Эволюция для всех, или Путь кентавра

Гангнус Александр Александрович

Многие ученые, например российские биологи Северцов и Шмальгаузен, говорили об эволюции онтогенезов, то есть о том, что в эволюции «единицей измерения» следует считать не организм, не вид, не популяцию [1] , а тип индивидуального развития от зарождения до смерти.

Онтогенез можно представить себе в виде длинной «колбасы», причем ось этой «колбасы» — время жизни организма, биовремя, а каждый «плоский срез» — это состояние организма в тот или иной момент жизни. Ясно, «колбаса» эта тонкая в начале (организм маленький) и утолщается к концу. Внутри этой «колбасы» можно заметить то утолщающиеся, то сходящиеся на нет вытянутые вдоль оси времени нити волокна — это признаки организма, в разных временных срезах они имеют разную толщину, по-разному развиты в разные периоды жизни. Все срезы этой «колбасы»

равноправны. И червеобразный зародыш с жаберными щелями — это человек, и беспомощный грудной младенец, и полный сил мужчина (женщина), и дряхлый старец. Вся или почти вся «колбаса» записана в генах, как бы существует заранее, поэтому однояйцовые (то есть происходящие из одной зародышевой клетки) близнецы будут похожи друг на друга на всех этапах своей жизни.

1

Популяция — сообщество организмов одного вида, в котором все самки и самцы имеют возможность соединяться для продолжения рода, то есть это сообщество с единым генным фондом.

Вся эта «колбаса» в целом и эволюционирует, то есть движется в другом, геологическом времени, в череде поколений… На нее действуют мутации, некоторые из этих «опечаток» в генной записи, становясь признаками, а потому подпадая под действие естественного отбора, оказываются не опечатками, а редакторскими поправками, улучшающими текст. Тут очень важно понять: мутация, новая генная структура, реализуется не в признаке вообще, а в свойстве организма, проявляющемся в той или иной степени, в том или ином возрасте. На какой именно возраст падает максимальное действие мутации, зависит от таинственного и еще не раскрытого фактора, который управляет биовременем, приводит в действие в определенный момент те или иные гены.

Мутацию, меняющую форму плода у растения, мы можем и не заметить, если выращиваем растение только на цветы. Какая-то мутация может способствовать длительному хранению плодов, то есть проявиться в самом конце жизненного цикла. В природе такая мутация может пройти бесследно, существовать незаметно у какого-то ничтожного процента диких растений — и это будет скрытая мутация. Но человек может заметить ее и путем селекции выделить растение с важным для него свойством. Мутация может вызвать пушистость меха у взрослого животного. Если дело происходит в холодные времена и в полярных странах, естественный отбор не только постарается закрепить новый признак, но и сдвинет его в биовремени — онтогенезе организма — на возможно более ранние стадии, чтобы сохранить от замерзания и детенышей. Если мутация вредна, естественный отбор постарается сдвинуть ее проявление в признаке на самый конец жизни. Может быть, именно поэтому в старости чаще всего проявляется наследственная предрасположенность к болезням.

Может измениться запись признака для очень ранней стадии — детской или даже зародышевой. Такое изменение влияет на всю последующую жизнь и может сильно изменить весь тип организма. Поэтому ранняя мутация, если она хоть немного не встраивается в существующую систему организма, либо отсекается отбором (детская смертность и гибель зародышей во много раз превышает смертность среди взрослых, зрелых существ), либо регулируется в ходе зародышевого развития — мутантный признак нередко компенсируется или затушевывается изменениями в развивающихся рядом тканях и органах.

Вредных мутаций большинство, но могут быть и безвредные и даже полезные. Ранняя мутация, резко перестроив организм, может дать что-то вроде скачка в эволюционной истории…

Но таких мутаций — чем выше уровень развития животного или растения — становится все меньше. Опять эволюция эволюции! Раз большинство мутаций вредные, жизнь ищет способы бороться с ними. В клетках появляются особые механизмы починки поврежденных генных записей, мутацию можно перевести в разряд скрытых, прикрепив к ней особый ген-подавитель, который не дает ей проявить свои зловещие возможности в нежелательном признаке. Многие мутации, изменения в генах, не обязательно вызывают нежелательный признак, а только изредка, у некоторой части потомства. Тогда вид в целом не пострадает. Гены с таким уступающим, лишь изредка выявляемым действием называют рецессивными (в противоположность доминантным).

