Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.
Шрифт:
Живой мир возникает, когда неорганическое вещество спотыкается на пути, проходящем среди сложной, непредсказуемой информации, и обнаруживает, что может обеспечить бессмертие для этой информации, непрерывно воспроизводя ее. И здесь зарыта еще одна неистово бегущая Красная Королева, ибо постоянство достигается только вечным воспроизведением. Подобным же образом наш собственный номинально цивилизованный, культурный, разумный и рефлексирующий уровень жизни возник, когда организмы на пути, проходящем среди сложной, непредсказуемой информации, споткнулись о другие организмы, окружающие их и следующие за ними. Когда это случилось, был изобретен язык и все человеческие организмы, прошлые, настоящие и будущие, эффективно спаялись вместе в единый мегаорганизм с потенциально неограниченными возможностями.
После этой риторической, но прочувствованной пышности слога самое время спуститься к проблемам пола. Одним из наиболее загадочных проявлений естественного
Во-первых, пол не является необходимым. Довольно многие виды превосходно обходятся без него. Партеногенез(непорочное зачатие) обычное дело у растений, где его более уместно называть партенокарпией. Мы уже упоминали партенокарпические одуванчики, но могли бы добавить и много других распространенных растений, таких как черная смородина (Rubus)и манжетка обыкновенная (Alchemilla). Неполовым путем размножаются и некоторые рептилии, наиболее заметны ящерицы Нового Света рода Cnemidophorus(семейство Teiidae), ящерицы Старого Света рода Lacerta(семейство Lacertidae) и слепозмейка ( Raphotyphlops braminus; семейство Typhlopidae). Никакие млекопитающие неполовым путем не размножаются, если не считать противоположных утверждений из Библии.
Во-вторых, пол неустойчив. Предположим, что некоторый вид размножается половым путем, и каждая пара производит многочисленное потомство, в котором половина мужских особей и половина женских. Чтобы численность популяции оставалась приблизительно постоянной, все потомство, за исключением примерно двух особей, должно погибнуть, чтобы остались в среднем одна мужская особь и одна женская. Предположим теперь, что с одной из женских особей случилась мутация, и она приобретает способность размножаться неполовым путем. Она снова произведет многочисленное потомство, из которого выживут примерно двое; однако они, являясь клонами матери, будут обе женского пола. Обе могут размножаться с помощью партеногенеза, производя еще больше самок. При условии, что одна асексуальная самка производит столько же потомков, сколько пара сексуальных партнеров (спорное предположение, разумеется, поскольку отцы часто выполняют определенные функции и после копуляции), через несколько поколений партеногенетическая женская популяция затопит исходную. Чтобы обеспечить устойчивость, у пола должно быть некое уравновешивающее преимущество.
В-третьих, пол в высшей степени сложен. Половое воспроизведение зависит от загадочного механизма мейоза, в котором, как мы увидим в главе 2, число хромосом в зародышевых клетках (гаметах, сперме и яйцеклетке) делится пополам, но восстанавливается снова в соматических (типичных для тела) клетках после оплодотворения. Насколько же невероятно мощным должно быть селективное давление, чтобы привести к развитию столь «умного» механизма? Нет ничего необычного в развитии сложных механизмов путем сталкивания вместе и видоизменения уже существующих анатомических и биохимических свойств — примером являются бесчисленные независимые случаи эволюции глаза — но, как и само обладание глазом, пол был подарком, захватывающим дух, предложением, от которого организм не мог отказаться.
Оксфордский биолог Уильям Гамильтон (1936-2000), которого Ричард Докинз считал кандидатом на титул самого выдающегося дарвиниста после Дарвина, полагал, что он идентифицировал этот подарок. Гамильтон глубоко интересовался паразитами, и незадолго до того, как он сам был иронически и трагически сражен одним из них, заболев малярией, предположил, что пол дает возможность организму оставаться на шаг впереди охотящихся на него паразитов. Совместная эволюция паразита и хозяина, в которой каждый из участников создает быстрое изменение среды для эволюции другого, нуждается в быстром и специфическом типе реакции, которую может обеспечить пол. Тщательный анализ динамики сосуществования, скорее похожего на маневрирование наций в период «холодной войны», показывает, что пол создает преимущество, обеспечивая механизм сохранения генетической информации, которая становится избыточной, но может быть востребована снова, когда генотип паразита возвращается к предшествующей инкарнации. Иными словами, пол создает хранилище для мечей в эпоху мушкетов, но мушкеты могут быть сняты с вооружения. Припрятанные мечи, однако, бесполезны, если мушкеты уступают место ядерному оружию; то есть пол бесполезен, если паразит скорее вырабатывает новую стратегию, чем возвращается к старой. Эта теория остается умозрительной, так как зависит от наличия специфической эволюционной связи между паразитом и хозяином, и ее трудно подтвердить экспериментально.
