От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
Шрифт:
«Мы узнаем, таким образом, что человек произошел от волосатого, хвостатого четвероногого, вероятно, водившегося на деревьях и жившего в Старом Свете. Это существо, если бы все его строение было исследовано натуралистом, было бы причислено к четыреруким, так же несомненно, как и еще более древний предок обезьян Старого и Нового Света [16] .»
16
Darwin 1981 [1871]. Спустя двенадцать лет после «Происхождения видов» Дарвин набрался отваги и обобщил теорию эволюции и на людей – вопрос, которого в «Происхождении видов» старался избегать. Практически не приходится сомневаться, что дарвинизм вызвал бы куда меньше возмущения, если бы теорию эволюции не применяли к людям. Идеи Дарвина, изложенные в «Происхождении человека», вдохновили многих членов семейства Лики на неустанные поиски и находки останков ископаемых гоминидов в Африке.
Однако вся самая тяжкая интеллектуальная работа, связанная с разработкой идеи эволюции, была проделана именно в «Происхождении видов». Дарвин одним ударом развенчал идею разумного замысла, развеял представление о том, что биологические виды вечны и неизменны, и предложил механизм, благодаря которому достигается и разнообразие, и адаптивность.
Говоря кратко и просто, теория Дарвина зиждется на четырех столпах,
17
Об эволюции и естественном отборе написано множество превосходных книг, рассчитанных на самых разных читателей. Приведу лишь несколько, которые показались мне очень полезными. Ridley 2004a – первоклассный учебник, а Ridley 2004b – чудесная антология отборных статей, как и Hodge and Radick 2009 (о Дарвине) и Ruse and Richards 2009 (о «Происхождении видов»). Dennett 1995 показывает философский подход к проблеме, который заставляет задуматься; Depew and Weber 1995 – превосходный обзор истории теории эволюции, а Wilson 1992 – широчайшее исследование по биоразнообразию. Dawkins 1986, 2009, Carroll 2009 и Coyne 2009 – великолепные научно-популярные книги; Pallen 2009 – краткое и очень доступное введение в теорию эволюции. Есть и очень полезные веб-сайты об эволюции:http://www.pbs.org/evolution; http://www.nationalacademies.org/evolution.
Приведу весьма сжатое изложение главных составляющих теории Дарвина. В основном это описание собственных идей Дарвина, а не модернизированная в соответствии с нынешними научными представлениями версия его концепций. К сожалению, в некоторых местах нам все же не удастся обойтись без линий доказательств, накопленных уже после Дарвина. Однако, как мы обнаружим в следующей главе, Дарвин все же сделал одну серьезную ошибку, которая могла бы полностью дезавуировать главную его идею – идею естественного отбора. Сам Дарвин в этой ошибке не повинен, в XIX веке никто не имел ни малейшего представления о подлинной сути генетики, однако Дарвин не понял, что та теория наследования, из которой он исходит, губит концепцию естественного отбора на корню.
Итак, первый столп его теории – эволюция как таковая. Хотя у некоторых соображений Дарвина по поводу эволюции были предшественники [18] , все же французским и английским натуралистам (в их числе особенно выделяются Пьер-Луи Моро де Мопертюи, Жан-Батист Ламарк, Роберт Чемберс и дед Дарвина Эразм Дарвин) не удалось убедительно объяснить, какой механизм стоит за эволюцией. А вот как описывал эволюцию сам Дарвин: «…Воззрение, до недавнего времени разделявшееся большинством натуралистов, а ранее разделявшееся и мною, а именно, что каждый вид был создан независимо от остальных, – ошибочно. Я вполне убежден, что виды не неизменны и что все виды, принадлежащие к тому, что мы называем одним и тем же родом, – прямые потомки одного какого-нибудь, по большей части вымершего вида». Иначе говоря, виды, с которыми мы сталкиваемся сегодня, существовали не всегда. Напротив, они – потомки каких-то более ранних видов, которые уже вымерли. Современные биологи проводят различие между микроэволюцией – небольшими переменами (вроде тех, которые иногда наблюдаются у бактерий), которые вызваны эволюционным процессом на протяжении относительно недолгого времени и, как правило, наблюдаются в пределах локальных популяций, – и макроэволюцией, результатом эволюции на протяжении длительных периодов, обычно у вида в целом (к макроэволюции относится и массовое вымирание – как у динозавров) [19] . За годы, миновавшие с выхода в свет «Происхождения видов», идея эволюции настолько прочно заняла позицию основного принципа всех исследований в науках о жизни на Земле, что Феодосий Добжанский, один из самых выдающихся биологов-эволюционистов ХХ века, в 1973 году опубликовал эссе под названием «Биология имеет смысл только с точки зрения эволюции» [20] . В конце этой статьи Добжанский отметил, что французский философ и священник-иезуит Пьер Тейяр де Шарден «был креационистом, однако понимал, что Творение в нашем мире реализуется посредством эволюции».