Итак, эволюция может идти за счет внутренних изменений в самой «колбасе-онтогенезе». Одна часть «колбасы» может постепенно очень сильно вытянуться (неотения, растянутая юность!), другая, наоборот, сократиться, уйти в эмбриональный запас (стадия жаберных щелей у человеческого

зародыша). Могут перемещаться из конца в конец «колбасы» отдельные возрастные признаки…

И значит, нет ничего удивительного, если по некоторому признаку онтогенез отразит эволюцию предков животного, а по какому-то не отразит. И даже наоборот, древний, забытый вроде бы признак сдвигается из зародышевой на зрелую стадию. Но первых случаев больше — ведь чем древнее признак, тем все-таки труднее его применить в новых условиях.

Каждый из нас несет в себе прошлое. И несет не как памятный подарок, а как полезный и необходимый багаж на долгом пути эволюции. Почти все, что еще может понадобиться для новых неволшебных превращений, есть в этом багаже. Значит, каждый из нас, жителей Земли, несет в себе не только свое прошлое, но и свое будущее.

ЗЕМЛЯ В ДОКЕМБРИИ

Жизнь явилась и сделала несколько шагов. Но это не значит, что планета стала похожа на современную. На докембрийской Земле мы бы сразу погибли.

Сначала не было свободного кислорода. Самые первые бактерии и водоросли, возможно, обходились без процесса дыхания, необходимая для жизнедеятельности энергия добывалась иначе — например, с помощью брожения.

Сине-зеленые водоросли, строя рифы в океанах, уже выделяли кислород, он накапливался в воде. Кислород был сильнейшим ядом для многих древних существ, но он ускорил эволюцию для тех, кто сумел перейти на кислородное дыхание. Им дышали первые многоклеточные животные в океане, но в атмосфере его по-прежнему почти не было. Горные породы еще молодой, «неокисленной» Земли жадно поглощали его, окисляясь. Главный газ атмосферы был углекислый, как на современной Венере. Те же сине-зеленые, еще когда только научились строить рифы, стали удалять углекислоту из воды (а значит, и из атмосферы), связывать ее в известковых коллективных скелетах. Говорят, если выделить весь углекислый газ, скрыто содержащийся во всех ископаемых известняках, земная атмосфера увеличится в десятки раз и станет почти полностью углекислой, вернется к первобытному, венерианскому типу.

Но выделение кислорода и поглощение углекислоты шло очень медленно. Прошли миллиарды лет с зарождения жизни, а содержание кислорода в атмосфере к началу второй половины рифея (миллиард лет назад) достигло, как считают некоторые, только одного процента (сейчас 21 %). Внешне Земля мало отличалась от той безжизненной планеты, на которой возникли первые «живые» молекулы. Суша была голая, пустынная. Зато в океане…

ВТОРАЯ РАЗДАЧА СКЕЛЕТОВ

Шестьсот миллионов лет назад на рубеже огромной докембрийской эпохи и кембрия по всей Земле в океанах как-то вдруг разом появились тысячи уже вполне развитых, эволюционно приспособленных, по-разному специализированных организмов. Как будто Земля была внезапно заселена извне… И было время, когда «кембрийское нашествие» организмов использовалось противниками эволюционного учения: вполне готовая высокоорганизованная жизнь, говорили" некоторые ученые, появилась сразу, а не развивалась путем медленных преобразований.

Это были археоциаты — малопонятные, многочисленные в кембрии, но вскоре без остатка вымершие животные, строившие коллективные скелеты-рифы, наподобие современных кораллов; фораминиферы — одноклеточные существа с красивыми, разнообразной формы раковинками, живущие до сих пор. Королями кембрийского моря были трилобиты — мелкие и крупные, подвижные, защищенные панцирем членистоногие хищники, родичи более поздних раков и скорпионов. Внешне на них похожи нынешние мокрицы.

Среди остатков животных, появившихся во время «кембрийской революции», напрасно искать наших предков — хордовых, хотя они, несомненно, уже жили в морях. Правда, получили скелет и губки — их можно считать формой, близкой к первым многоклеточным. Но губки уже существовали к этому времени, может быть, не меньше миллиарда лет, это была новость «с бородой». В чуть более молодых слоях палеонтологи находят граптолиты — причудливые колонии животных, явно близких к нашему полухордовому современнику, исследованному А. О. Ковалевским, — баляноглоссу. Но и полухордовые «пропечатываются» в книге эпох гораздо позже тех времен, когда они давали начало хордовым нашим предкам. То же можно сказать и о первичнохордовых — оболочниках, которые так и не получили скелета, но все-таки порой их отпечатки в окаменевших илах древних морей попадаются на глаза палеонтологам. Но все это позже. На границе же кембрия и докембрия наши прямые ланцетникоподобные, видимо, предки оставались палеонтологическими невидимками.