Ошибки эволюции: неразумный дизайн

Многие современники Дарвина из числа состоятельных джентльменов увлекались искусственной селекцией, создавая и улучшая породы лошадей, собак, голубей. Было хорошо известно, что путем допущения к размножению потомства с нужными признаками и выбраковки неудачных особей можно очень быстро изменить внешний облик и чуть ли не любые свойства животного или растения. Дарвин догадался, что в природе должен сам собой идти такой же процесс, подобный тому, что происходит на псарне или голубятне. Если владельцу псарни нужны длинноногие собаки, умеющие быстро бегать, он будет отбирать длинноногих щенков, затем скрещивать их между собой и в течение нескольких поколений получит новую породу, скажем, гончую. Если в какой-то популяции сложатся такие условия, когда более длинноногие особи будут ловить больше добычи или успешнее убегать от хищника, то у них появится шанс оставить больше потомства.

Последарвиновская эпоха принесла с собой новые выдающиеся открытия в биологии. Была открыта структура ДНК, расшифрован генетический код, введено понятие генетической мутации, однако основным механизмом эволюции до сих пор признается естественный отбор. И нечасто так бывает в науке, что ученому удается интуитивно нащупать существующий в реальности механизм, объяснить который при определенном уровне научных знаний невозможно. Дарвину это удалось.

Возникает, однако, вопрос: хватило ли эволюции времени, чтобы путем отбора случайно возникающих полезных мутаций произвести на свет столько по-разному сконструированных организмов? Современная наука дает на этот вопрос утвердительный ответ. Ведь если сравнить ту скорость эволюции, которую мы наблюдаем в палеонтологической летописи, со скоростью эволюции, которую сейчас ученые получают в лабораторных условиях, когда они целенаправленно заставляют организмы эволюционировать, оказывается, что в лаборатории можно добиться таких скоростей, которые на много порядков превосходят те, что были в природе. Иными словами, эволюция могла бы теоретически идти гораздо быстрее, чем она шла на Земле.

Тем более что генетические различия между животными не так велики. Чем дальше мы читаем геномы разных животных, тем яснее становится, насколько похожи, насколько родственны все животные между собой. Казалось бы, что общего между лапками мухи, щупальцами актинии, плавниками рыбы и руками человека? А их, оказывается, регулируют одни и те же гены.

Здесь надо понимать, что геном работает на уровне клетки, а не целого организма. У живого существа нет центрального генома. Когда оплодотворенное яйцо начинает делиться, каждая дочерняя клетка получает копию всего генома. То есть все клетки эмбриона- сначала две, потом четыре, потом восемь — одинаковые, у них у всех одна и та же генетическая программа. А почему же из одних клеток формируется мозг, из других — кожа, из третьих — сердце? Все это происходит за счет самоорганизации: клетки обмениваются сигналами и меняют друг для друга условия среды, на которые их программа реагирует определенным образом. И вот уже на ранних этапах возникает разметка. Все может начаться с того, что в яйцеклетке есть полярность. На одном полюсе сосредоточивается больше каких-то веществ, чем на другом. И когда яйцеклетка делится, то в одних клетках вещества будет больше, чем в других. Высокая концентрация данного вещества может быть воспринята как сигнал для включения определенного гена. Допустим, этот ген кодирует какой-то сигнальный белок. Он начнет производиться из клетки и будет восприниматься соседними клетками как сигнал, по которому включатся еще по 20 генов. Они начнут производить 20 других сигналов. В результате таких процессов эмбрион размечается и в разных его частях включаются разные гены.

Этому явлению посвящены интересные эксперименты — например, над одним из видов червей. Определенная клетка эмбриона задает программу: здесь будет хвост, тут голова. Если отделить эту клетку от эмбриона, то получится не червь, а бесформенный комок. Но достаточно лишь прикоснуться такой клеткой к развивающемуся зародышу, чтобы в том месте, к которому мы прикоснулись, образовался хвост, то есть возникла полярность. Но пока еще эти механизмы эмбриогенеза не известны во всех деталях. Расшифрованы только самые азы, ключевые регуляторы. Мы пока не можем взять геном и на компьютере рассчитать, какой из этого генотипа получится фенотип. Но главное — установлено, что весьма небольшие изменения генома могут быть достаточными для радикальных изменений морфологии.

Показательный пример — гомеозисные мутации, то есть мутации ключевых регуляторов развития, которые могут приводить к таким радикальным изменениям, как, например, появление дополнительной пары крыльев или образование ног вместо усиков у мухи. Даже у человека может появиться вторая пара ушных раковин на шее, хотя чаще это встречается у коз. Объясняется такое «чудо» достаточно просто. В развитии эмбриона у всех позвоночных есть стадия, на которой закладываются так называемые жаберные дуги. У наземных позвоночных щель между первой и второй жаберными дугами превратилась в ушной канал (евстахиева труба, полость среднего уха). Далее следует еще несколько жаберных дуг и щелей между ними. И вот гомеозисные мутации могут привести к тому, что еще на каком-нибудь из зачатков жаберных щелей сработает программа формирования уха. Тогда мы получаем ухо в неположенном месте. Схожий процесс порождает, например, гусениц и бабочек с лапками на всех сегментах.