18
Выдающаяся работа по истории и происхождению теории эволюции – Gould 2002. Другой высококачественный исторический обзор – Bowler 2009.
19
Примеры микроэволюции – сопротивляемость антибиотикам и пестицидам, развивающаяся всего за несколько лет. Пример макроэволюции – развитие млекопитающих из рептилий. Превосходный обзор теории макроэволюции см. у Carroll, Grenier, and Weatherbee 2001.
20
Dobzhansky 1973.
Идею второго столпа – градуализма – Дарвин позаимствовал в основном из трудов двух геологов. Один из них – Джеймс Геттон, живший в XVIII веке, другой – современник, а впоследствии и близкий друг Дарвина Чарльз Лайель. Геологические данные показывают, что крупные географические зоны покрыты одинаковыми горизонтальными слоями. В сочетании с тем, что в этих слоях обнаруживали разные ископаемые останки, это натолкнуло ученых на мысль, что перемены происходили шаг за шагом. Геттон и Лайель – главные прародители современной теории актуализма или униформизма [21] , согласно которой процессы наподобие эрозии и образования осадочных пород происходили в прошлом примерно в том же темпе, что и в настоящем (к этой концепции мы вернемся в главе 4, когда у нас пойдет разговор о лорде Кельвине). Дарвин отстаивал ту точку зрения, что подобно тому, как геологические процессы медленно, но верно формируют облик Земли, эволюционные изменения – это результат трансформаций, занявших сотни тысяч поколений. Следовательно, нельзя ожидать, что можно будет заметить существенные перемены меньше чем за десятки тысяч лет (разве что мы имеем дело с организмами, которые размножаются очень быстро, наподобие бактерий, которые, как мы теперь знаем, способны за очень короткое время выработать у себя устойчивость к антибиотикам). Однако в противоположность теории униформизма, темпы эволюции, как правило, у каждого вида в разное время разные. Как мы еще увидим, скорость, с которой происходит эволюция, в основном определяется естественным отбором. Некоторые «живые ископаемые», например, миноги [22] – морские позвоночные, лишенные челюстей, с воронкообразным ртом – судя по всему, практически не эволюционировали на протяжении последних 360 миллионов лет. К делу не относится, но любопытно само по себе, что идею пошаговых изменений выдвинул в XVII веке философ-эмпирик Джон Локк. Это ему принадлежит глубокое замечание: «Границы видов, по которым их различает человек, человеком и созданы».
21
Чарльз Лайель (1797–1875) в своем влиятельном труде «Principles of Geology» («Начала геологии») подробно проработал концепцию, согласно которой геологические изменения есть результат постоянного накопления крошечных перемен за неизмеримо долгое время. См. Lyell 1830–1833.
22
Научное
Третий столп теории Дарвина – понятие общего предка [23] – в современном виде вдохновляет всех, кто занимается поисками происхождения жизни. Дарвин первым отметил, что, несомненно, все представители того или иного таксономического класса, скажем, все позвоночные, произошли от общего предка. Однако воображение увлекло его далеко за пределы этой концепции. Хотя его теория была выдвинута задолго до того, как появилось представление, например, о том, что у всех живых организмов есть общие свойства – код ДНК, небольшой набор аминокислот и особые молекулы, которые служат своего рода валютой при производстве энергии, – Дарвину хватило храбрости провозгласить: «Аналогия заставила бы меня сделать еще один шаг – допустить, что все животные и растения происходят от одного общего прототипа». Правда, после этого он оговаривается, что «аналогия может иногда быть неверным путеводителем», однако все же заключает: «Мы должны допустить, что и все органические существа, когда-либо жившие на земле, могли произойти от одной первобытной формы».
23
Этот столп дарвиновой теории эволюции подтверждают многие замечательные открытия и находки, например, находки ископаемых пернатых динозавров вроде Microraptor gui или динозавра мэй подтверждают гипотезу, что птицы произошли от рептилий.
