Эволюция на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Ошибка в книге может исказить смысл. Ошибка в компьютерной программе может сделать эту программу нерабочей. Ошибка шофёра может привести к смертельной аварии. А серьёзная ошибка в химическом тексте, по которому строится и функционирует тело, – это уродство. Поскольку случайная ошибка – это слепое искажение изначально работающего проекта, подавляющее количество ошибок будущего человека вредны или даже смертельны. Бывают, конечно, ошибки нейтральные, например, изменение цвета глаз. Оно практически ни на что не влияет – какая разница, голубая у человека радужная оболочка, каряя, зеленая или серая? Но если в результате сбоя генетической программы у детёныша не разовьется мозг, это уже серьёзно.

Однако это станет катастрофой только для неудачной особи, но не для природы. Природа такой ерундой не заморачивается. Она создала отличный, почти безошибочный механизм с минимальной вероятностью брака, и по поводу этого брака вообще не парится: сдох, и ладно! Совершенно здоровые особи миллионами мрут каждый день, пожираемые хищниками, уносимые голодом и болезнями, – так чего же волноваться об откровенно неудачном результате? Природа играет по-крупному! Для неё особь – расходный материал. Но не для нас, поскольку мы сами – особи и стараемся выжить…

В общем, 99 % мутаций – бесполезны или вредны.

Но иногда совершенно случайно ошибка может стать полезной, поскольку повышает приспособленность особи к среде. Что это значит? Это значит, что у мутанта появится чуть больше шансов выжить и оставить потомство, которое, в свою очередь, также сможет оставить потомство – и таким образом передать изменённый в результате мутации признак в будущее.

Пример.

Бабочки пяденицы любят жить на березах. Береза – белая. Поэтому крылья у пядениц белые, чтобы бабочки, сидящие на белых стволах, были незаметными для птиц. Ведь если птица бабочку заметит, то склюёт её, да и вся недолга… Но иногда в результате мутаций появляются на свет пяденицы с черными крыльями. Их участь незавидна: они слишком заметны на белых березах и потому быстро гибнут, даже не успев оставить потомство.

Но вдруг случается неожиданное – берёзы чернеют… Я рассказываю правдивую историю, на которую обратили внимание биологи Англии. Берёзы почернели, потому что на них начала осаживаться сажа: люди в XIX веке много топили углём, угольная копоть и смог покрывали тонким серо-чёрным слоем всё вокруг больших городов. Красивая белая кора березок тогда превратилась в сущее безобразие – нечто грязно-черное. И в этой ситуации преимущество неожиданно получили пяденицы-мутанты с темными крыльями – теперь уже они стали менее заметны на фоне грязной коры. А белые бабочки ярко выделялись на фоне темной грязи, и их склёвывали птицы. Мир перевернулся!

Очень скоро белокрылых бабочек вытеснили чернокрылые бабочки того же вида. Те чернокрылые мутанты, которые иногда появлялись раньше и быстро исчезали из жизни, теперь успевали оставить потомство! И передавали ему ген чернокрылости. Чернокрылых пядениц становилось всё больше и больше, а белокрылых убивали птицы. Птицы и выступили активным агентом окружающей среды, который осуществил естественный отбор.

Естественный отбор – третья составляющая механизма эволюции по Дарвину. Естественный, то есть природный, отбор – это очень просто: те признаки, которые повышают вероятность выжить и оставить жизнеспособное потомство, закрепляются и становятся признаками вида. А признаки, снижающие приспособляемость, средой отсеиваются.

Обратите внимание, речь идет только о вероятностях. Это не значит, что чуть более приспособленный индивид непременно выживет и оставит больше потомства со своим признаком, а чуть менее приспособленный непременно будет сожран хищником или умрёт от голода. Нет, речь лишь о возможностях и шансах. Это даёт видимый результат на больших статистических выборках, то есть при большом объеме материала, а живого материала в природе всегда много – вид насчитывает тысячи или миллионы особей. Благодаря редким удачным мутациям вид постепенно приобретает новый признак и с его помощью дрейфует в сторону большей приспособленности.

