Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.
Шрифт:
3. Успешные потомки лучше адаптированы к окружающей среде.
«Успех» это больше чем простое выживание; это еще и способность к продолжению рода. Этот принцип является пружиной злосчастной и неверно понятой фразы правого либерала девятнадцатого века Герберта Спенсера «выживание наиболее приспособленных», которую он бросил (примерно в 1862 г.) в связи с развиваемой им теорией социального дарвинизма, где необдуманно распространил утонченные идеи естественного отбора на динамику общества и открыл дверь евгенике, исключению практически всех форм государственного вмешательства и расизму. Как все удачные лозунги, «выживание наиболее приспособленных» запоминается, и Дарвин испытывал соблазн употребить его в более поздних изданиях, но это снижало ценность изящной идеи, лежащей в основании его теории.
Когда мы рассматриваем естественный отбор, необходимо иметь в виду, что он абсолютно локален и ограничен во времени. Естественный отбор полностью погружен в настоящее и совершенно лишен предвидения. Если бы сегодняшняя адаптация принимала жалобы из будущего, это была бы плохая услуга
Рис. 1.5.Диаграмма слева показывает общую схему глаза млекопитающего. Заметим, что кровеносные сосуды находятся спереди от светочувствительной ретины и вынуждены искать путь для выхода через ретину, создавая таким образом слепое пятно. Диаграмма справа показывает устройство более, по-видимому, чувствительного устройства головоногих, с кровоснабжением на задней стороне ретины. Хотя эволюция наталкивается на каждое устройство вслепую, она не смогла повернуть назад, поскольку ценность чувствительности к свету, развившейся в зрение, была уж очень велика. Случайно оказалось, что существует по крайней мере одно преимущество в устройстве глаз млекопитающих: течение крови в этом устройстве помогает снизить число случаев их заболеваний.
Другим примером является неудобная конструкция трубок внутри нашего горла, где дыхательный и пищевой проходы пересекаются, что открывает возможность заклинивания. Проходы пересекаются потому, что у нашего древнего предка, рогозуба, рыбы, имеющей легкие, отверстие, используемое для дыхания у поверхности было очень удобно расположено в верхней части головы и вело в общее пространство, деля его с пищевым проходом (рис. 1.6). Это устройство не подверглось изменению, несмотря на его опасность. Очевидно негигиеничная экономия, приведшая к использованию пениса как для копуляции (включая, особенно у людей, сопутствующие ритуалы), так и для мочеиспускания, имеет похожую эволюционную причину, более того, трубка, ведущая от яичек к пенису, делает петлю с неудачной стороны от трубки, соединяющей почки с мочевым пузырем.
Рис. 1.6.Другим примером досадного отсутствия предвидения является слепая эволюция дыхательной и пищеварительной систем у млекопитающих. Диаграмма слева показывает их схему для типичной рыбы. Ноздри (формально: носовые ходы)ведут в закрытую полость и служат главным образом для обоняния. Кислород извлекается из воды во время ее прохождения через рот и выталкивается через жабры. Воздушный пузырь используется для контроля над глубиной, подобно резервуарам для балласта в подводных лодках. Средняя диаграмма показывает это устройство у рогозуба, предка современных млекопитающих. Из ноздрей открыт проход в полость рта, но они пока используются только для обоняния. Воздух заглатывается ртом и входит в воздушный пузырь. Остается лишь краткий эволюционный шаг к подобному, показанному справа, устройству у млекопитающих, в котором ноздри уже используются для поступления воздуха. К несчастью, воздух и пища попадают в одну и ту же камеру, прежде чем первый проследует далее к легким через трахею, а вторая к желудку через пищевод. Топорно сработанное, скудное и скупое, но эволюционно понятное приспособление чревато опасностью заклинивания.
Естественный отбор по существу непредсказуем, так как он является результатом подчас конкурирующих тенденций, и способы адаптации, на первый взгляд предпочтительные, оказываются недостижимыми. Самым малым примером является аппендикс человека. Для нас аппендикс представляет опасность, поскольку он может воспалиться и привести к смерти. Аппендицит возникает, когда инфекция вызывает опухание, которое сдавливает артерию, снабжающую аппендикс кровью. Стабильный поток крови через аппендикс защищает его от роста числа бактерий, так что любое уменьшение потока помогает инфекции, что приводит к еще большему сдавливанию. Если поток прекращается совсем, бактерии благоденствуют, а аппендикс лопается. Маленький аппендикс чаще подвержен этой цепочке событий, чем большой аппендикс, поэтому аппендиксы подвергаются селективному давлению, которое становится на сторону большого аппендикса в том смысле, что опаснее начать уменьшать его, чем оставаться с тем, что у нас есть. Следовательно, несмотря на опасность, эволюции крайне трудно удалить аппендикс.
Естественный отбор является гонкой вооружений. Гипотеза Красной Королевы— это идея о том, что хищники и жертвы вовлечены в постоянное сражение, в котором хищники вырабатывают все более совершенные стратегии и техники преследования, а жертвы поступают подобным же образом. (Красная Королева давала Алисе инструкцию продолжать бежать еще быстрее, чтобы оставаться на месте.)
