен один мозг (с кое-какими парными деталями), один позвоночник, одно сердце (слегка сдвинутое к левой стороне), один репродуктивный орган и один кишечник (с большим количеством витков и изгибов, поскольку его длина до шести раз превышает наш рост) с одним входом и одним выходом.
Кроме того, наши беспозвоночные предки явно передвигались в своей среде обитания, поскольку мы унаследовали от них переднюю и заднюю части тела (правда, после того, как мы встали на две ноги, они превратились в верхнюю и нижнюю часть). Любое движущееся животное — будь то червь, креветка или улитка — имеет органы чувств спереди, то есть на том конце тела, которым оно движется вперед и которым в первую очередь воспринимает окружающую среду. И в самом деле, органы восприятия, расположенные, допустим, на хвосте, вряд ли представляют большую эволюционную ценность. Животному жизненно необходимо заранее знать, не движется ли оно в сторону пасти хищника, потому что, когда оно туда попадет, будет слишком поздно. По той же причине рот животного обычно расположен в передней части тела, потому что именно здесь происходит первый контакт с пищей. Особенно важно это для хищников, ведь потенциальная пища убегает, завидев своего преследователя (если бы львы прыгали на зебр задом, то вряд ли бы им удавалось так часто лакомиться мясом).
Все это способствовало тому, что в процессе эволюции животные почти всех групп приобрели головы, у нас голова закреплена посредством шеи над туловищем, но у других животных она находится спереди тела. На ней расположены органы зрения, обоняния, вкуса и слуха; через нее же мы поглощаем пищу. Внутри головы также расположен обрабатывающий информацию мозг, связанный нервами с находящимися поблизости органами чувств. Так что вовсе не удивительно, что в процессе эволюции он сформировался именно здесь. Всеми этими чертами нашего тела мы обязаны своим беспозвоночным предкам.

Шкала времени

Книга едва началась, а я уже вовсю разглагольствую об эволюции, почти ничего не рассказав о ней. Прежде чем продолжить историю рыбы, давайте остановимся и немного поговорим о масштабе времени, о научности и о естественном отборе, важнейшем принципе эволюции. Начнем с временной шкалы, которой оперируют все, кто изучает эволюцию.
Земле примерно 4 550 000 000 (четыре с половиной миллиарда) лет. Если сжать все это время в один год и представить, что Земля сформировалась 1 января, а сегодня полночь 31 декабря, то первые микроскопические клетки появились 1 марта, тогда как наши рыбы-предки — ранние позвоночные — появились не ранее 21 ноября. Для того чтобы жизнь из простых химических соединений эволюционировала до клетки, потребовалось 750 миллионов лет, а затем еще 3 миллиарда (две трети возраста Земли) на то, чтобы из клеток возникли рыбы. После этого дело пошло быстрее, но все равно первые рыбы освоили сушу лишь в декабре. Земноводные возникли 2 декабря, а вслед за ними, 8 декабря, появились рептилии. Млекопитающие возникли 13 декабря, но оставались на заднем плане, пока 26 декабря, ближе к вечеру, не вымерли все динозавры. Люди же появились лишь за несколько часов до конца года.

ГЛАВА ВТОРАЯ

Наука, религия и камни

В этой книге мы исследуем историю человеческого тела. Поскольку все открытия в этой области сделали несколько поколений ученых, то стоит поподробнее разобраться с тем, что же представляет из себя наука.
Наука, как это следует из самого слова, означает то, чему учатся и посредством чего получают знания. На протяжении человеческой истории способы получения знаний неоднократно менялись и не всегда были одними и теми же. В средневековой Европе, например, тоже были любознательные люди, которые задавались вопросами о происхождении мира, но вместо наблюдения за окружающей действительностью и опытов они предпочитали искать знания в старых книгах или обсуждали свои теории в ходе споров на абстрактные темы, пытаясь убедить друг друга в своей правоте. Постепенно такие споры и методы теоретического убеждения вышли из моды, в XVII столетии уступив место научным методам.
Научный метод можно схематически представить в виде треугольника. Сначала мы наблюдаем мир (или ту его часть, которая нас интересует). Затем мы составляем теорию, объясняющую наблюдаемые явления — гипотезу. Пока что это не слишком сильно отличается от прежнего подхода, но после этого мы переходим к совершенно иной, третьей, стадии. Вместо того чтобы обсуждать сильные и слабые стороны теории, мы ставим эксперименты и проверяем все на практике. Наблюдая за результатами эксперимента, мы возвращаемся к первой стадии, то есть к наблюдению за окружающим миром.

