Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Шубин Нил

Птиц отличают не только перья: у них есть грудная кость, крылья и специализированные кости кистей, предназначенные для полета. Птичье крыло имеет классический рисунок: одна кость, две кости, кости кисти и пальцы. На конечностях птиц только три пальца, а не пять; средний палец удлинен и служит точкой присоединения перьев. В птичьей кисти немного костей, и одна из них имеет форму месяца, за что ее называют полулунной костью.

Чем больше мы анализируем, тем больше замечаем, что анатомические изобретения, которые птицы используют для полета, такие как перья, не являются их уникальными структурами. Хищные динозавры со временем становились все больше и больше похожими на птиц. У ранних видов были пятипалые конечности. За десятки миллионов

лет они потеряли пальцы и остались с тремя, включая удлиненный средний палец, который у птиц служит основанием крыла. Как и птицы, эти динозавры потеряли кости кисти и приобрели полулунную кость, похожую на ту, которую птицы используют для маховых движений. У них появилась даже грудная кость. Эти динозавры не могли летать, но у них было некое подобие оперения – от простого пухового покрова у ранних форм до более сложной организации, как у археоптерикса и более поздних динозавров. Но зачем динозаврам нужны были перья? Некоторые палеонтологи предполагают, что этот признак помогал найти полового партнера. Другие считают, что примитивный пух служил для теплоизоляции и помогал поддерживать температуру тела. Возможно, перья выполняли обе функции. Но какой бы ни была их функция у динозавров, происхождение перьев практически наверняка не связано с полетом.

Как изобретение легких и конечностей предшествовало переходу из жизни в водной среде на сушу, так изобретение анатомических структур для полета предшествовало полету. Полые кости, высокая скорость развития и метаболизма, похожие на крылья передние конечности, кисти с суставами и, конечно же, перья исходно появились у динозавров, которые жили на земле и быстро бегали, чтобы поймать добычу. Главным изменением было не изобретение новых органов как таковых, но переназначение уже существующих признаков для решения других задач.

Считалось очевидным, что перья появились, чтобы птицы могли летать, а легкие – чтобы животные могли дышать на суше. Эти представления были логичными, очевидными – и ложными. Более того, мы знали об этом уже на протяжении столетия.

Не так уж тщательно скрываемый секрет заключается в том, что биологические инновации никогда не возникают во время кардинальных изменений, с которыми их связывают. Перья появились не во время эволюции полета, а легкие и конечности – не во время перехода к сухопутному образу жизни. Более того, эти и другие великие революции в истории жизни не могли произойти по-другому. Великие перемены в истории жизни не ждали одновременного появления множества новшеств. Такие значительные изменения происходят за счет переназначения уже имеющихся структур для новых целей. Ничто не начинается в тот момент, когда вы думаете, что оно начинается.

Это история о революциях, произведенных эволюцией. Изменения в истории жизни происходят по замысловатому пути с множеством поворотов, тупиков и изобретений, которые не использовались только по той причине, что возникли не вовремя. Два слова Дарвина о том, что многие изобретения появляются в результате смены функции уже существующих признаков, указали нам путь к пониманию происхождения органов, белков и даже ДНК.

Но тела рыб, динозавров и людей не возникают полностью оформившимися в момент зачатия. Они выстраиваются заново в каждом поколении по инструкции, полученной потомством от родителей. Изобретения зарождаются где-то в этих инструкциях и (как предвидел Дарвин) появляются в одних условиях, но, как мы увидим далее, могут менять назначение в других.

Глава 2

Эмбриональные идеи

Создатель современной классификации живых существ Карл Линней (1707-1778) изучил сотни растений и животных. Его научная классификация строга и несентиментальна – с одним исключением. Из тысяч изученных им животных по отношению к одному он выразил презрение и насмешку. Дети знают, что саламандры и тритоны – милые большеглазые существа с крупными головами,

четырьмя ногами и длинными хвостами. Но Линней по какой-то непонятной причине называл их “грязными и противными” и считал удачей, что “создатель не тратил сил, чтобы произвести их в большом количестве”.

Хотя Линней считал саламандр худшим произведением Творца, другие объявляли их стихийными и почти магическими существами. Некоторые философы от Плиния Старшего до святого Августина полагали, что тритоны и саламандры рождаются в лаве, в аду или в огне. Для Августина саламандры были живым доказательством реальности адского огня. Его идея основывалась на убеждении, что саламандры не горят в огне или способны возрождаться из огня. Возможно, эти невероятные способности отражали некие биологические особенности животного. Как известно любителям животных и владельцам террариумов, некоторые виды саламандр любят поселяться в гниющей влажной части бревен. Возможно, во времена Августина люди, которые собирали бревна, этого не замечали. Поджигая населенные саламандрами куски дерева, они оказывались свидетелями неожиданного появления извивающихся существ, что, вне всяких сомнений, и породило страшные сказки о дьявольщине.

Хотя в мире насчитывается сравнительно немного видов саламандр, вероятно, около пяти сотен, по последним данным, их связь с человеком выходит далеко за пределы интуитивного неприятия, мыслей о преисподней или о зарождении жизни в огне. Эти существа стали катализатором нового подхода к пониманию главных превращений в истории жизни.

В XIX веке многочисленные зоологические экспедиции отправлялись на разные континенты, в горы и в джунгли. Были описаны тысячи новых минералов, видов живых существ и артефактов. На исследовательских судах часто были натуралисты, задача которых заключалась в сборе и описании видов живых существ, камней и ландшафтов тех мест, куда прибывал корабль. Люди, которые анализировали образцы, прибывавшие в порты и на вокзалы Лондона, Парижа и Берлина, и писали о них статьи, пользовались большим уважением.

Если бы существовал почетный титул зоолога, его, безусловно, заслуживал бы профессор из Музея естественной истории в Париже Огюст Дюмериль (1812-1870). Как и его отец Андре Дюмериль, тоже долгое время служивший профессором в этом музее, Огюст всю жизнь страстно интересовался рептилиями и насекомыми. Отец и сын проводили совместные исследования и также совместными усилиями организовали в музее зверинец, где могли наблюдать за живыми животными, а не только изучать образцы. Дюмериль-старший опубликовал классификацию царства животных, используя анатомические описания, сделанные сыном. После смерти отца в 1860 году Огюст стал ревностно разыскивать новые виды.

В январе 1864 года группа исследователей, изучавших озеро в окрестностях Мехико, прислала ему шесть саламандр. Это были крупные взрослые особи, которые, в отличие от всех известных на тот момент саламандр, имели перистые жабры, отходившие от основания черепа подобно перьям. У них были даже спинные гребни, доходившие до хвоста, напоминавшего плавник. Вывод был очевиден: жабры и форма тела указывали на то, что эти взрослые саламандры жили в воде.

Исследователи этого не знали, но саламандры долгое время были частью культуры ацтеков. Возможно, для науки они были новинкой, но в Мексике это был известный деликатес, который часто готовили для праздничных торжеств и особых ритуалов.

Под влиянием недавно обнародованной теории Дарвина Дюмериль решил, что эти земноводные могут пролить свет на превращение рыб в наземных животных. Он поместил саламандр в построенный им с отцом зверинец. К счастью, там были и самцы, и самки, и примерно через год они спарились и отложили яйца. В 1865 году из яиц вылупились совершенно здоровые маленькие саламандры. За этими животными легко ухаживать, и при правильном содержании они долгое время могут обходиться без большого количества пищи. С подопечными все было в порядке, и Дюмериль предоставил их самим себе.