Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №04 за 2009 год

Надежность методов палеонтологии подтверждают такие «живые ископаемые», как рыба латимерия (на фото). Она принадлежит к группе кистеперых рыб (целакантов), считавшихся полностью вымершими 60 миллионов лет назад. Когда в 1938 году у берегов Мозамбика поймали живого целаканта, он оказался именно таким, какими изображали кистеперых палеонтологические реконструкции. Фото: SPL/EAST NEWS

Существа на кончике пера

Хорошая научная теория должна не только объяснять открытые независимо от нее факты, но и предсказывать новые, еще неизвестные. Но что может предсказать теория, утверждающая, что в основе описываемых ею процессов лежат непредсказуемые случайные изменения? На самом деле проверяемые предсказания в эволюционистике — дело не такое уж редкое, хотя проверки иногда приходится ждать довольно долго. В 1975 году американский морфолог-теоретик Эллин предположил, как челюстные кости рептилий могли бы преобразоваться в косточки среднего уха млекопитающих. В частности, он постулировал существование животного, у которого слуховые косточки уже не составляли единого целого с нижней челюстью, но еще оставались связанными с ней особым хрящом. Спустя 32 года китайские ученые описали примитивное млекопитающее, жившее около 125 миллионов лет назад. Им необычайно повезло: в найденной окаменелости косточки среднего уха не только полностью уцелели, но и сохранили свое естественное положение по отношению к другим костям. Оказалось, что они устроены именно так, как и предполагал Эллин. Руководивший раскопками китайский палеонтолог Чже-си Ло назвал новое ископаемое «яноконодон Эллина». Можно вспомнить, что еще в 1879 году будущий нобелевский лауреат Илья Мечников выдвинул предположение, как должна быть устроена фагоцителла — гипотетический предок всех многоклеточных животных. В 1960—1970-х годах зоологи присмотрелись повнимательнее к трихоплаксу — крохотному морскому существу, открытому еще в 1883 году, но считавшемуся личинкой какой-то медузы, — и опознали в нем почти точное воплощение мечниковской фагоцителлы. Эти и многие другие подобные случаи демонстрируют предсказательную силу эволюционных реконструкций, но в общем-то не зависят от того, какая сила движет эволюцией. Своеобразный масштабный эксперимент по проверке именно теории естественного отбора проводят сейчас американские фермеры. Контракт с компанией-производителем семян обязывает фермера перемежать посевы устойчивых к вредителям трансгенных растений рефьюджами — небольшими участками традиционных сортов. Как известно, вредные насекомые способны выработать устойчивость к любому яду. Однако нечувствительные к яду формы преобладают в популяции насекомых только при постоянном его применении, а в его отсутствие быстро вытесняются обычными сородичами (видимо, «генетическая цена» такой адаптации довольно высока). Наличие рефьюджей создает отбор, направленный против устойчивых форм и не позволяющий им распространиться в популяции. Судя по тому, что за 12 лет масштабного выращивания трансгенных культур не обнаружено еще ни одного устойчивого к ним вредителя, теория пока оправдывается.

Подвергай все сравнению

Родство часто проявляется в сходстве строения, но сходство — не всегда признак родства. Скажем, листья рябины похожи на листья некоторых папоротников, но они далеко не родственники. С другой стороны, у стремительного кальмара нет на первый взгляд ничего общего с лишенной глаз и конечностей мидией, навечно приклеенной к камню. Однако зоологи давно выяснили, что эти совершенно несходные существа представляют собой варианты одной базовой схемы: у каждого из них есть мускулистая нога (у кальмара она разделена на десяток щупалец), облегающая тело мантия, раковина (пусть и сильно редуцированная у кальмаров) и другие характерные черты строения. Такие сопоставления — предмет сравнительной анатомии и морфологии, дисциплин, переживших во второй половине XIX века невиданный расцвет. В неменьшей степени это относилось и к палеонтологии, данные которой оказались еще более востребованы для реконструкции эволюционных связей.

В этом 32-дневном эмбрионе еще трудно опознать человека, зато хорошо видны общие черты зародышей всех позвоночных: зачатки конечностей, хвост и жаберные дуги (складки) у головного конца, из которых у человека формируются челюсть и гортань, а у рыб — жабры. Фото: SPL/EAST NEWS

Если к моменту выхода «Происхождения видов» сравнительная анатомия существовала уже века, а палеонтология — десятилетия, то сравнительная эмбриология возникла под непосредственным влиянием эволюционных идей. В ее основе лежало наблюдение работавшего в Бразилии немецкого зоолога Фрица Мюллера: у зародыша любого более или менее сложного организма на определенных этапах развития можно наблюдать характерные черты его эволюционных предков. Этот эффект, подтвержденный множеством независимых исследований и знакомый ныне всем по школьным учебникам, возвели впоследствии в ранг «основного биогенетического закона». Он сделал эмбриологию инструментом анализа эволюционных связей. Кто бы мог подумать, например, что асцидия — сидячее морское животное, похожее на мешок с двумя трубками для перекачки воды, — окажется в прямом родстве с позвоночными? Ни палеонтология, ни сравнительная анатомия не давали оснований для такого сближения, но русский зоолог Александр Ковалевский, изучив развитие асцидии, обнаружил у нее свободно плавающую личинку — активное существо, обладающее хордой и спинной нервной трубкой. Вероятно, так и выглядели предки асцидий до перехода к сидячему образу жизни.

Сравнительные методы позволяли проследить «родственные связи» даже отдельных органов и структур. Стало ясно, например, почему у одного животного никогда не встречаются одновременно клыки и настоящие рога: оказалось, что это альтернативные варианты развития одного и того же эмбрионального зачатка. Взгляд морфолога уверенно различал в птичьем пере преобразованную чешую рептилий, в легких — вырост пищеварительного тракта рыбы, в электрическом органе южноамериканского угря — видоизмененные мышцы. Можно даже сказать, что основным содержанием эволюционных исследований второй половины XIX века было выяснение происхождения конкретных форм — как групп живых организмов, так и характерных структур.

Это была вполне осмысленная и достойная исследовательская программа, не завершенная, кстати, и по сей день. Слабое место ее, однако, состояло в том, что одни и те же методы в руках разных исследователей нередко давали совсем непохожие результаты. В итоге к рубежу XIX—XX веков методы, применявшиеся для составления эволюционных родословных, оказались основательно скомпрометированными, а интерес ученых к этой деятельности изрядно увял. И на этом фоне в первые годы нового, ХХ века эволюционизм был атакован с совершенно неожиданной стороны.