Научный метод

Так мы можем кружить по этому треугольнику столько раз, сколько потребуется для того, чтобы убедиться в истинности теории и в том, что мы действительно понимаем принципы происходящего; при этом могут возникать новые догадки и ставиться новые опыты.
Такой научный метод служит основным способом получения знаний в современной цивилизации, но это далеко не новое изобретение. Это лишь развитие того принципа, каким мы руководствуемся в своей повседневной жизни. Представьте, например, что вы идете по улице и замечаете перед собой ворсистый коричневый шар. Это наблюдение (стадия 1). Вы задумываетесь над тем, что же это такое, и вам в голову приходит, что это кокосовый орех, закатившийся сюда с ближайшего рынка. Теперь у вас есть теория: «Это кокосовый орех» (стадия 2). Вы нагибаетесь, чтобы поближе исследовать шар и пробуете сдвинуть его с места ногой. Так вы проводите эксперимент для проверки своей теории (стадия 3). Но тут вы видите (снова стадия 1), как шар вскакивает и быстро убегает в кусты. Ваша теория неверна, и вы разрабатываете новую: «Это небольшое животное» (снова стадия 2). Затем вы идете к кустам, чтобы получить новые данные об этом явлении. Пусть вы даже и не догадываетесь об этом, но вы используете научный метод познания мира. Вы уподобляетесь ученому. Все мы практически ежедневно пользуемся научным методом в своей жизни. Допустим, мы забыли ключи, но нам кажется, что мы оставили их в кармане куртки, которую надевали прошлым вечером. Мы идем к куртке и проверяем свою догадку — наблюдение, теория, эксперимент. Все мы в той или иной степени ученые. В наши дни словом «ученый» принято называть человека, занимающегося какой-то строго определенной академической деятельностью с «научным» названием — астрономия, геология, химия, генетика и десятки других, — а также того, кто получает за эту свою деятельность деньги, но в действительности все мы ученые.
Начиная с XVII века слово «наука» приобрело некий налет загадочности и мистичности, но на самом деле в науке нет ничего мистического и загадочного, это всего лишь описанный выше треугольник. Загадочность по большей части ей придают два фактора. Во-первых, предмет изучения ученых непрофессионалам кажется очень сложным («Как возникли звезды?», «Из чего состоит атом?», «Как континенты перемещаются по поверхности твердой Земли?»); во-вторых, в каждой отрасли науки используется своя терминология, непонятная для непосвященных и потому кажущаяся загадочной и даже подозрительной.
Когда ученые изучают такие сложные явления, как образование звезд, они разбивают общую тему на несколько сотен различных наблюдений, строят сотни отдельных теорий и проверяют каждую из них по отдельности. Иногда для проверки даже простой теории требуются сложные инструменты, но в конечном итоге сложными оказываются только технология и общая тема. Что же касается терминологии, то свой жаргон присущ практически любой человеческой деятельности. Кто сможет понять все, о чем говорят между собой механики, или перечислить названия всех плотницких инструментов? Разве что сам механик или плотник. Наука — это настолько широкое занятие (в действительности даже целый ряд занятий), что немногие ученые понимают то, о чем говорят другие ученые даже близкой к ним области знаний. Можно даже утверждать, что биолог, занимающийся классификацией птиц, и биолог, изучающий физиологию птиц, говорят на совершенно разных языках, так как пользуются в своей работе разными терминами, хотя и работают с одной и той же группой животных. Науку не следует рассматривать как некую однородную сферу деятельности, представители которой знают все и смотрят свысока на «простых людей». Большинство профессиональных ученых узнают о том, что происходит в современной науке, из газет и по телевидению, точно так же, как и большинство из нас.

 Что не является наукой?

Некоторые виды познавательной деятельности не подпадают под категорию науки, поскольку не следуют описанному выше «правилу треугольника». Например, наблюдая за окружающим миром, некоторые приходят к мысли о существовании сверхъестественной силы или бога. В данном случае перед нами две стадии из трех: наблюдение и объясняющая факты теория. Если же мы попытаемся провести эксперимент, то столкнемся с определенной проблемой. Какой эксперимент, по вашему мнению, может однозначно доказать существование бога? Пока что никто не дал ответа на этот вопрос. Следовательно, религия это не наука.
Распространено мнение, что наука противоречит религии и пропагандирует атеизм. Это неверно. Научные эксперименты не опровергают и даже не могут в принципе опровергнуть существование бога. Согласно давно известному принципу, «отсутствие доказательств не есть доказательство отсутствия». Если что-то не удается доказать с научной точки зрения, то наука попросту ничего об этом не говорит. Существование или несуществование бога — это вопрос веры. Атеист, с уверенностью отрицающий существование бога, верит в свою теорию точно так же, как и человек, утверждающий, что бог есть. Никому из них наука помочь не может и в этом вопросе вынуждена стоять на позициях агностицизма (от греческого agnostos — недоступный познанию). Единственный серьезный ответ на вопрос о боге из уст ученого звучит так: «Я не могу с помощью научного метода найти какое-либо достоверное доказательство существования бога, следовательно, я не берусь за это». Многие ученые верят в бога, но для них это, опять-таки, вопрос веры. В этом нет никакого противоречия. Наука исследует только физический мир, но поскольку ученые тоже люди, то им присущи две стороны человеческой личности — логика и интуиция — эти параллельные методы познания Вселенной. Наука и религия являются отражением этих двух методов. Они прекрасно могут не только уживаться вместе, но и дополнять друг друга.

