Эволюция и прогресс
Шрифт:
Не исключено, что общее количество наследственной информации живых организмов вообще не изменялось в течение последнего миллиарда лет, т. е. с информационной точки зрения все живые организмы — и высшие и низшие — равны. Наш способ определения сложности на глаз ведет к сильной переоценке ее морфологической компоненты при явной недооценке химической. Достаточно вспомнить, что любая свободно живущая бактерия осуществляет в крошечном объеме своей клетки огромное число химических реакций, синтезируя с поразительной скоростью сложнейшие информационные макромолекулы. Как правило, бактерии не нуждаются в витаминах или незаменимых аминокислотах, а в качестве источников углерода, азота и фосфора могут использовать простые минеральные соли. Особенно впечатляет способность многих из них добывать энергию, используя такие вещества, как водород, сероводород, метан, сера, железо
Встает вопрос, почему именно многоклеточные вышли победителями в борьбе за место под солнцем? Что это так, свидетельствует хотя бы рис. 2, откуда мы видим, что по числу видов одноклеточные занимают в царстве животных одно из последних мест. По-видимому, главная причина этого явления заключается в том, что у многоклеточных относительно частые мутации, слегка изменяющие уровень генной активности, способны эффективно модулировать интенсивность основных функций организма. Это достигается созданием генетических программ развития надклеточных структур, когда работа более «ранних» генов вполне однозначно определяет время и место активации более «поздних». Такой характермежгенного взаимодействия означает, что мутация по любому из специальных генов (вне зависимости от их числа) может привести к изменению мощности рабочей структуры. В итогедаже небольшие изменения уровня генной экспрессии могут быть «замечены» и зафиксированы движущим отбором.
Повышенная мобильность надклеточных структур, по-видимому, определяет макроэволюционную тенденцию к переходу генов из сферы клеточного домашнего хозяйства в сферу межклеточных взаимодействий. К тому же изменения экспрессии генов домашнего хозяйства могут повлиять на работу сразу всех клеток, что с определенной вероятностью ведет к нарушению координации основных функций организма, поэтому степень «благоприятности» соответствующих мутаций должна быть в среднем несколько ниже, чем мутаций по генам межклеточных взаимодействий с их более точным клеточным и функциональным адресом.
Высокая эволюционная пластичность сложных надклеточных структур позволяет обладающим ими филетическим группам быстро проникать даже в другие адаптивные зоны (она как бы снабжает эти группы знанием о биосфере в целом). Достаточно отметить, с какой легкостью позвоночные после освоения суши завоевали воздух и вернулись (в новом качестве) в водную стихию.
Теперь попробуем изложить в краткой форме суть нашей трактовки макроэволюционных тенденций. Суть нового подхода сводится к следующему. Пучок родственных филетических линий можно рассматривать как популяцию бесполых особей, чьи шансы на выживание определяются скоростью, с которой некоторые (лимитирующие) морфологические структуры организма способны изменять свою мощность для компенсации прогрессирующего ухудшения внешней среды. Иными словами, филетическое выживание видов определяется мобильностью лимитирующих структур, т. е. скоростью фиксации мутаций, изменяющих их мощность. Если каждая такая мутация изменяет мощность на сходный процент, то шансы вида на выживание будут тем выше, чем больше генов детерминирует развитие лимитирующей рабочей структуры. В то же время, при прочих равных условиях мощность морфологической структуры прямо связана с числом генов, детерминирующих ее развитие, поэтому чем мощнее будут лимитирующие структуры вида, тем выше его шансы на филетическое выживание. Таким образом, виды находятся под воздействием особой (мобилизующей) формы естественного отбора, направленного на повышение эволюционной пластичности организма, что скоррелировано с прогрессивным усложнением его морфологии. В итоге, все стороны строения особей можно рассматривать как результат длительного действия на их филетических предков отбора, повышающего адаптируемость видов к изменениям среды, наиболее типичным для адаптивной зоны.