Если какой-то признак у вида уже существует, его можно усилить. Об этом прекрасно знают селекционеры, которые путем искусственного отбора усиливают нужные им признаки – например, повышают удойность коров, отбирая животных, которые дают больше молока, и размножая именно их. Таким способом вывели самые урожайные сорта растений. Так «слепили» из собак разные породы. Нужна коротконогая порода, чтобы могла ловко пробираться по узким норам и охотиться на лисиц? Сделали такую породу – называется такса. А как сделали? Очень просто! Один из тысяч отличительных признаков у собак – длина лап. Нужны коротконогие собаки? Давайте отбирать только тех, у которых ноги короче, чем у других, то есть носителей гена коротких ног. Выделим этот признак и будем усиливать его… Так можно вывести любую породу. Кстати, признак может быть не обязательно физическим, но и свойством характера, особенностью поведения. Собака, например, произошла от одомашненного волка. Тысячи лет прожив рядом с человеком, все собаки получили поведенческий признак – привязанность, любовь к людям. Кстати, и люди за тысячи лет существования бок о бок с симбиотическими[1 - Симбиоз – это совместное существование разных видов животных для обоюдной пользы. Один из самых известных примеров – симбиотическое существование актинии и рака-отшельника. Актиния – это примитивное кишечнополостное животное, напоминающее цветок. У него есть стрекательные (жгучие) клетки, с помощью которых актиния ловит мелкую добычу. Актинии неподвижны и прикрепляются к камням. А рачок-отшельник находит пустую раковину моллюска, селится в ней и передвигается с ней вместе. Прочная раковина служит ему защитой от хищников. Так вот, актиния с ядовитыми щупальцами, прикрепившаяся не к камню, а к ракушке отшельника, – это его вторая линия обороны от хищников, поскольку актиния жжётся, как крапива. Поэтому рачок не имеет ничего против того, чтобы таскать на себе лишний груз. Какая же польза от рачка для актинии? А такая: сама она передвигаться не умеет, а рачок её таскает с собой, расширяя ареал охоты.] животными получили аналогичный признак – любви к кошкам-собачкам. Он особенно ярок у детей – существ, ещё не испорченных воспитанием.

Другой пример симбиоза – полезные бактерии, живущие в человеческом кишечнике и помогающие переваривать пищу. Они нам помогают переваривать, а мы их кормим!

Наконец, мелкие воловьи птички «ухаживают» за бизонами: они выклёвывают из их густой шерсти насекомых-паразитов, которые сосут бизонью кровь. И бизонам хорошо – их от паразитов избавляют, и птичкам корма предостаточно.

Эти симбиозы сложились в природе вне разумных рассуждений о взаимной пользе, совсем не как приручение собаки человеком. Отсюда можно сделать простой вывод: природа может поступать вполне разумно, не имея никакого разума вообще. Более того – разум есть всего лишь частный случай приспособительной деятельности. А мозг – всего лишь «аналитическая железа» человека для улавливания закономерностей в природе. Это уж потом люди её развили в результате естественного отбора и приспособили для математики, мороженого и мультфильмов.

В природе в роли селекционера выступает среда. Помните, галапагосские вьюрки, питающиеся семенами, постепенно, за десятки или сотни тысяч лет приобрели крепкие мощные клювы, усилив этот признак. Те же, кто жил на территориях с другим типом питания, и кому подходил тонкий и длинный клюв, дрейфовали в эту сторону.

Теперь вы знаете, что я имел в виду, когда говорил, что слепая природа, действуя абсолютно стохастически (случайным образом), тем не менее, идёт вперёд, будто события развиваются по разумному плану. Хотя никакого разумного плана нет, что видно хотя бы по количеству бездарно загубленных жизней – в миллионы раз больше, чем случайных слепых удач.

Ну что, повторим пройденное?

Итак, есть некие объекты – животные любого вида или короткие модули из компьютерных программных кодов (небольшие подпрограммки, существующие в оболочке большой программы, которая является для них средой)…

И эти объекты:

– немного отличаются друг от друга;

– могут копироваться, передавая потомству свои индивидуальные особенности, причём в ходе копирования возникают ошибки;

– конкурируют между собой за свободную энергию, которая позволяет им жить, то есть бороться за свою выделенность из окружающей среды (иначе среда их просто растворит).

Если все эти условия выполняются, мы можем точно сказать: ребята, в этой системе идёт эволюция по Дарвину! Без всякого разумного вмешательства, чисто автоматически. Здесь будет идти усложнение. Здесь будут образовываться новые виды. Разве плохо?