Окаменелости

Применять научный метод к исследованию современного нам окружающего мира не так уж и сложно, но как быть, если мы хотим исследовать прошлое? (Ученые же не могут, например, записать на пленку брачный зов динозавров.) Оказывается, прошлое тоже поддается исследованию при помощи научного метода. Пока теорию можно проверить на практике, она остается научной; проверка не обязательно должна быть лабораторным экспериментом, она может принимать и форму предсказания. Например, если птицы в ходе эволюции произошли от динозавров, то где-то в твердых породах должны остаться окаменелые останки существ, совмещающих признаки пресмыкающихся и птиц. Рано или поздно палеонтологи должны будут их найти. Отсюда следует, что теория происхождения птиц от пресмыкающихся вполне поддается проверке, даже если никто изначально не знает, сколько времени понадобится на эту самую проверку. На самом деле такая окаменелость уже была найдена в 1861 году в каменоломне на территории Германии. Так называемый археоптерикс совмещает признаки обеих групп животных. Правда, в поисках окаменелостей ученым приходится полагаться скорее на везение, чем на логику. Большинство животных и растений не оставляют следов после своей гибели — их пожирают другие животные или разрушают микроорганизмы в процессе разложения. Останки животных и растений сохраняются в камне только в очень редких случаях, и даже тогда большинство окаменелостей разрушается в ходе эрозии или залегает слишком глубоко, где их никто никогда не найдет. Окаменелости находят только тогда, когда кто-нибудь специально интересуется ими, а поэтому замечает в разрушающихся горных породах или обнаруживает в ходе раскопок шахт или каменоломен. Получается, что вероятность обнаружить останки древних животных и растений крайне мала, и мы никогда не составим полной картины того, какие животные существовали в данной местности в определенное время. Таким образом, изучать палеонтологию это все равно что анализировать игру футболистов по теням на поле, да и то при облачной погоде.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

Эволюция, Дарвин и естественный отбор

Идея эволюции далеко не нова, в Европе ее можно проследить до древних греков, живших более двух с половиной тысяч лет назад. В течение столетий христианская церковь отвергала идею эволюции, потому что она противоречила начальным словам Библии, в которой говорится, что Бог создал Землю и всех населяющих ее существ, в том числе и нас, за шесть дней. В этом, кстати, и заключается подоплека предполагаемого конфликта между наукой и религией. Пусть наука ничего не имеет против идеи существования Бога, но она вполне может доказать, что мир не был создан за шесть дней.
К концу XVIII века, благодаря развитию науки и многочисленным трудам изучавших окружающий мир натуралистов, предположение о том, что виды животных и растений со временем изменяются, казалось все более и более убедительным. Но кроме религиозных возражений существовали еще две проблемы, мешающие принять идею эволюции: возраст мира и то, что никто пока не предложил объяснения механизма такой эволюции. В то время считали, что Земле не более нескольких тысяч лет, а этого недостаточно, чтобы живые организмы претерпели значительные изменения. К началу XIX века ученые стали приходить к мысли, что сложную геологическую структуру планеты можно объяснить, только признав, что она образовалась в ходе невероятно долгих процессов — вулканической деятельности, отложения пород и выветривания, — а отсюда следует, что возраст Земли гораздо больше, чем предполагалось ранее. В таком случае и к идее эволюции следует относиться уже более серьезно.
И в самом деле, временной масштаб эволюции поистине огромен и с трудом поддается осмыслению. Даже в наши дни, когда мы в своих рассуждениях с легкостью оперируем миллионами лет (как я на первых страницах этой книги), наш разум не до конца понимает весь смысл этих цифр. Если читатели-нехристиане позволят мне такой пример, то большинство из нас признает тот факт, что между нынешним моментом и рождением Христа более 2000 лет назад прошло очень много времени. Христос жил в эпоху так называемой древней истории, но, закрыв глаза, мы, вероятно, без особого труда представим себе этот временной отрезок. Если я попрошу вас подумать о том, что происходило 10 000 лет назад, то вам придется представить себе пять таких временных отрезков. Тогда еще не произошло ни одного события, описанного в каких бы то ни было исторических книгах. Нашим предкам предстояло раскалывать куски кремния еще как минимум тысячу лет. Такую временную шкалу вообразить труднее, но возможно. Ну а теперь попробуйте представить себе промежуток времени, превышающий отрезок между нами и Христом в 2000 раз! Это практически невозможно, такое время не поддается восприятию и находится где-то за горизонтом нашего восприятия. А ведь это всего лишь 4 миллиона лет назад. Тогда наши предки слезали с деревьев и, расхаживая по африканской саванне, оставляли отпечатки следов, почти идентичные нашим. С геологической точки зрения прошло не более нескольких часов. Огромные динозавры вымерли 65 миллионов лет назад, после того как были полноправными хозяевами на протяжении 140 миллионов лет, а ведь и они появились сравнительно «недавно». Жизнь существует на нашей планете более трех с половиной миллиардов лет. Эволюция и в самом деле происходит очень медленно — но ведь торопиться ей некуда, не правда ли?