Существенный вклад в увеличение мобильности рабочей структуры вносит и повышенная скорость мутаций, изменяющих уровень экспрессии специальных генов. Независимость эффекта этих мутаций от числа специальных генов обеспечивается их подчинением особой программе развития, т. е. системе межгенных взаимодействий, управляющей индивидуальным развитием структуры. Такая организация специальных генов приводит к тому, что даже относительно небольшое изменение экспрессии любого из них ведет к заметному (для естественного отбора) сдвигу мощности соответствующей рабочей структуры. Очевидно также, что степень заметности этих мутаций для движущего отбора прямо связана с уровнем автономности программ развития разных рабочих структур.
Вместо заключения. Эволюционный прогресс: миф и реальность
У каждого века есть свои мифы. Их принято называть высшими истинами.
Накопление филетической группой знаний о своей адаптивной зоне, естественно, увеличивает ее шансы на выживание. Постоянно идущий рост адаптируемости имеет много общего с тем, что в отечественной биологической литературе традиционно называется эволюционным прогрессом. Например, известный советский эволюционист Л.Ш. Давиташвили предлагает такое определение: «Эволюционным прогрессом, или ароморфозом, мы будем называть такой тип эволюционного развития органических форм, который не только позволяет им существовать в занимаемой ими экологической обстановке, но и создает возможность непосредственного выхода этих форм или ближайших их потомков за пределы данной экологической обстановки».
1
Эпиграф взят из книги: М. Клайн. «Математика. Утрата определенности». — М.: Мир, 1984.
Однако что означает «выйти за пределы данной экологической обстановки»? Если речь идет о переходе в соседнюю экологическую нишу, а потом из нее в другую, подобную первой, то это одно; если же имеется в виду так называемый прорыв в новую адаптивную зону, то это совсем другое. В первом случае филетическая линия накапливает знания о своей адаптивной зоне, и этот процесс можно назвать прогрессом, во втором линия, безусловно, теряет знания о своей прошлой среде и приступает к накоплению знаний о совершенно новой. Таким образом, эволюционный прогресс может быть только относительным.
Знания об адаптивной зоне виды воплощают в сложные полифункциональные рабочие структуры, способные быстро изменять свою мощность в ответ на наиболее типичные требования среды. Эти знания должны быть так или иначе записаны в нуклеотидных последовательностях ДНК, поэтому ограничения на объем генетической информации, накладываемые, прежде всего, мутационным генетическим грузом, ставят верхний предел возможностям эволюционирующей группы в овладении биосферой. Филетические линии постоянно «стремятся» как можно выше поднять уровень своей адаптируемости, однако этой тенденции противостоит принципиальная нестабильность среды, в частности, ограниченность во времени существования любой адаптивной зоны. Естественно, исчезновение адаптивной зоны обесценивает все завоевания предыдущей эволюции.
Технический прогресс, безусловно, имеет много общего с эволюционным. Человечество, как и эволюционирующий филетический пучок, постоянно накапливает знания об окружающем мире и воплощает их в свои рабочие структуры (машины и механизмы), направляющие поток энергии и вещества из внешнего мира к людской биомассе. В обоих случаях наблюдается стремление к экономии энергии и материалов.
Человечеству пока удается стремительно увеличивать объем знаний. Оглядываясь на свою историю, мы видим, что как-то умудрялись удваивать потребление энергии каждые 20 лет. Об экспоненциальном росте научно-технической литературы и упоминать нечего. Следовательно, наши знания о мире и технические возможности продолжают стремительно расти, не обнаруживая никаких признаков замедления.
Естественно, такое положение вещей породило представление о безграничности процесса познания мира, а стало быть, и о безграничности наших технических возможностей. Это широко распространенное мнение остается основой для одного из мифов XIX–XX веков — мифа о техническом прогрессе. Перенесение этой, по существу, антропоморфной идеи на органический мир породило представление о безграничном эволюционном прогрессе, важнейшей чертой которого является увеличение потребления организмом энергии и возрастающая независимость его от среды. Нам кажется, что мы, стремительно увеличивая свои знания о среде с помощью нашего интеллекта и библиотек, являем собой воплощение древней эволюционной тенденции. Правда, кривые роста сложности и мощности рабочих структур совсем не похожи на устремленные в бесконечность экспоненты. Всюду мы видим, как такие кривые выходят на плато, ярко демонстрируя относительный и ограниченный характер эволюционного прогресса.