Черный ящик Дарвина: Биохимический вызов теории эволюции - Бихи Майкл - Страница 5

Представьте: ваш участок отделяет от участка соседа канава, уходящая к горизонту в обоих направлениях. Встретив однажды соседа у себя во дворе, вы спросите, как он сюда попал. Ответ: «Я перепрыгнул через канаву» не вызовет сомнений, если ширина канавы чуть больше метра. Если ширина канавы – 2,5 м, вас впечатлят спортивные способности соседа. Если ширина канавы пять метров, вы насторожитесь и попросите его прыгнуть еще раз. Он, конечно, может отказаться, сославшись на вывих колена, и у вас останутся сомнения, но полной уверенности в том, что он все выдумал, не будет. Однако если «канава» будет оврагом шириной в 30 м, вы ни на секунду ему не поверите.

Но предположим, что ваш неглупый сосед может доказать свои слова. Он не перепрыгивал одним скачком. По его словам, в овраге были холмики, и он перепрыгивал с одного холмика на другой. Вы не видите никаких холмов, но он объясняет, что перебираться пришлось долго, а холмики поднимались один за другим, а потом размывались и обрушивались. Очень сомнительно, но, чем опровергать его слова, проще сменить тему на бейсбол.

В этой истории кроется несколько уроков. Во-первых, слово «прыжок» можно использовать для объяснения способа преодоления преграды, но в зависимости от деталей (например, ширины преграды) объяснение может становиться как совершенно убедительным, так и абсолютно неадекватным. Во-вторых, долгое путешествие можно гораздо правдоподобнее описать как серию небольших прыжков, а не как один огромный скачок. В-третьих, очень трудно подтвердить или опровергнуть правдивость версии о небольших прыжках, если нет доказательств слов того, что промежуточные ступени были, но исчезли.

Разумеется, аллегорию с прыжками через канавы и овраги можно применить и к эволюции. Слово «эволюция» используется для объяснения как крошечных, так и громадных изменений в организмах. Им часто дают отдельные названия: можно сказать, что микроэволюция описывает изменения, которые достигаются одним или несколькими небольшими прыжками, а макроэволюция – изменения, которые требуют скачков.

Предположение Дарвина о том, что в природе могут происходить даже относительно крошечные изменения, было большим концептуальным достижением, наблюдение за такими изменениями во многом подтвердило его интуитивные догадки. Дарвин видел похожие, но не идентичные виды зябликов на нескольких Галапагосских островах и предположил, что они произошли от общего предка. Недавно ученые из Принстона подтвердили своими наблюдениями, что в популяциях зябликов средний размер клюва меняется в течение нескольких лет[6]. Ранее было показано, что количество темных и светлых мотыльков в популяции меняется по мере того, как окружающая среда становится чище. Точно так же птицы, завезенные в Северную Америку европейскими поселенцами, диверсифицировались на несколько отдельных групп.

В последние десятилетия удалось получить доказательства микроэволюции на молекулярном уровне. Например, вирусы вроде того, что вызывает СПИД, мутируют, чтобы обойти иммунную систему человека. Болезнетворные бактерии вернулись, когда их штаммы научились защищаться от антибиотиков. Можно привести множество других примеров.

В небольших масштабах теория Дарвина одержала победу, и сейчас она вызывает не больше споров, чем утверждение спортсмена о том, что он может перепрыгнуть метровую канаву. Скепсис возникает на уровне макроэволюции – то есть скачков. Вторя Дарвину, многие утверждают, что огромные изменения можно разбить на вероятные небольшие шаги, которые совершались в течение больших периодов времени. Однако убедительных доказательств в поддержку этой позиции так и не появилось – как и рассказ соседа об исчезнувших холмиках, ее сложно было подтвердить… до этих пор.

Современная биохимия дает нам возможность заглянуть на самый нижний уровень жизни. Теперь мы можем обоснованно оценить, насколько реалистичны предполагаемые маленькие шаги, необходимые для больших эволюционных изменений. В книге вы увидите, что овраги, разделяющие повседневные формы жизни, аналогичны оврагам, которые разделяют биологические системы в микроскопическом масштабе. Подобно фрактальным узорам, на которых мы в любом масштабе видим один и тот же рисунок, даже на самом крошечном уровне жизни возникают непреодолимые препятствия.