Дарвин

В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал книгу «Происхождение видов путем естественного отбора». Именно естественный отбор был предложен Дарвином в качестве рабочего механизма эволюции. В своей книге ученый перечислил несколько важных наблюдений: ограниченность природных ресурсов (таких как пища или жизненное пространство), конкуренция между видами и особями за эти ресурсы и существование небольших различий между отдельными представителями одного вида.
Дарвин предположил, что в условиях конкуренции, когда между особями наблюдаются небольшие различия (например, один леопард бегает немного быстрее другого; цвет шерстки одной мыши бледнее цвета шерстки другой), некоторые признаки одной особи дают ей преимущество над другой особью, а другие признаки, напротив, не дают преимуществ. В «борьбе за существование», как это назвал Дарвин, благоприятные признаки повышают вероятность выживания и, следовательно, того, что данная особь оставит после себя потомство. Таким образом, природа производит отбор по некоторым признакам, которые передаются следующему поколению. В ходе такого естественного процесса, когда одни признаки закрепляются, а другие исчезают, происходит эволюция, то есть изменение вида.
Дарвина часто называют «отцом теории эволюции», хотя его скорее следует назвать «отцом теории естественного отбора», предложившим объяснение механизма эволюции. Его идеи многократно проверялись с момента выхода его книги в свет, так что теория давно перестала быть теорией. В настоящее время эволюция и естественный отбор стали признанными фактами.

Естественный отбор

В ходе естественного отбора меняется общий облик вида, а не черты отдельных животных. В упрощенном виде это можно показать на следующем примере: представьте себе стадо газелей, в котором длина ног одних особей слегка отличается от длины ног других особей. Иными словами, существуют высокие газели и низкие газели (можно, конечно, представить себе комнату, заполненную высокими и низкими людьми, только продемонстрировать преимущество в росте тогда было бы не так просто). Если всех газелей с короткими ногами, бегающих не слишком быстро, легко ловят и съедают львы, то выживут газели с длинными ногами. Коротконогие газели не проживут достаточно долго, чтобы оставить потомство, поэтому все следующее поколение газелей, скорее всего, будет обладать длинными ногами. Заметьте, что ни у одной отдельной газели ноги ничуть не удлинились, но средняя длина ног всех газелей стала больше. Иными словами, газели эволюционировали. Таким образом, естественный отбор проявляется в потомстве и влияет на облик последующего поколения.

Естественный отбор поведения

Некоторые признаки, отбираемые природой, могут быть особенностями поведения, а не чертами облика, определяемыми генами. Например, группа животных (в том числе и первобытные люди), которые решили приходить на водопой в то же место, что и хищники, причем в одно время с ними, и которые толкаются между собой вместо того, чтобы не терять бдительности, вряд ли проживут достаточно долго, чтобы передать эту особенность поведения своим потомкам в качестве примера. С другой стороны, группа, которая выжидает, пока хищники не напьются, а потом выставляет наблюдателей и пьет по очереди, скорее всего, передаст эту особенность поведения следующему поколению.
Конечно, не все так просто, ведь некоторые особенности поведения могут контролироваться и генами. В таком случае это унаследованное, а не усвоенное поведение. В качестве примера можно привести способности новорожденных младенцев сосать и издавать крик, а также хватательный рефлекс. Младенец в самом раннем возрасте какое-то время очень цепко хватается за пальцы взрослых и может даже висеть на руках задолго до того, как обучается делать это сознательно. Наблюдая за другими приматами, которые переносят на спине своих новорожденных, крепко цепляющихся за шерсть родителей, нетрудно понять происхождение этого рефлекса у человека.
Практически универсальный страх человека перед темнотой также можно объяснить унаследованным поведением. Сотни тысяч лет назад, когда люди жили под открытым небом в окружении хищников, страх перед темнотой был очень даже благоприятным признаком. Склонность ходить посреди ночи, когда ничего вокруг не видно, или бродить в потемках по пещере вряд ли можно назвать выигрышной стратегией. Особи, боявшиеся темноты и стремившиеся найти укромное место после наступления сумерек, передавали страх перед темнотой своим детям (если он действительно заложен в генах), и в конечном итоге он дошел до нас. В настоящее время находиться у себя дома после захода солнца, как правило, не намного опаснее, чем днем, но заложенный природой страх остается и нещадно эксплуатируется практически в каждом фильме ужасов.

Выживание наиболее приспособленных

Когда в обычной беседе заходит речь об эволюции, часто всплывает фраза «выживание сильнейших». На самом деле естественный отбор предполагает, что выживают не самые «здоровые» или самые «сильные» особи, а выживают те растения и животные, которые лучше других приспособлены к окружающей среде. В примере про газелей и львов газели с длинными ногами выживали по той причине, что их организм оказался более приспособленным к условиям, когда на них охотились хищники.
Иногда в ходе эволюции случалось и так, что некоторые группы животных выжили и оставили потомство не потому, что оказались наиболее приспособленными, а только потому, что что-то произошло с их конкурентами. В таком случае можно говорить уже о «выживании самых везучих». В качестве примера можно привести популяцию северных морских слонов, обитающих в северной части Тихого океана. В XIX веке охота на этих животных привела почти к полному их исчезновению, так что к 1890 году в живых оставалось менее 20 особей. Эти животные не обладали какими-то особенными чертами, позволявшими им лучше скрываться от охотников, просто они случайно остались самыми последними.
Получилось так, что их все-таки не уничтожили, и сейчас, после введения запретов на отстрел этих животных, их численность превышает 30 000 особей. Но весь генофонд этой популяции унаследован от тех самых нескольких морских слонов, так что в наше время их генетическое разнообразие гораздо беднее, чем было изначально. Генетический набор этой популяции как бы пропустили через фильтр, в результате чего большая часть генов отсеялась. Материал для естественного отбора значительно сократился, что, несомненно, сильно повлияет на дальнейшую эволюцию морских слонов.
В Африке через тот же эффект «бутылочного горлышка» несколько тысяч лет назад, похоже, прошла популяция гепардов. Генетическое разнообразие современных гепардов настолько мало, что очень вероятным кажется предположение о былом сокращении их численности до нескольких особей.
Вкратце данную главу можно изложить следующим образом: естественный отбор (иногда в сочетании с катастрофами) служит эффективным механизмом изменения признаков вида в последующих поколениях. Путем естественного отбора удаляются некоторые особи до того, как они успеют дать потомство, у одних возникают препятствия с продолжением рода, у других, наоборот, благоприятные условия. Таким образом, следующее поколение наследует больше полезных признаков, способствующих выживанию вида. Поскольку большинство этих признаков определяется генами, то важно знать, что же представляют собой эти самые гены.