Легче идентифицировать механизмы, которые поддерживают пол, чем механизмы, давшие начало этому сложному устройству. Во-первых, популяции с половым размножением более гибко приспосабливаются к окружающей среде, чем партеногенетические популяции. Так, благоприятные мутации могут произойти в обоих родителях по отдельности и даровать преимущество их потомкам, в партеногенезе одна мутация следует за другой. То есть в половых популяциях мутации могут происходить параллельно, а в неполовых только последовательно. Во-вторых, в половой популяции менее вероятно распространение вредных мутаций, потому что дефектные родители еще могут произвести нормального ребенка (это становится очевидным с точки зрения менделевской наследственности, глава 2), в то время как организмы, размножающиеся неполовым путем, могут избежать скверной мутации, только если тот же самый ген мутирует обратно, что невероятно. Половой диморфизм(различия во внешности самцов и самок одного и того же вида), в частности, экстравагантную внешность, которой часто отмечены самцы, тоже относительно легко объяснить или, по крайней мере, состряпать ему правдоподобное объяснение. Например, в королларии к своей теории эволюции пола Гамильтон считает, что чрезмерно пышный внешний вид самца является знаком того, что он здоров и свободен от паразитов. Исследование самца, приводимое самкой — то, что мы, люди, можем назвать «влюбленностью», — становится тогда похожим на медицинскую проверку.
Пол, по-видимому, дарует преимущества на многих уровнях популяциям, индивидам и генам. Большая часть эволюционных сдвигов создает лишь малые преимущества: чтобы расплатиться за пол, преимущество должно быть огромным. И почему вообще должно возникнуть какое-то преимущество от смешивания генов кого-то вам незнакомого с вашими? Камнем преткновения здесь является то обстоятельство, что происхождение пола, например, продолжительность пути, который организмы должны пройти, чтобы до него добраться, остается тайной до сих пор.
Давайте перейдем от ощущения, что Земля движется, к реально движущейся Земле. Никогда тектонические процессы не оказывали большего воздействия на наше собственное существование, чем при едва различимых переменах, которые произошли, когда африканская кора покрылась рябью, реагируя на давления, действовавшие на нее во время путешествия по южному полушарию.
Около 20 миллионов лет назад поверхность Африки была по большей части плоской и покрытой на всем своем простирании тропическим лесом. Вы могли бы начать различать неоднородности лишь с момента 15 миллионов лет назад, когда локальное поднятие образовало плоскогорья из лавы, расположенные в областях, которые мы теперь называем Кенией и Эфиопией. Эти плоскогорья сформировались в чувствительной зоне, поскольку земля под ними начала разъезжаться. Когда щель между ними расширилась, плоскогорья обрушились, образовав глубокий и длинный разлом, Великую рифтовую долину, которая теперь простирается от современного Мозамбика через Эфиопию к Красному морю и далее, до самой Сирии. Вновь выросшие в результате этого возвышенности стали преградой для дождей в восточной части континента, и тропические леса постепенно выродились в открытую саванну. Теперь ландшафт создавал богатое разнообразие потенциальных сред обитания — несколько биомов —с влажными, жаркими, богатыми растительностью зонами в одних областях и сухими травянистыми пространствами в других. Для исследования оказались открытыми не только новые ниши, для исследования и освоения открылась и репродуктивная изоляция, ибо сообщества организмов были лишены возможности мигрировать через выросшие естественные барьеры. Организмы оказались в ловушке.
Организмы оказались в ловушке физического, но не эволюционного пространства. Одним из важнейших следствий естественного отбора является существование Homo sapiens, вида, который сам H. sapiensсчитает апофеозом эволюции. Дарвин весьма чувствительно относился к выводам из своей теории, согласно которым человек скорее был потомком обезьян, чем отдельным творением. В стане христиан также были обеспокоены мыслью, что появление человека без участия грехопадения подрывает основание христианской церкви, центральной догмой которого является идея искупления первородного греха. Как бы то ни было, существуют недвусмысленные свидетельства того, что вы и я произошли от обезьяноподобных предков. Это происхождение столь важно для того, чтобы начать понимать самих себя и свое место в биосфере, что кажется уместным потратить некоторое время на его рассмотрение.
В естественном отборе необходимо учитывать расселение (миграцию жизни на суше), двуногость (хождение вертикально на двух ногах, дающее рукам свободу манипуляций), энцефализацию (разрастание мозга относительно размеров тела) и возникновение культуры. И сегодня спорят, предшествовала ли двуногость расселению или следовала за ним. Одно из преимуществ двуногости в том, что она дает большую выносливость для преследования стад, и прямоходящее животное может дальше видеть через саванну и замечать хищников. Тем, кто думает, что принятие культуры — включая употребление орудий — послужило трамплином для нашего наступления, оппоненты доказывают, что первым шагом была энцефализация.