Биохимия показала нам границы теории Дарвина. Она открыла самый настоящий «черный ящик» – клетку – и тем самым помогла нам понять, как устроена жизнь. Именно поразительная сложность субклеточных органических структур заставляет задаваться вопросом: «Как это все могло развиться?» Чтобы прочувствовать всю остроту этого вопроса и понять, что нас ждет, давайте рассмотрим пример биохимической системы. Объяснение происхождения той или иной функции должно согласовываться с современной наукой. Посмотрим, как развивалось научное объяснение одной из функций – зрения – с XIX в., а затем разберемся, как это влияет на нашу задачу объяснить его происхождение.

В XIX в. детали анатомии глаза были известны. Ученые знали, что зрачок работает как заслонка, которая пропускает достаточно света, чтобы видеть как при ярком солнце, так и в ночной темноте. Хрусталик глаза собирает свет и фокусирует его на сетчатке, формируя четкое изображение. Мышцы глаза позволяют ему быстро двигаться. Из-за того, что световые волны разных оттенков имеют разные длины, изображение могло бы получаться размытым, но хрусталик глаза меняет плотность своей поверхности, чтобы исправить хроматическую аберрацию. Всех, кто ближе знакомился с подобными тонкостями, это поражало. Ученые XIX в. знали, что если у человека отсутствует какая-нибудь из множества функций глаза, то результатом будет серьезная потеря зрения или полная слепота. Они пришли к выводу, что условием работы глаза является его целостность.

Чарльз Дарвин тоже знал об устройстве глаза. В книге «Происхождение видов» он разобрал ряд возражений против своей теории эволюции путем естественного отбора. Проблему глаза он обсудил в разделе, который вполне уместно называется «Органы крайней степени совершенства и сложности». По мнению Дарвина, эволюция не могла создать сложный орган за один или несколько шагов. Для таких радикальных нововведений, как глаз, потребовались бы несколько поколений организмов и постепенное накопление полезных изменений. Он понимал, что внезапное появление в одном поколении такого сложного органа равносильно чуду. К сожалению, казалось невозможным, чтобы человеческий глаз развивался постепенно, так как было ощущение взаимозависимости всех его сложных функций. Чтобы в эволюцию можно было поверить, Дарвин должен был как-то убедить общественность в том, что сложные органы могут формироваться поэтапно.

И ему это блестяще удалось. Дарвин поступил умно: он не стал искать реальный путь, которым шла эволюция при формировании глаза. Вместо этого он показал современных животных с различными видами глаз (от простых до сложных) и предположил, что в эволюции человеческого глаза в качестве промежуточных звеньев могли участвовать похожие органы (см. рис. 1–1).

РИСУНОК 1–1

Глазной ряд. Слева: Небольшой участок фоторецепторов медуз. Справа: Глаз морских моллюсков с хрусталиком. Внизу: Глаз морской улитки с хрусталиком

Источник: McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 6th ed., McGraw-Hill, New York, 1987. Воспроизводится с разрешения.

Перескажу доводы Дарвина. Человек обладает сложным, устроенным по принципу камеры глазом, но многие животные обходятся меньшим. У ряда крошечных существ есть лишь группа пигментированных клеток – всего-навсего светочувствительное пятно. Нельзя сказать, что здесь речь идет о полноценном зрении, но способность различать свет и тьму есть, а значит, это удовлетворяет потребности существа. Светочувствительный орган некоторых морских звезд устроен несколько сложнее. Их глаз расположен в углублении. Поскольку изгиб углубления блокирует свет с некоторых направлений, животное чувствует, откуда идет свет. Направленное восприятие глаза улучшается, если изгиб становится более выраженным, но одновременно с этим количество света, попадающего в глаз, уменьшается, а чувствительность снижается. Ее можно повысить, поместив в полость желатиновый материал, который будет работать как хрусталик, у некоторых современных животных глаза – именно с такими грубыми хрусталиками. Постепенное усовершенствование хрусталика обеспечивает все более четкое изображение, которое соответствует окружающей животное среде.