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

Гены

Слово «ген» происходит от древнегреческого слова, обозначающего «род, происхождение» (тот же корень присутствует и в слове «генеалогия»). Гены — это передаваемые из поколения в поколение единицы наследственности, своеобразные инструкции, согласно которым организм формируется и поддерживает свое существование. Такие инструкции определяют внутренние свойства, например производство ферментов в кишечнике или такие очевидные признаки, как величина роста, форма носа.
Каждый ген представляет собой отрезок длинной молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), названной так потому, что эта молекула кислоты находится в ядре клетки («нуклеус») и включает в себя сахарид рибозу без одного атома кислорода («дезокси» означает отсутствие кислорода). Цепочки ДНК содержатся в ядрах большинства клеток, а всего в человеческом теле насчитывается примерно сто триллионов клеток (100 000 000 000 000, или 1014), в каждой из которой присутствует полный набор генов, определяющий признаки организма. Таким образом, клетка в глазу содержит те же гены, что и клетка желудка или колена, даже если большинство из этих генов никогда не используются. Это все равно как если бы в каждой библиотеке мира хранились точные карты каждого города на земле с указанием домов и улиц, даже если большинство жителей приходили бы в библиотеку только для того, чтобы посмотреть карту своей местности.
В ядре клетки человека содержится 46 цепочек ДНК, общей длиной более 2 метров и насчитывающих примерно 24 000 генов. Эти 46 цепочек расположены парами, потому что все мы получаем по одному экземпляру парных молекул от каждого из родителей: 23 из яйцеклетки матери и 23 из сперматозоида отца. Это все равно что получить 23 пары носков на день рождения, по одному правому носку от матери и одному левому — от отца. Если расположить их попарно, то получится как раз полный набор.
Каждая цепочка в паре содержит гены, определяющие признаки и свойства нашего тела (цвет волос, цвет глаз, длину рук), но и в другой парной цепочке содержатся гены тех же признаков и свойств. Эти цепочки — своеобразные близнецы. Отсюда следует, что мы получаем по два гена, отвечающих за большинство свойств организма. На практике, конечно, все немного сложнее, но вам, читателям этой книги, необязательно вникать во все эти тонкости.
В определенный период жизни клетки каждая цепочка ДНК сворачивается спиралью словно веревка или канат и образует более плотную и короткую структуру под названием «хромосома» (от греческих слов, обозначающих «цветное тело», потому что раньше, когда ученые только начали исследовать клетки под микроскопом, они для наглядности окрашивали их разными красителями, и хромосомы иногда проявлялись в виде коротких темных лент. В наши дни мы называем эти цепочки хромосомами вне зависимости от того, плотно они упакованы или нет). Такие «цветные тела» образуются в клетке, когда она готовится к делению в ходе роста ткани или зарастания ран.
Большинство клеток постоянно сменяется клетками следующего поколения. Наша кожа постоянно отслаивается, и под ней вырастает новая кожа; красные кровяные тельца, переносящие по организму кислород, живут примерно 120 дней. В каждом из нас содержатся миллиарды миллиардов красных кровяных телец (только в одной большой капле крови их примерно 500 миллионов), а каждый день из костного мозга образуется 170 миллиардов (170 000 000 000) новых красных кровяных телец, приходящих на смену разрушенным или, лучше сказать, переработанным селезенкой, печенью и (опять-таки) костным мозгом. При сдаче крови организм донора теряет пол-литра крови, в которых содержится примерно два с половиной триллиона (2 550 000 000 000) красных кровяных телец, и для их восстановления требуется 50 дней. (Исходя из формулы: 2 550 000 000 000 : 170 000 000 000 = 15, могло бы показаться, что для восстановления такого количества клеток требуется 15 дней, но на самом деле эти клетки потеряны для организма, и их материал не может использоваться. Доноры вынуждены получать «сырье» для новых клеток из пищи.)
У большинства животных в красных кровяных тельцах содержится ДНК, точно так же, как и в остальных клетках тела, но у млекопитающих, в том числе и у нас, эти клетки в процессе формирования теряют свои ДНК. Поэтому судебные медицинские эксперты могут с легкостью отличить пятна крови птицы (оставленные, например, в ходе приготовления ужина) от пятен крови человека.
Поскольку клетки тела постоянно размножаются, образуя новые клетки кожи, крови или других тканей, то копии хромосом (а следовательно, и генов)переходят во все последующие клетки. В женских яичниках образуются яйцеклетки, а в мужских яичках — сперматозоиды, имеющие по одному набору хромосом. При их слиянии образуется клетка, которая начинает делиться как обычно. К тому времени, как ребенок полностью сформируется, его гены успевают подвергнуться копированию огромное количество раз.

