Слепой часовщик
Шрифт:
Я говорил, что у клейдистической таксономии есть преимущество над библиотечными типами таксономии, и оно заключается в наличии в природе одной, уникально-верной иерархически вложенной схемы, ждущей, когда её обнаружат. И всё, что нам нужно сделать — это разработать методы обнаружения её. А здесь, к сожалению, имеются практические трудности. Самое интересное пугало систематика — эволюционная конвергенция. Этот феномен настолько важен, что я уже посвятил ему половину главы. В четвёртой главе мы видели, как снова и снова обнаруживаются животные, похожие, благодаря подобному образу жизни, на неродственных животных в других частях мира. Бродячие муравьи Нового Света похожи на муравьёв-погонщиков Старого. Невероятное подобие возникло у весьма неродственных электрических рыб Африки и Южной Америки, а также между настоящим волком и сумчатым «волком» Thylacinus Tasmania. Во всех этих случаях я просто утверждал без доказательств, что это подобие — конвергентно: они независимо эволюционировали в неродственных животных. Но откуда мы знаем, что они не родственники?
Этот вопрос действительно болезненен, ибо история таксономии переполнена случаями, когда более поздние систематики объявляли своих предшественников неправыми именно по этой причине. В четвёртой главе мы видели, как аргентинский систематик объявил литоптернов предками настоящих лошадей, хотя сейчас считается, что они конвергентны с ними. Африканского дикобраза долго полагали близким родственником американского, но сейчас считается, что эти две группы развили свои колючие покровы независимо. Возможно, что иглы были полезны обоим, на этих разных континентах, по аналогичным причинам. Кто поручится, что будущие поколения систематиков не изменят этого мнения ещё раз? Какое доверие мы можем питать к таксономии, если конвергентная эволюция — такой могучий генератор обманчивых подобий? Главное, что вселяет лично в меня оптимизм на этот счёт — это появление на сцене новых мощных методов, основанных на достижениях молекулярной биологии.
Как вы, возможно, догадались при чтении более ранних глав, все животные, растения и бактерии, сколь бы разными они ни выглядели, поразительно единообразны, когда мы переходим к молекулярному базису. Наиболее резко это единообразие проявляется в самом генетическом коде. Генетический словарь состоит из 64 слов ДНК-кода по три буквы в каждом. Каждое из этих слов имеет точный перевод на белковый язык (оно обозначает либо конкретную аминокислоту, либо знак пунктуации). Этот язык произволен — в том же самом смысле, в каком произволен человеческий язык (например, в звучании слова «дом» нет никаких особенностей, могущих служить слушателю каким-то физическим признаком жилища). Далее — факт великого значения: каждое живое существо, как бы оно ни отличалось от других существ внешне, на уровне генов «говорит» на почти точно том же самом языке. Генетический код универсален. Я расцениваю это как почти окончательное доказательство происхождения всех организмов от единственного общего предка. Шансы на двукратное появление того же самого словаря произвольных «значений» почти неизмеримо малы. Как уже было сказано в шестой главе, может когда-то и существовали другие организмы, использовавшие иной генетический язык, но их больше нет с нами. Все выжившие организмы происходят от единственного предка, от которого они унаследовали почти идентичный, и при этом произвольный, генетический словарь, идентичный почти в каждом из его 64-х слов ДНК-кода.
Вы только подумайте о влиянии этого факта на систематику! До прихода эры молекулярной биологии, зоологи могли быть уверены в родстве только тех животных, у которых наблюдается очень много общих анатомических особенностей. Молекулярная биология внезапно открыла новый ларец с сокровищами подобий, дополнивших скудный список, предлагавшийся анатомией и эмбриологией. Эти 64 тождества (подобия — слишком слабо сказано) общего генетического словаря — лишь начало. Таксономия преобразилась. То, что было лишь неопределёнными предположениями насчёт родства, стало статистически почти несомненным фактом.
Почти полная, буквальная универсальность генетического словаря для систематика не слишком хороша. Один раз сказав нам, что все живые существа — родственники, она не может сказать нам далее, какие пары существ «родственнее» других. Но это может сказать другая молекулярная информация, в которой мы находим переменную степень подобия, а не полную идентичность. Продукты генетических трансляторов, как вы помните, — белковые молекулы. Каждая белковая молекула — предложение, цепь слов аминокислотного словаря. Мы можем читать эти предложения, как в их транслированной белковой форме, так и в оригинальной ДНК-форме. Хотя все живые существа имеют один и тот же словарь, они не сочиняют одних и тех же предложений на основе этого общего словаря. Это даёт нам возможность определить степень родства. Белковые предложения, хотя и различаются в деталях, но часто подобны в общем. У любой пары организмов всегда можно найти предложения, достаточно подобные, чтобы можно было не сомневаться в том, что они — слегка «искажённые» версии одного предкового. Мы уже видели это на примере незначительных различий между последовательностями гистонов у коров и гороха.
