Коллектив авторов - Эволюция. От Дарвина до современных теорий [litres]

Мозг часто считается венцом эволюции, наделяющим своего обладателя такими истинно человеческими качествами, как язык, интеллект и сознание. Но еще до этого эволюция мозга сделала нечто невообразимое: она вывела жизнь из состояния «овоща». Впервые мозг дал возможность организму реагировать на изменения окружающей среды быстрее, чем в рамках поколений.

Нервная система координирует две чрезвычайно важные функции: движение и память. Если вы – растение, и ваш источник пищи исчезает, то дело плохо. Но если у вас есть нервная система, контролирующая мышцы, то вы можете передвигаться в поисках еды, жилища и партнеров.

Простейшая нервная система представлена кольцеобразными цепочками у стрекающих (медузы, морские ежи, актинии). Эти животные могут не отличаться умственными способностями, однако они способны находить то, что им нужно, и взаимодействовать с окружающим миром в более сложной форме, нежели растения.

Следующим эволюционным шагом, который, вероятно, и произошел у плоских червей в кембрии, стало добавление своего рода регулирующей системы, которая придавала движениям смысл. Эта разновидность примитивного мозга имела дополнительные «провода», которые организовывались в сеть.

Поиск пропитания стал главной целью всех древних водных обителей. Организмы должны были отделять съедобное от ядовитого, а мозг помогал им в этом. Конечно же, при взгляде на любое животное нельзя не заметить, что мозг всегда расположен рядом со ртом. У ряда самых примитивных беспозвоночных пищевод проходит сквозь мозг.

С мозгами развиваются память и осязание, позволяющие определить, хороший этот мир или нет. Вместе они позволяют животному динамически отслеживать улучшение или ухудшение окружающей обстановки. Даже животные с простейшей мозговой организацией (насекомые, слизни, плоские черви) могут на основании собственного опыта предсказывать свой следующий шаг или выбирать наиболее подходящую пищу; в них заложена система поощрения за правильный выбор. Сложные функции человеческого мозга (социальное взаимодействие, процесс принятия решений, сопереживание и т. д.) развились из этих базовых систем, регулирующих прием пищи. Ощущения, управляющие нашим пищевым поведением, стали интуитивными решениями, которые мы называем внутренним чутьем. Есть простая причина, по которой мы целуем потенциальных партнеров, – это самый примитивный из всех известных нам способов что-либо проверить.

Если говорить о людях, то язык должен был стать высшим эволюционным достижением. Он возглавляет список того, что делает нас особенными, – от сознания, сопереживания и самокопания до символизма, духовности и нравственности.

То, как именно наши предки совершили данный рывок в развитии, так и осталось одной из самых сложных научных проблем. Сам сложный язык с синтаксисом и грамматикой, в котором смысловое значение формируется в соответствие с иерархией подчиненных предложений, зародился лишь один раз. Воспроизвести язык способен только человеческий мозг.

Но почему же наши близкие эволюционные родственники (шимпанзе и другие приматы) не наделены этой способностью? Ответ кроется в уникальных для человека нейронных сетях. Эти сети позволяют выполнять сложную иерархическую обработку, необходимую для основанного на правилах языка. Нейронные сети формируются как генами, так и опытом. FOXP2 – первый ген, связанный с языком, – был найден в 2001 году.

Этот ген есть и у людей, и у шимпанзе. Однако версии гена варьируют и по-разному влияют на целевые для FOXP2 гены в мозге. Кроме того, мозг новорожденного-человека куда менее развит, чем мозг новорожденного шимпанзе. Это означает, что наши нейронные сети формируются на протяжении многих лет нашего развития при погружении в языковую среду.

В некотором смысле язык – это последнее слово в биологической эволюции, поскольку именно это эволюционное новообразование позволило своим обладателям выйти за пределы чисто биологических реалий. Язык помог нашим предкам в создании собственной среды (теперь мы называем ее «культурой») и адаптации к ней без необходимости в генетических изменениях.

Лишь немногие эволюционные новшества имели столь дальновидные последствия для всего живого, как способность получать энергию из солнечного света. Фотосинтез в буквальном смысле преобразил «лицо» планеты, изменив атмосферу и укутав Землю в защитный щит от смертельной радиации.

Без фотосинтеза запасы кислорода в атмосфере были бы ничтожно малы; не существовало бы ни растений, ни животных. На планете жили бы только микробы, влачащие жалкое существование в первичном бульоне из минералов и углекислого газа. Фотосинтез снял все эти ограничения, а выработанный в процессе кислород подготовил почву для возникновения более сложных форм жизни.

До появления фотосинтеза жизнь была представлена одноклеточными микробами, источниками энергии которых являлись химические вещества (сера, железо и метан). Затем примерно 3,4 миллиарда лет назад или даже раньше группа микробов развила в себе способность к получению солнечной энергии с целью образования необходимых для роста и питания углеводов. Пока неясно, как именно им это удалось. Однако генетические исследования показывают, что светоулавливающий аппарат развился из белка, чьей функцией являлась передача энергии между молекулами. Так возник фотосинтез.

Но ранняя версия фотосинтеза не вырабатывала кислород. В качестве исходных компонентов использовались сероводород и диоксид углерода, а конечными продуктами являлись углеводы и сера. Затем, спустя какое-то время (точные даты неизвестны), появился новый тип фотосинтеза, который пользовался другим ресурсом – водой, и в качестве побочного продукта выделял кислород.

В ранние дни на Земле кислород был ядовит для жизни. Он накапливался в атмосфере до тех пор, пока какие-то микробы не развили в себе толерантность к кислороду и не научились использовать его в качестве источника энергии. Это оказалось важным открытием: использование кислорода для сжигания углеводов в 18 раз эффективнее, чем в анаэробной среде.

Жизнь на Земле обзавелась нужным количеством энергии, создав условия для развития сложных многоклеточных форм жизни, включая растения, которые «позаимствовали» свой фотосинтетический аппарат у фотосинтезирующих бактерий (цианобактерий). Прямо или косвенно, но в наши дни фотосинтез производит почти всю энергию, используемую живыми организмами на Земле.

Кислород является не просто эффективным средством для сжигания топлива. При выделении кислорода в процессе фотосинтеза он помогает защитить жизнь. Земля находится под постоянным облучением смертельного ультрафиолетового излучения, исходящего от солнца. Побочным продуктом нашей насыщенной кислородом атмосферы является озоновый слой, простирающийся на 20–60 километров над поверхностью Земли. Именно он отфильтровывает большую часть вредного ультрафиолета. Такой защитный купол позволил жизни выйти из безопасного океана и колонизировать сушу.