Мутации

В научно-фантастических произведениях мутацией называется нечто очень плохое и страшное. На самом деле слово «мутация» означает просто «изменение». В процессе роста и развития организма, а также в ходе образования нового организма, гены постоянно копируются, и иногда случается так, что в ходе копирования происходит ошибка. В качестве аналогии можно привести анекдот времен Первой мировой войны. Говорят, что один офицер с передовой приказал солдату передать сообщение в штаб: «Вышлите подкрепление, мы собираемся наступать». Но в спешке тот не успел записать его на бумаге, а в устной форме передал посыльному. Посыльный в свою очередь устно передал его дежурному по штабу. Так оно переходило из уст в уста, пока начальство с удивлением не услышало: «Примите поздравления, мы отправляемся танцевать». В данном случае примечательно то, что конечное сообщение имеет свой смысл. Оно не превратилось в набор ничего не значащих слов и звуков, а вместе с тем оно не имеет никакого отношения к текущей ситуации и не связано с исходящей информацией. Проблема заключается в том, что сообщение несколько раз копировалось с ошибками, как это бывает и с генами.
Мутация гена может либо привести к тому, что он полностью утратит свою важную функцию (если это ошибка, допущенная при образовании яйцеклетки или сперматозоида, то организм может погибнуть еще на стадии зародыша), либо не иметь серьезных последствий. Иногда бывает и так, что изменения в гене идут на пользу организму. Поскольку изменения носят случайный характер, то результат бывает самый разный. В некоторых случаях информация искажается, как в приведенном выше примере из военной жизни, но не превращается в полную бессмыслицу. Ген не уничтожается, но перестает выполнять свою работу. В зависимости от того, какой вред или какую пользу приносит ген в своей новой форме, эти изменения со временем закрепляются в популяции организмов одного вида или исчезают из нее. Ген, из-за которого погибают зародыши, погибает вместе со своими носителями и не передается последующим поколениям. Но если мутация оказывается полезной, то такой ген быстро распространяется в популяции.
Приведем другую аналогию. Гены — это своего рода инструкции или кулинарные рецепты, а организм — выпекаемый торт. Представьте, что в одном рецепте написано, что торт нужно посыпать кокосовой стружкой, но она не всем приходится по вкусу. Кое-кому такой торт нравится, и его покупают, но не в больших количествах; рецепт тоже не пользуется особенной популярностью. Однажды кто-то просит переписать ему рецепт, но ему дают клочок бумаги с очень неразборчивым почерком. Вместо «100 г кокосовой стружки» он записывает «100 г шоколадной стружки». Торт получается восхитительным. Все, кто его пробует, просят переписать им рецепт. В результате очень скоро появляется 500, затем 5 тысяч и, наконец, 5 миллионов копий рецепта. Ошибка в копировании, то есть «мутация», оказалась благоприятной для этого рецепта, и изготовленные по нему торты стали популярны во всем мире. То же самое может произойти и с генами, которые, казалось бы, не доставляют никаких особых преимуществ своим носителям. Так, например, в гене крови человека однажды произошла мутация, которая не принесла никаких преимуществ, но тем не менее обрела самое широкое распространение. Для большинства из нас именно она определяет группу крови.

