Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Еще один поразительный, хотя и неоднозначный пример естественного отбора – эволюция ночной бабочки пяденицы березовой [41]. До промышленной революции бабочка (известная среди биологов под именем Biston betularia betularia morpha typica ) была окрашена в светлые тона, что обеспечивало ей прекрасную маскировку в среде обитания – на деревьях и среди лишайников. В результате английской промышленной революции леса и поля подверглись сильнейшему загрязнению, что привело, во-первых, к вымиранию лишайников, а во-вторых, к тому, что стволы многих деревьев почернели от копоти. В результате бабочки с белым тельцем внезапно стали беззащитны перед хищниками, что едва не привело к их полному вымиранию. При этом мотыльки-меланисты – темная разновидность той же бабочки ( carbonaria ) – около 1848 года несказанно размножились, поскольку их маскировка оказалась куда удачнее. А когда промышленники стали задумываться об охране окружающей среды и ввели соответствующие стандарты, то, словно в доказательство важности «зеленой» политики, снова стали появляться белые бабочки. Хотя многие сторонники креационизма жестко критикуют исследования пяденицы березовой и вышеописанный феномен «индустриального меланизма», даже некоторые критики согласны, что это очевидный случай естественного отбора ; спорят они лишь с тем, можно ли считать это доказательством эволюции, поскольку, в сущности, произошло лишь преобразование одной разновидности бабочки в другую, а не возникновение совершенно нового вида.

Другой распространенный довод против естественного отбора, скорее философский, состоит в том, что Дарвин дает этому явлению замкнутое, тавтологическое определение. Если не вдаваться в подробности, довод против звучит примерно так. Естественный отбор означает «выживание наиболее приспособленных». Но как определить, что такое «наиболее приспособленные»? Они определяются как те, кто лучше всех выживают, а следовательно, определение тавтологично. Этот довод опирается на недопонимание и не выдерживает никакой критики. Дарвин относил понятие «приспособленности» вовсе не к тем, кто выжил, а к тем, кто по сравнению с другими особями того же вида имел больше шансов выжить , поскольку был лучше адаптирован к окружающей среде . Здесь главное – взаимодействие между переменной чертой организма и окружающей средой, в которой организм живет. Поскольку организмы конкурируют за ограниченные ресурсы, одни из них выживают, другие – нет. Более того, чтобы вступил в действие естественный отбор, адаптивные признаки должны передаваться по наследству .

Как ни странно, даже знаменитый Карл Поппер [42], автор фундаментальных трудов по философии науки, тоже заподозрил тавтологию в определении эволюции посредством естественного отбора, хотя и не настолько «очевидную». В целом Поппер сомневался в том, что при помощи концепции естественного отбора можно объяснить многие процессы в природе, и вот почему: если определенный вид существует, значит, он адаптировался к среде обитания (те, кто не адаптировался, вымерли). Иными словами, говорил Поппер, адаптация просто определяется как признак, гарантирующий существование – и исключить здесь нечего. Однако после того как Поппер опубликовал этот довод, многие философы обнаружили в нем ошибку. На самом деле Дарвинова теория эволюции исключает больше сценариев, чем оставляет. Например, по Дарвину, невозможно появление нового вида, если нет вида-предка. Подобным же образом, согласно теории Дарвина, исключаются вариации, которых невозможно достичь последовательными шагами. Говоря современным языком, достижимыми считаются только вариации, возникшие в результате процессов, управляют которыми законы молекулярной биологии и генетики. Здесь главное – статистическая природа адаптации: относительно участи отдельной особи ничего предсказать нельзя, можно говорить лишь о вероятности. Никто не гарантирует, что два однояйцовых близнеца произведут такое же потомство, более того, никто не гарантирует, что оба выживут. Кстати, в последующие годы Поппер осознал свое заблуждение [43]и объявил: «Я переменил мнение о доказуемости и логическом статусе естественного отбора и рад, что у меня есть возможность публично отречься от прежних взглядов».

Наконец, для полноты картины, упомяну, что хотя естественный отбор – главный двигатель эволюции, существуют и другие процессы, которые приводят к эволюционным переменам. Пример подобного процесса, о котором Дарвин знать не мог, – это, по выражению современных биологов, генетический дрейф [44] – изменение относительной частоты, с которой встречается в популяции вариант того или иного гена ( аллель ), в результате либо случайности, либо ошибки выборки. В небольших популяциях такой эффект может быть весьма значительным, что видно на следующих примерах. Если бросить монетку, ждешь, что орел будет выпадать примерно в 50 % случаев. Это значит, что если бросить монетку миллион раз, количество орлов будет близко к полумиллиону. Но если бросить монетку всего четыре раза, существует достаточно большая вероятность (6,25 %), что все четыре раза выпадет орел, а это существенно отличается от ожидаемого.

А теперь представьте себе, например, очень большую островную популяцию особей, у которых один ген может быть в двух вариантах (аллелях) X или Z. Аллели обладают в популяции равной частотностью, то есть аллели X и Z встречаются в ½ случаев каждая. Но тут, не успели особи размножиться, как остров накрывает огромная волна цунами, и вся популяция тонет, кроме четырех особей. У четырех выживших особей может быть одно из шестнадцати сочетаний аллелей: XXXX, XXXZ, XXZX, XZXX, ZXXX, XXZZ, ZZXX, XZZX, ZXXZ, XZXZ, ZXZX, XZZZ, ZZZX, ZXZZ, ZZXZ, ZZZZ. Обратите внимание, что в десяти из шестнадцати сочетаний количество аллелей Х не равно количеству аллелей Z. Иначе говоря, вероятность генетического дрейфа в выжившей популяции – то есть изменения в относительной частотности аллелей – больше, чем вероятность сохранения прежнего состояния равенства частотности.

Генетический дрейф может привести к относительно быстрой эволюции в генофонде маленькой популяции, и к естественному отбору это не имеет отношения. Известный пример генетического дрейфа – случай с общиной секты амишей на востоке американского штата Пенсильвания. У амишей полидактилия (лишние пальцы на руках или ногах) встречается во много раз чаще, чем у населения США в целом. Это одно из проявлений редкого синдрома Эллиса-ван Кревельда [45]. Генетические болезни, связанные с рецессивными генами – например, синдром Эллиса-ван Кревельда – возникают только тогда, когда в одной особи встречаются две копии соответствующего гена. Причина того, что в общине амишей эти гены встречаются гораздо чаще обычного, – необходимость заключать браки в пределах своей популяции, основателями которой было всего около двухсот эмигрантов из Германии. Малая численность популяции дала исследователям возможность проследить, откуда взялся синдром Эллиса-ван Кревельда: его привезла в Америку в 1744 году всего-навсего одна супружеская пара, Самуэль Кинг с женой.