Более острые зубы повсюду приводят к появлению более толстых шкур или быстрых ног, что в свою очередь поощряет появление еще более острых зубов.
Естественный отбор является также и зеркалом окружающей среды. Выразительный пример воздействия физического окружения на направление естественного отбора дает независимое возникновение сходным образом адаптированных организмов в удаленных друг от друга частях мира. Ничто не делает этот процесс конвергентной эволюцииболее впечатляющим, чем возникновение сумчатых версий плацентарных млекопитающих; в древние времена эмбрион развивался в основном во внешней полости, а в более поздние он развивается главным образом в сумке (in utero). Сумчатые версии появились, когда Австралия откололась от Антарктики в цейнозойскую эру, около 65 миллионов лет назад, и поплыла на Север, как Ноев ковчег, со своей изолированной экосистемой. Североамериканский волк ( Canis lupus), плацентарное млекопитающее, подобен по внешнему виду сумчатому тасманийскому волку (Thylanicus cynocephalus). Естественный отбор, осваивая подходящие ниши, привел ко многим аналогичным решениям (рис. 1.8): млекопитающий оцелот (Felispartialis)напоминает сумчатого тигрового кота (Dasyurus maculatus), белка летяга (Glaucomus volans)передразнивает сумчатую летягу (Petaurus breviseps), североамериканский лесной сурок (Marmota monax)является тенью вомбата (Vombatus ursinus platurrhinus),а обычный крот (Scalopus aquaticus)выглядит как сумчатый крот (Notoryctes tryphlops). Даже у домашней мыши (Mus musculus)есть свой сумчатый призрак-двойник в лице желтоногой мыши (Antechinus flavipes).
Рис. 1.8.Хотя Австралия и Южная Америка были изолированы, эволюции пришлось столкнуться там со сходными проблемами и прийти к сходным решениям. Здесь приведены два примера млекопитающих и их сумчатые эквиваленты.
Единственным моментом, позволяющим осмыслить все эти взаимосвязи, является появление примерно 3,5 миллиона лет назад вулканического Панамского перешейка между материками Северной и Южной Америк, которые раньше были отдельными фрагментами соответственно Лавразии и Гондваны. Это событие привело не только к межвидовым битвам, когда популяции млекопитающих Севера хлынули на юг и сражались за выживание с преобладающими популяциями сумчатых Юга, но перешеек нарушил также циркуляцию океанов и положил начало Ледниковому периоду, изменившему флору и фауну всей планеты. Однако эволюционная война это лишь одна из компонент движущей силы изменений, так как изменения физической среды также играют центральную роль в управлении эволюцией. Эти изменения включают освобождение ниш при массовом вымирании, что позволяет развиваться новым пузырькам популяций. Катастрофизм, идея о том, что мир подвержен внезапным подвижкам, драматически представленная в мифе о Великом потопе, пришелся по вкусу, как причина изменений, высоко интеллектуальному французскому анатому и основателю палеонтологии позвоночных, барону Жоржу Леопольду Кретьену Фредерику Дагоберу Кювье (1769-1832), чьи имена многочисленны как геологические эры, но вышел из моды, когда геология закончила период становления. Начало рационализации геологии своими усилиями положил Джеймс Хаттон (1726-97) в труде Теория Земли(1795) и энергично продолжил сэр Чарлз Лайелл (1797-1875) в его трехтомных Принципах геологии(1830-33; Дарвин вез с собой на «Бигле» их экземпляр). Хаттон и Лайелл предпочитали униформитаризм, который, основываясь на большом числе свидетельств, полученных из анализа слоев, считал, что физическая природа Земли подвергалась медленной и постоянной трансформации. Однако теперь мы знаем, что катастрофы, конечно, были. Наиболее известной является столкновение с астероидом, которое почти полностью уничтожило жизнеспособных, но генетически недостаточногибких динозавров. Эти огромные твари были обречены, когда искусственная ночь, произведенная пылью, окутавшей планету, привела к недостатку растительной пищи, или, возможно, они были сожжены миром, в котором концентрация кислорода в атмосфере была значительно выше, чем сейчас. Их кончина освободила мир для волны млекопитающих.
Нам придется далее делать ссылки на некоторые геологические эры и периоды, на которые была разделена история нашей пластичной планеты (рис. 1.9). Имена, присвоенные им, довольно прихотливы, но Уэльс и запад Англии представлены в них очень неплохо: Кембрия (для Кембрийскогопериода) — древнее название Уэльса, Ордовики и Силуры (для Ордовикскогои Силурийского) — имена доримских племен Уэльса, и Девон (для Девонского). Названия эпох, на которые разделены некоторые геологические периоды, имеют несколько расхлябанный вид: они включают Палеоцен («старый современный»), Эоцен («рассвет современного») и Олигоцен («мало современный»). Добавлю в скобках, что этимология других имен, по мере их возникновения, окончательно уничтожила остатки ранних попыток придать названиям периодов систематичный характер, как, например, Триасовый, Третичный и Четвертичный периоды.