Систематики теперь могут сравнивать молекулярные предложения точно так же, как они сравнивали ранее кости ног или черепа. Большое подобие белковой или ДНК-последовательности можно трактовать как знак принадлежности близким родственникам; меньшие подобия — как принадлежность более отдалённым родственникам. Все эти предложения составлены из слов универсального словаря, содержащего не более 64 слов. Красота современной молекулярной биологии состоит в том, что мы можем измерить различие
Здесь читатель может быть озадачен явной непоследовательностью. Вся эта книга подчеркивает первостепенную важность естественного отбора. Как же мы теперь можем подчеркивать хаотичность эволюционных изменений на молекулярном уровне? Предвосхищая главу 11, скажу, что на деле здесь нет никакой вражды с эволюцией адаптаций, что является главной темой этой книги. Даже самый горячий нейтралист не думает, что сложные рабочие органы, подобные глазам и рукам развились посредством случайного дрейфа. Всякий нормальный биолог согласится, что они могут развиться лишь посредством естественного отбора. Нейтралисты лишь полагают (и по моему мнению — справедливо), что такие адаптации — лишь вершина айсберга: вероятно, наибольшее количество эволюционных изменений, а именно — изменений на молекулярном уровне, бесфункционально.
Поскольку молекулярные часы — это факт, и похоже на правду, что молекулы определённого вида изменяются за миллионы лет с присущим им характерным темпом, то мы можем использовать этот факт для датирования точек разветвления эволюционного древа. И если действительно верно, что большая часть эволюционных изменений на молекулярном уровне нейтральна, то это замечательный подарок для систематика. Это означает, что проблема конвергенции может быть снята при помощи статистики. Каждое животное имеет большой объём генетического текста, хранящегося в его клетках, и большая часть его, согласно нейтралистской теории, не имеет никакого отношения к его приспособленности к данным условиям жизни; текст, который в значительной степени не затрагивается отбором и в значительной степени не является объектом конвергентной эволюции, кроме как в результате явной случайности. Вероятность того, что два больших фрагмента селективно-нейтрального текста будут случайно походить друг на друга, можно рассчитать, и она очень и очень низка. Еще важнее, что постоянный темп молекулярной эволюции позволяет нам практически датировать точки разветвления эволюционной истории.
Трудно преувеличить ту мощь, которую новые методы чтения молекулярных последовательностей добавили к арсеналу систематика. Конечно, пока ещё не все молекулярные последовательности, и не всех животных, расшифрованы, но уже можно пойти в библиотеку и посмотреть точную, дословную и побуквенную последовательность молекулярного предложения, такого как, скажем, «гемоглобин» в варианте собаки, кенгуру, колючего муравьеда, цыплёнка, гадюки, тритона, карпа и человека. Не у всех животных есть гемоглобин, но есть другие белки, например гистоны, своя версия которых существует в каждом животном и растении, и опять же — многие из них можно уже посмотреть в библиотеке. И это не зыбкие характеристики, могущие, подобно длине ног или ширине черепа, зависеть от возраста и здоровья экземпляра, или даже от особенностей зрения исследователя. Это точно сформулированные альтернативные версии одного и того же предложения, на одном и том же языке, которые могут быть положены рядом и сравнены так же скрупулёзно и точно, как скрупулёзно греческий учёный мог бы сравнивать два пергамента с текстом одного и того же Евангелия. ДНК-последовательности — Евангелия всей жизни, и мы научились их расшифровывать.
Базовое положение систематики гласит, что близкие родственники будут иметь более совпадающие версии конкретного молекулярного предложения, чем более отдалённые. Это называется «принцип экономии». Экономия — другое название экономической скупости. Наш задача состоит в том, что исходя из набора животных, предложения которых известны, скажем, восьми животных, перечисленных в предыдущем абзаце, выяснить, какая из всех возможных древовидных диаграмм соединяет эти восемь животных наиболее экономно. Самое экономное дерево — это «экономически скупейшее» дерево предположений, в том смысле, что оно предполагает минимальное количество изменений слов в эволюции и минимальное количество конвергенций. Мы вправе предполагать минимальное количество конвергенций на основании явного неправдоподобия. Маловероятно, особенно если учесть, что большая часть молекулярной эволюции нейтральна, что два неродственных животных натолкнутся на в точности ту же самую последовательность, дословно и побуквенно.