Однако, спросите вы, если вся жизнь на Земле произошла от одного общего предка, откуда взялось такое поразительное разнообразие? Ведь мы уже решили, что именно это свойство жизни нуждается в объяснении. Дарвин не стал увиливать и встретил эту трудную задачу лицом к лицу: недаром слово «виды» вынесено в название его книги. Для решения задачи [24] разнообразия Дарвин выдвинул еще одну оригинальную идею – идею видообразования, ответвления отдельных видов. Все формы жизни ответвились от общего предка, как ветви дерева – от общего ствола, считает Дарвин. От ствола отходят сучья, а от них – тонкие веточки, так и древо жизни [25] получилось в результате всевозможных ответвлений и отпочкований, в результате которых образовывались отдельные виды. Многие из них вымерли – подобно тому, как засыхают и отламываются ветви. Однако, поскольку при каждом разветвлении количество видов-потомков данного предка удваивается, количество разных видов стремительно растет. Но в какой момент происходит видообразование? По современным представлениям, в основном тогда, когда группа представителей того или иного вида оказывается в географической изоляции. Например, какая-то группа переселилась на дождливую сторону горного кряжа, а остальной вид остался на сухой стороне. Со временем из-за разной среды обитания эти популяции двинулись разными эволюционными тропами и утратили возможность порождать плодовитое потомство – то есть превратились в разные виды. В более редких случаях видообразование создает новые виды посредством скрещивания старых. Похоже, именно это и произошло в случае итальянского воробья [26] , который, как доказано в 2011 году, генетически находится между испанским (черногрудым) воробьем и домовым воробьем. Итальянский и испанский воробьи – это разные виды, однако итальянский и домовый образуют гибриды.
24
О видообразовании хорошо рассказано в Schiltaizen 2001 и Coyne and Orr 2004.
25
Интересное обсуждение понятия «древо жизни» можно найти в Dennett 1995.
26
Elgvin et al. 2011.
Удивительный факт: знаменитый писатель Владимир Набоков [27] , автор «Лолиты» и «Бледного огня», в 1945 году выдвинул сенсационную гипотезу эволюции группы бабочек под названием Polyommatus. Набоков всю жизнь интересовался бабочками и отметил, что они прибывали в Новый Свет из Азии несколькими волнами на протяжении миллионов лет. Группа ученых, изучавшая последовательности генов, в 2011 году, к собственному удивлению, подтвердила гипотезу Набокова. Они обнаружили, что у американского вида есть общий предок, живший около 10 миллионов лет назад, однако многие американские виды ближе связаны с бабочками Старого Света, чем со своими соседками.
27
Наблюдения Набокова подтверждает исследование Vila et al. 2011.
Дарвин прекрасно понимал, как важно понятие о видообразовании для его теории, и включил в книгу схематический чертеж «Древа жизни» (на илл. 3 мы видим оригинальный рисунок из записной книжки Дарвина за 1837 год). Это единственный рисунок на всю книгу. Как ни удивительно, Дарвин приписал вверху страницы предупреждение «I think» – «Я так думаю».
Илл. 3
Биологи-эволюционисты во многих случаях сумели выявить, какие факторы непосредственно повлияли на видообразование: это касалось и пар видов, которые, вероятно, недавно отпочковались от одного какого-то вида, и пар, которые вот-вот разойдутся в стороны. На более детальном уровне сочетание данных молекулярной биологии и палеонтологии – науки об ископаемых – позволило выстроить относительно подробное и обоснованное филогенетическое древо семейств [28] ныне живущих и недавно вымерших млекопитающих.
28
В выдающемся труде Meredith et al. 2011 филогенез семейств млекопитающих и оценка сроков возникновения ответвлений строится на основе всего 26 генов.
Тут я не сдержусь и позволю себе маленькое отступление – отмечу, что по моему личному мнению у идей общего предка и видообразования есть одна особенность, которая придает теории Дарвина особую ценность. Лет десять назад, когда я работал над книгой «Ускоряющаяся Вселенная» [29] («The Accelerating Universe»), я пытался выяснить, какие именно составляющие придают гипотезе о строении вселенной «красоты» в глазах ученых. В конце концов я пришел к выводу, что два жизненно необходимых условия – это простота и так называемый принцип Коперника (в случае физики третьим ингредиентом оказалась симметрия). Под простотой я подразумеваю редукционизм [30] в том смысле, в каком его понимает большинство физиков: способность объяснить максимум явлений минимумом законов. Именно такова была и остается цель современной физики. Физикам, например, не нравится, что у них есть одна замечательная теория для субатомного уровня (квантовая механика) и другая не менее замечательная теория (общая теория относительности) для Вселенной в целом. Нет, им непременно требуется единая «Теория Всего», которая объясняла бы и то, и другое (мы вернемся к этой теме в главе 11).
29
«The Accelerating Universe». Livio 2000.
30
Это слово зачастую ошибочно употребляют в пренебрежительном значении (как синоним слова «упрощенчество»), и тогда оно означает, что человек пренебрегает тонкостями и полностью сводит одну дисциплину к другой. Никто не станет анализировать «Дон Жуана» Байрона с точки зрения законов физики. Хорошее объяснение, что такое редукционизм в том смысле, в котором я употребляю это слово, можно найти в Weinberg 1992.