Глава 4. Зачем природе понадобились смерть и любовь

Сколько существует человечество, столько оно задумывается о двух главных вещах, поет о них песни, пишет романы, сочиняет сказки. Эти две вещи – любовь и смерть. Хотя обе они взаимосвязаны, в первую очередь, конечно, люди задумываются о смерти…

Умирать людям неохота. В донаучную эпоху человечество утешалось религиозной мифологией – люди решили, что смерти никакой нет. Придумали, будто человек весь не помирает, умирает одно только тело, а его бессмертное сознание (которое называли душой) улетает куда-то в небеса и там болтается. Как-то так…

Теперь, в научную эпоху, человечество утешается тем, что скоро-скоро, буквально вот-вот человечество изобретёт лекарство от старости. Наука геронтология, изучающая процессы старения, выдвинула уже кучу теорий, объясняющих, почему человек стареет. Все теории прекрасные, все вроде бы работают, но их обилие вызывает смутные сомнения – если наука знает столько причин старения, то, может, на самом деле ни одной не знает? Почему все эти причины вдруг включаются, и человек начинает стареть, а потом и вовсе прекращает жить? Ведь ребёнок не стареет, а только развивается и улучшается – растёт, соками наливается. А взрослый человек – только портится.

Так происходит у всех видов. Похоже, старость – это заранее запрограммированная самоликвидация, а не просто болезнь. Геронтология открыла уже много механизмов самоликвидации индивида (для надежности). Но для чего природе понадобилось делать представителей вида временными? Почему эволюция заложила в каждого из нас бомбу замедленного действия, которая рано или поздно выносит с арены?

Ответ простой – природа слепа и бесчувственна. Особи для неё – расходный материал, точно так же, как для нас с вами – наши клетки. Вы ведь знаете, что клетки организма всё время обновляются – одни гибнут, другие приходят им на смену?

Организм в целом живет гораздо дольше его клеток.

Так, например, клетки роговицы глаза обновляются полностью раз в семь-десять дней. Вообще те клетки организма, которые соприкасаются с внешней средой и потому сильнее изнашиваются, обновляются чаще. Скажем, клетки кожи, которые постоянно отшелушиваются, полностью сменяются за пару недель, а вот клетки крови – примерно за полгода. Клетки печени – за год-полтора. Мышечные клетки, расположенные глубоко внутри тела, – за пятнадцать лет. Костные клетки – остеоциты – обновляются полностью каждые десять лет. А клетки кишечного эпителия – те самые, которые занимаются перевариванием и всасыванием пищи, – меняются практически молниеносно: за три-пять дней кишечные ворсинки полностью обновляются. Это потому, что они очень активно контактируют, поступающей из внешней среды пищей, то есть чужими белками, микробами, грязью. Примерно с такой же скоростью – за десять дней – обновляются вкусовые рецепторы, то есть те клетки языка, которые чувствуют вкус пищи. Что ещё напрямую контактирует со средой, кроме кожи, глазной роговицы и кишечника? Лёгкие! Клетки легочных альвеол, которые поглощают из воздуха кислород, обновляются за две недели. Есть и ткани, которые не обновляются – клетки мозга и хрусталик глаза. Но в целом человек полностью обновляется много раз в течение жизни, оставаясь при этом самим собой.

Вот так же и вид остаётся всё тем же видом живых существ, меняя «боевые единицы», которые «контактируют со средой». Однако эта аналогия всё же не совсем точна. Клетки организма не меняют своего генетического состава, они при обновлении не изменяют «запись», а просто копируются: одна износилась, другая точно такая же пришла на смену. А вот особи любого вида все время перемешивают свои «записи» – половина информации о строении тела достаётся детёнышу от отца, а вторая половина – от матери. Затем получившийся организм проходит в природе испытания, и если делает это успешно, оставляет потомство, которому передаёт половину своих свойств. Вторая половина опять достаётся потомству от другой особи, благополучно преодолевшей испытания и доросшей до возраста размножения. Оставив свои гены потомкам, особь самоликвидируется, давая возможность поиграть в жизнь другим генетическим наборам.

Вот так, бесконечно перебирая признаки, природа всегда нащупывает лучшие варианты, постоянно выигрывая борьбу за существование. Мутации позволяют не просто тасовать уже имеющиеся признаки, но и создавать и закреплять полезные новые. А для распространения в популяции этих новых признаков нужно активное размножение и сброс с игровой доски старых фигур.

Я бы даже сказал, что смерть – главный признак жизни. Все, что живёт, – умирает.

Камень не умирает, он вечен, и, если его не трогать, ничего с ним не случится. Но он и не живет! Мёртвая материя. А для жизни, как выясняется, нужна смерть – именно по тем причинам, что мы только что разобрали. Требуется смена моделей. Смена свойств. Старые наборы признаков должны уступать место новым, а не закупоривать собой дорогу в будущее. Надо развиваться, нужно поспевать за меняющейся средой, нужно воевать с конкурентами за экологическую нишу.

Знаете, почему вымерли в Австралии сумчатые волки? Потому что их вытеснили, лишив корма, более совершенные модели – динго (домашние собаки, завезённые на континент людьми и там одичавшие).