Группы крови

На поверхности красных кровяных телец имеются молекулы под названием «антигены». Они бывают двух типов: А и В. Эти типы мы наследуем от наших родителей, и именно они определяют нашу группу крови.
Для обозначения групп крови используется система АВ0. Иногда можно услышать, что это «трехбуквенная система», но на самом деле «0» это не буква, а цифра «ноль». Она обозначает отсутствие антигенов А и В.
На заре истории нашего вида было две разновидности гена группы крови: А и В. Если ребенок наследовал ген А от матери и ген А от отца, то у него была группа крови А. Если же он наследовал ген В от обоих родителей, то у него была группа крови В. А если он наследовал по одному из генов А и В, то у него была группа АВ. Но однажды один из этих генов мутировал таким образом, что вообще перестал производить антигены. И хотя эта мутация не предоставляла никаких преимуществ ее носителям, она настолько широко распространилась во всем мире, что в настоящее время это самая частая разновидность гена группы крови. Получается, что сейчас возможных сочетаний генов гораздо больше, чем было изначально.
Если ребенок получает по гену а от каждого из родителей («АА»), то у него, разумеется, будет группа крови А, как и раньше. Но сейчас может случиться и так, что от одного родителя он получит ген, производящий антитела А, а от другого ничего не производящий ген — сочетание «А0» (А плюс 0). Поскольку анализ крови будет давать положительную реакцию на антиген А, то его кровь также принадлежит к группе А. Таким образом, мы имеем два сочетания для одной и той же группы крови А (а если считать гены отца и матери разными, то даже три — АА, 0А и А0). То же относится и к группе крови В. Кроме этого, ребенку по-прежнему могут достаться два разных варианта гена, А и В. В таком случае у него будет группа крови АВ. Наконец, и от отца, и от матери ему могут достаться гены, не производящие ничего, то есть гены 0. В результате у него будет группа крови 0 («00»). Получается, что единственный способ получить группу 0 — это получить по нулевому гену от отца и матери, но, несмотря на это, такая группа самая распространенная. А все потому, что большинство родителей с группой крови А имеют гены «А0» или «0А», а не «АА». Также и большинство людей с группой крови В имеют гены «В0» или «0В», а не «ВВ». Если добавить к ним людей с генами «00», то получается, что носителей гена «0», не производящего никаких антигенов, большинство.
В результате мутации гена крови возникла ситуация, когда группа крови детей может отличаться от группы крови каждого из родителей. Например, оба родителя имеют группу А, а у их ребенка группа 0: 
Или же у одного родителя может быть группа А, у другого группа В, а у их ребенка группа АВ или 0:
В последнем примере у ребенка могла быть также группа А («А0») или группа В («0В»), но не «АА» и не «ВВ». Какой из вариантов окажется в действительности — исключительно дело случая. Это зависит от того, какой из генов матери, «А» или «0», окажется в яйцеклетке при оплодотворении, а также от того, какой из генов отца, «В» или «0», окажется в оплодотворившем яйцеклетку сперматозоиде (в яйцеклетке или сперме остается только одна хромосома из парных). Если у таких родителей несколько детей, то группы крови у них могут отличаться.
Процентное соотношение групп крови среди населения современной Великобритании таково (в квадратных скобках указано процентное соотношение групп крови среди населения США): Группа 0 — 45 % [45 %]; группа А — 43 % [40 %]; группа В — 9 % [11 %]; группа АВ — 3 % [4 %]. Но среди жителей как США, так и Великобритании много иммигрантов. (Те, кто жалуется на засилье иммигрантов в современной Англии, забывают, что они сами являются потомками англосаксонских мигрантов. Без миграции вообще не было бы никакой англосаксонской культуры и никакой Англии). Следовательно, процентное соотношение групп крови в Великобритании и США не отражает изначального распределения групп крови среди кельтского населения Британских островов или североамериканских индейцев.
У коренных жителей Северной Америки практически не было группы В, и это дало повод предположить, что они являются потомками одной немногочисленной группы, мигрировавшей в Северную Америку из Азии через Берингов пролив в конце ледникового периода. Так получилось, что в той популяции не нашлось представителей группы В, и в целом ситуация походит на описанный выше случай с северными морскими слонами, за исключением того, что остальное человечество не вымерло. Эффект «бутылочного горлышка», когда образуется отдельная группа внутри одного вида, ученые называют «эффектом основателя».

Взаимодействие генов

Случай с группами крови довольно сложен, хотя с другими генами дело обстоит еще сложнее. Некоторые признаки действительно зависят от одного-единственного гена (точнее, от одной генной пары), который получает удобное название, вроде «гена цвета глаз» или «гена высоты роста». Но в большинстве случаев признаки зависят от многих взаимодействующих друг с другом генов. В настоящее время известно, что цвет глаз определяют по меньшей мере три разные генные пары, причем есть подозрение, что их гораздо больше. Цвет кожи также зависит не от одного гена, что верно и для многих других особенностей нашего организма.
На этом сложности не заканчиваются. Было бы неверно рассматривать организм как запрограммированную генами машину, собираемую по четким инструкциям, подобно тому, как собирают машины на заводе. В отличие от них в биологических системах, таких как наш организм, многие «детали» не имеют жесткого крепления. Взаимодействующие между собой гены определяют не столько конечные признаки организма, сколько его развитие от зародыша до взрослой особи. Например, кожа вырастает не потому, что в ее гене заложена «инструкция по сборке кожи», а потому что ее клетки получают сигналы от соседних клеток, направляющие действие их генов в определенном порядке. Если это участок кожи на голове, то включаются гены роста волос, если это участок во рту, то гены роста волос выключаются. Гены, ответственные за рост волос, имеются во всех типах кожи, ведь по большому счету один и тот же набор генов присутствует практически во всех наших клетках. Наивно было бы полагать, будто гены в клетках рта и гены на макушке головы «знают», где они находятся. Многие виды тканей развиваются так, а не иначе не из-за содержащихся в них генах, а в ходе взаимодействия с другими окружающими их тканями. Наше тело — это не просто собранный на конвейере механизм, а скорее результат непрерывного взаимодействия и развития всего сообщества клеток и тканей, растущих и влияющих друг на друга на протяжении всей нашей жизни, особенно на тех порах, когда мы еще находимся в утробе матери.
Принимая во внимание всю сложность взаимодействия генов и учитывая то, что конечный результат зависит от огромного количества самых разных факторов, действующих в период развития организма, все известия о том, что в какой-то лаборатории удалось открыть «ген облысения» или «ген гомосексуальности» (эти сообщения в последнее время неоднократно появлялись в средствах массовой информации), можно смело причислить к жанру научной фантастики.