В тот момент, когда появилось первое живое существо, первый биологический репликатор, первый объект, который способен производить копии самого себя и на который уже может действовать дарвиновский эволюционный механизм, биологическое разнообразие могло развиваться автоматически. Другой вопрос — обязателен ли был рост сложности в эволюции? В принципе можно себе легко представить, что появились одни лишь бактерии и на этом уровне живое остановилось. Это очень вероятный сценарий, и не кажется удивительным, что во Вселенной на тысячу планет, где живут одни бактерии, есть лишь одна, где появилось что-то более сложное. На уровне бактерий эволюция застряла надолго. Казалось бы, ничто не предвещало возникновения более сложных форм жизни. Некоторые считают, что даже появление эукариотической клетки — это страшно маловероятное событие, сопоставимое с зарождением жизни. Но проверить это никак нельзя. Нуль-гипотеза по поводу усложнения строения организмов такова: никакой особой направленности эволюции в сторону усложнения нет — имеет место чисто стохастический процесс, блуждание. Эволюционирующие группы организмов ветвятся (дивергируют), и совершенно случайно в ходе ветвления иногда возникают более сложные потомки. За счет блуждания в пространстве сложности идет рост сложности самого сложного организма.

Однако, по-видимому, не все так просто. Мы видим, что те эволюционные линии, которые пошли по пути наращивания своей сложности, так и продолжают идти по этому пути. Явно начинают работать какие-то положительные обратные связи. Самый близкий пример — развитие интеллекта, сложного поведения. Положительная обратная связь здесь возникнет в том случае, если в данной популяции наиболее умные особи будут иметь больше шансов на успешное размножение и оставят наибольшее количество потомков. Значит, гены большого ума распространяются и уже через несколько поколений все станут столь же умными. Если однажды появится мутант более умный, эта мутация снова распространится и все станут такими же. Возникает своего рода «гонка вооружений», и это один из важнейших механизмов нагнетания сложности. Обычно он приводит к развитию длинных ног, больших рогов, острого зрения. Но точно так же может идти гонка вооружений и по умственным способностям.

Однако усложнение организма не всегда означает его совершенствование. Если бы в действительности существовал «разумный дизайнер», которому по силам создать живой организм с чистого листа, да так, чтобы в нем все было сделано наилучшим образом, то жизнь на Земле выглядела бы совершенно по-другому. В реальности же каждое живое существо представляет собой комок компромиссов. Геномы очень похожи на программные коды, разработанные группой бестолковых халтурщиков-программистов, где заплатка стоит на заплатке. Здесь написано плохо, но вот тут добавлен блок, который эту ошибку исправляет. В итоге программа срабатывает в большинстве случаев, хотя и не во всех. Классический пример подобного несовершенства — глаз у позвоночных. Креационисты часто упоминают этот орган в качестве доказательства разумного дизайна. Еще в XIX веке Герман Гельмгольц — великий оптик и специалист по глазам — видел массу конструктивных дефектов в устройстве глаза. Глаз сделан крайне несовершенно. Заплатки, конструктивные дефекты компенсируются доводками и доработками. Для начала — наш глаз вывернут наизнанку. У позвоночных фоторецепторы смотрят внутрь черепа, сама клетка фоторецептора находится перед ним. Между фоторецептором и светом есть еще вспомогательные клетки и нервы, которые подходят к фоторецепторам не сзади, что было бы оптимально, а спереди. Такая конструкция глаза тянется от самых ранних хордовых. У них центральная нервная система формировалась путем впячивания нервной пластинки с образованием трубки. В итоге фоторецепторы оказались обращенными внутрь этой трубки. Для первых хордовых такое положение фоторецепторов абсолютно не было недостатком, так как эти животные все равно не различали изображения, а только отличали тьму от света. Они имели крошечные размеры и были совершенно прозрачными, так что им было все равно, куда смотрят рецепторы. В дальнейшем, когда у позвоночных стали формироваться сложные глаза, они возникали как выпячивания этой нервной трубки. Глаз усложнялся, но фоторецепторы уже нельзя было повернуть в нужную сторону.

Теперь нервы, передающие сигналы с фоторецепторов в мозг, должны подходить к сетчатке снаружи, а потом уходить внутрь. Для этого в сетчатке пришлось сделать отверстие, так называемое слепое пятно. В общем, с сетчатки мы получаем весьма некачественную картинку, но ситуацию исправляет мозг-анализатор, дорисовывая плохое изображение. Правда, именно из-за этого человек подвержен разного рода обманам зрения. И если мы принимаем в сумерках складку занавески за прячущуюся фигуру, это все потому, что дизайн глаза особой разумностью не отличался.