Рука об руку со смертью ходит любовь. В этом случае под любовью я имею в виду половое размножение, а не те чувства, которые его сопровождают. То самое половое размножение, о котором вам с удовольствием расскажут ваши родители, а я лишь остановлюсь на его кибернетической основе…

Вы, кстати, знаете, что такое кибернетика? Скажу и об этом, раз уж речь зашла. Кибернетика изучает закономерности получения, хранения, переработки и передачи информации в сложных управляющих системах. Например, в вычислительных машинах. Или в живых организмах – ведь они тоже информационные системы.

Итак, давайте посмотрим, какие преимущества даёт половое размножение с точки зрения «получения, хранения, переработки и передачи информации» по сравнению с неполовым размножением. Например, таким, как бесполое деление. Как размножаются клетки? Просто делятся надвое. Отличный способ. Была одна клетка – стало две. Потом четыре. Восемь. И так далее. Есть и ещё один способ – почкование. Из почки – небольшого выроста на теле – образуется целый организм и потом отделяется от материнского тела. Таким образом могут размножаться растения, грибы, мхи, а также некоторые простейшие животные – губки, кишечнополостные, некоторые черви. Казалось бы, прекрасное решение!

Однако в мире животных бесполого размножения практически нет. Оно болтается где-то на задворках биосферы, а магистральную линию прогресса заняло половое размножение, причем, строго двуполое: скрещивание отца-самца и матери-самки. Существуют и другие экзотические разновидности полового размножения – гермафродитизм или партеногенез. Гермафродитизм – это когда особь имеет и мужские половые признаки, и женские, то есть одновременно и самец, и самка. А партеногенез – разновидность полового размножения, при котором самец совершенно не нужен: самка сама производит новый организм из своей яйцеклетки без всякого обмена генетической информацией с самцом. То есть попросту копирует себя без изменений. Казалось бы, удобнее, чем классическое половое размножение, когда для того, чтобы оставить потомство, нужно сначала найти себе пару. К чему же такие хлопоты? Однако природа сделала свой выбор не в пользу партеногенеза.

Партеногенез и гермафродитизм, несмотря на простоту решения, мы здесь даже рассматривать не будем, поскольку они маргинальны (не играют ведущей роли). А вот на классическое половое размножение посмотрим внимательнее.

Ведь чем плохо бесполое размножение? Тем, что при нём не происходит перемешивания свойств, это просто копирование. Половое же размножение нужно для более успешной эволюционной гонки. Оно резко повышает разнообразие!

У людей и любых других животных тысячи и тысячи разных свойств и признаков. Все они генетически заданы.

Кто-то больше любит кошек, а кто-то меньше. Кто-то умнее, а кто-то глупее. Кто-то выше, а кто-то короче. У кого-то печень – слабое место, а у другого проблемы с суставами. Один голубоглазый, другой кареглазый. Один склонен к полноте, а другой к облысению. А третий – и к тому, и к другому, не повезло парню… Кто-то лопоухий, а кто-то курносый. Кто-то прирожденный музыкант, а кто-то прыгун в высоту или писатель. Характер, таланты, возможности, вкусы, внешность – всё это наши признаки. И, как любые признаки, они зависят от генов. А поскольку гены мамы и папы перемешиваются, в результате получаются дети, одновременно и непохожие, и похожие на родителей. Насыпало детёнышу и от мамы, и от папы по половине разных признаков – и гуляй иди, новый организм!

С помощью полового размножения повышается «ассортимент». Но почему тогда самцов и самок в природе примерно равное количество? Это хороший вопрос!.. Человеческая женщина ходит беременная девять месяцев. Самка слона вынашивает в животе слонёнка почти два года. Беременность у собак длится пару месяцев. По сравнению с этими сроками оплодотворение самки самцом практически не занимает времени. Иными словами, одного самца хватит на то, чтобы сделать беременными множество самок. Почему тогда самцов столько же, сколько самок? Природа не любит излишеств, она поддерживает только то, что необходимо. Значит, самцы зачем-то нужны эволюции.

Давайте представим себя фермерами. Допустим, мы разводим коров. У нас есть деньги на десять голов. Мы можем купить поровну самцов и самок. Можем купить девять коров и одного быка. Или одну корову и девять быков.

Если у нас девять самочек, то через несколько месяцев будет девять телят.

Если поровну быков и коров – пять телят.

А если у нас одна корова и девять быков, получится всего один теленок.

Ясное дело, если мы разводим скот на мясо, лучше купить самок – больше денег заработаем. То есть для количества нужны самки.