ГЛАВА ПЯТАЯ

Эволюция на практике

Форма тела особи любого вида представляет собой набор признаков, переданных ей по наследству от предков. Для того чтобы выжить в текущей среде обитания или приспособиться к новым условиям окружающей среды, популяции необходимо пройти через естественный отбор тех признаков, которые имеются в генофонде вида. Поскольку каких-то идеальных генов, соответствующих данным условиям, чаще всего не бывает, природа обходится тем, что есть. Здесь можно привести очередную аналогию.
Представьте себе, что вы совершали морское путешествие и потерпели кораблекрушение. Вам повезло, и вы выбрались на необитаемый остров, где вам придется полагаться только на то, что находилось в ваших карманах на момент кораблекрушения. Понятно, что идеальными в данных условиях были бы набор всевозможных инструментов и «Справочник по выживанию на необитаемом острове» (Автор Робинзон Крузо, 4-е издание). Но у вас ничего такого нет. Значит, нужно использовать то, что есть, иначе вы погибнете.
В кармане у вас завалялась монетка. Вы затачиваете ее края на камне и пользуетесь ею для обстругивания веток, с целью создания стрел для охоты и гарпунов для ловли рыбы. Конечно, для этого гораздо лучше подошел бы нож, но его у вас не было. Впрочем, с этим неплохо справляется и монетка, а благодаря выпуклым буквам и цифрам на поверхности она не так сильно скользит в руках. Позже вы придумываете еще один способ затачивать стрелы. Вам уже не нужен нож, но нужно грузило для удочки. Идеально для этого подошел бы кусочек свинца, но его у вас нет. Поэтому вы сгибаете монету пополам и прикрепляете ее к леске. Теперь выпуклые буквы помогают ей крепче держаться на леске. Итак, вы уже нашли два применения тому, что предназначалось совершенно для других целей и не имело никакого отношения к жизни на необитаемом острове. При этом монета — не самый совершенный инструмент, но он работает. Вы ловите рыбу и поддерживаете свое существование. Тем временем на монете остаются отметки, повествующие об ее истории. На ней до сих пор видны отчеканенные буквы с цифрами, она сохраняет округлую форму, а также острые края с того времени, когда служила режущим орудием. В данный момент чеканка используется совсем для другой цели, нежели изначально, а острые края уже не нужны, хотя никакого вреда от них тоже нет.
То, что мы проделали с монеткой, эволюция автоматически делает с различными органами тела в ходе естественного отбора. Результат же получается примерно тот же. Тела многих животных сохраняют черты, которые сейчас используются совсем для других задач, нежели раньше. Зубы акулы — это видоизмененные чешуйки; крылья птицы — видоизмененные передние конечности; мембраны на крыльях летучих мышей сначала прикрывали тело, но позже стали использоваться для увеличения аэродинамической поверхности и т. д. Кроме того, некоторые черты, подобно заостренным краям монеты в нашем примере, сейчас не имеют никакого полезного свойства, хотя в прошлом были полезны для предков нынешних особей и передавались из поколения в поколение. Вы, вероятно, сейчас сидите на остатках хвоста, который возник у ваших предков и выполнял полезные функции, но в настоящий момент представляет собой лишь несколько костей на конце позвоночника. Другой пример — рудиментарный палец собак, который можно заметить у них высоко на ноге и который не касается земли. У предков собак было пять полноценных пальцев, но в процессе эволюции они стали бегать быстрее, так что один палец уменьшился в размерах и поднялся выше (сокращение числа пальцев на ноге распространено среди животных, которые быстро передвигаются по земле; см. рис. в гл. 12, раздел «Ступни»). Сейчас у собак только четыре функциональных пальца. Пятый палец ничего полезного не дает, и собаководы иногда даже удаляют его хирургическим путем. Вполне вероятно, если бы собаки и дальше жили сами по себе, а не рядом с человеком, который подвергает их искусственному отбору, и если бы естественный отбор среди них продолжился, то их пятый палец или совсем исчез бы, или не был бы виден снаружи, как остатки хвоста у людей.

Эволюция не стремится к совершенству

Если какой-то признак в ходе эволюции утрачивается, то восстановить его почти невозможно.
Естественный отбор действует только в отношении тех признаков, которые имеются в данный момент, так что изменения условий влияют только на те части тела особи, которые есть сейчас. Например, птицы произошли от древних пресмыкающихся, которые произошли от древних земноводных, а те в свою очередь произошли от древних рыб. У древних рыб, земноводных и пресмыкающихся были длинные хвосты, которые участвовали в движении, когда животные плавали. В процессе своей эволюции птицы утратили длинные костистые хвосты и приобрели вместо них хвосты в виде перьев. От первоначальных хвостов у них осталась только так называемая гузка. Когда некоторые птицы (например, пингвины) вернулись в водную среду обитания и начали плавать, у них не вырос такой же хвост, как был когда-то. Для плавания пингвины использовали конечности, с помощью которых ранее летали, то есть крылья, так что теперь они как бы летают под водой. В результате кости их крыльев стали больше и крепче, чем кости крыльев других птиц, ведь плотность воды значительно больше плотности воздуха и для передвижения в ней требуется больше усилий. Как следствие, пингвины ут&heip;