Арик Кершенбаум - Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах — и о нас самих

Даже если смириться с тем, что мы не знаем, как возникли первичные формы жизни, стоит объяснить, каким образом они могли усложниться. Как и подавляющее большинство современных ученых, я утверждаю, что естественный отбор, скорее всего, является универсальным и повсеместно применимым объяснением того, что жизнь стала гораздо сложнее с тех пор, как возникла 3,5 млрд лет назад. Но что такое естественный отбор и почему он должен быть универсальным объяснением сложных форм жизни?

На элементарном уровне принцип естественного отбора понять легко. Полезные признаки накапливаются . Одни новые признаки сохраняются, другие нет, но удачные идеи, разработанные предыдущими поколениями, не забываются. Ричард Докинз дал этому процессу простое и элегантное объяснение в книге «Слепой часовщик» (The Blind Watchmaker). Представим себе случайную последовательность из 20 букв, например SDFLKJFGOSDIFHGSOFGH. Шансы получить из них осмысленную последовательность, скажем The Blind Watchmaker, астрономически малы: примерно 1 к 42 миллиардам миллиардов миллиардов [16] Для последовательности в 20 букв, если использовать 26 возможных букв латинского алфавита плюс знак пробела, количество возможных комбинаций 27 20 = 42 391 158 275 216 203 514 294 433 201. . Никто не поверит, что порядок может возникнуть из хаоса случайным образом. Но если каждый раз при внесении случайных изменений в эту последовательность сохранять те изменения, которые соответствуют искомой последовательности The Blind Watchmaker, результат будет совершенно иным. Удачные нововведения — скажем, замена начального S (которого нет в конечной последовательности) на T (первую букву артикля The) — не исчезают, поэтому постепенно проявится наилучший, то есть «правильный» вариант. Примечательно, что при использовании такого метода «отбора» правильная последовательность получается примерно после 540 попыток — шансы улучшаются в 80 миллионов миллиардов миллиардов раз! [17] На «исправление» одного знака требуется в среднем 27 попыток (так как нужный знак — один из 27), поэтому ожидаемое суммарное число попыток 27 × 20 = 540.

Разумеется, у природы нет предвидения. «Правильной» последовательности не существует. Но бывают более удачные последовательности и менее удачные. Если удачные изменения накапливаются, наша последовательность улучшается. Можно вкатить камень на холм, если холм ступенчатый и есть возможность передохну́ть на каждой ступени. Продвигаемся каждый раз на одну ступень и дожидаемся возможности подняться на следующую. Вот суть естественного отбора, простая, элегантная и очевидная.

Но существуют ли еще какие-нибудь, альтернативные объяснения?

Примечательная особенность теории естественного отбора состоит в том, что ученые теряются, когда заходит вопрос о правдоподобных альтернативах. Обычно, когда объяснение природного явления вызывает сомнения, рассматривается и сопоставляется множество различных альтернативных гипотез, после чего предварительно останавливаются на самой убедительной из них (до тех пор пока в свете новых данных представления не изменятся). Например, свет может быть излучением видимых объектов или сенсорным лучом, исходящим из наших глаз (как полагали некоторые древнегреческие философы). Обе гипотезы могут считаться правдоподобными — пока не проведены надлежащие эксперименты, чтобы их проверить. На протяжении большей части классического периода истории сосуществовали идеи плоской Земли и шарообразной Земли, у каждой были свои сторонники и противники, пока в 240 г. до н. э. Эратосфен не провел свой блестящий эксперимент по измерению радиуса Земли (и в самом деле шарообразной).

Интересно, однако, что в случае с естественным отбором других серьезных альтернативных гипотез, объясняющих существование сложных организмов, не находится, если не считать нескольких совершенно неудовлетворительных и ненаучных версий.

Возможно, нам нужно подумать как следует; возможно, мы недостаточно сообразительны. Ответ: «Это единственное, что мне приходит в голову», — не отличается научной строгостью. Но, хотя отсутствие альтернатив не доказательство, это как минимум признак того, что естественный отбор — самая вероятная кандидатура. Все другие гипотезы, выдвигавшиеся для объяснения происхождения сложных форм жизни, в основном скорее описательные, чем объяснительные.

Например, можно допустить, что всемогущее Божество «руководит» конкретными изменениями формы и поведения живых существ, направляя их по эволюционному пути. Или же — что существует пока еще не открытая «жизненная сила», движущая видовыми изменениями. Или, быть может, при сотворении живого в него уже была заложена матрица его будущего развития, и «готовый план» человека ждал своего часа внутри бактерии. Все, что нужно, — это снять внешние слои, и вот они — мы. Но это лишь описание, а не объяснение того, как возникает сложность. У каждой человеческой культуры имеется своя история сотворения мира, и ни одна из них объективно не лучше другой. Истории ничего нам не объясняют, а мы очень хотим понять механизм , а не просто услышать историю.

Математический анализ дает нам весомые основания полагать, что естественный отбор может быть единственным объяснением жизни во Вселенной, и немалая доля наших представлений о том, что без естественного отбора эволюция жизни обойтись не могла, обусловлена математикой. Сами уравнения, возможно, несколько скучноваты, но только не стоящие за ними идеи. Одно из самых полных математических описаний того, как и почему происходит процесс эволюции, составил Джордж Прайс, замечательный, хотя и малоизвестный ученый XX в. Он был химиком, а не биологом и не математиком, но в сотрудничестве с двумя титанами эволюционной теории, Джоном Мейнардом Смитом [18] Джон Мейнард Смит. Теория эволюции (The Theory of Evolution by John Maynard Smith). и Биллом Гамильтоном, создал самое полное математическое описание причин эволюции. Рассказывают, что неотвратимость эволюционных сил произвела такое впечатление на Прайса, что он, бывший прежде убежденным атеистом, обратился в христианство, раздал все свое имущество, посвятил остаток жизни помощи бездомным, впал в глубокую депрессию и умер в нищете в трущобах [19] Орен Харман. Цена альтруизма: Джордж Прайс и поиски истоков доброты (The Price of Altruism: George Price and the Search for the Origins of Kindness by Oren Harman). .

Один из ключевых элементов уравнения Прайса состоит в том, что и количественные характеристики какого-либо признака животного — например, длина его зубов, — и преимущество, которое дает это признак, изменчивы . У одних животных зубы длиннее, у других короче. Хотя более длинные зубы действительно могут быть преимуществом, это не всегда означает, что зубы в два раза длиннее окажутся для животного в два раза полезнее. Скорее, существует общая тенденция — чем длиннее зубы, тем больше преимущество. Прайс математически доказал, что скорость изменения признака в популяции со временем (скорость, с которой у потомков животных удлиняются зубы) зависит от так называемой ковариации между признаком и преимуществом, которое он обеспечивает, иными словами, от того, насколько тесно взаимосвязаны признак и его полезность. Если с удвоением длины зубов польза всегда удваивается, то длинные зубы распространятся в популяции как пожар. Если эта связь слабее — например, если удвоение длины зубов дает прирост пользы только на 10 %, и притом только в 50 % случаев, — то темпы эволюции будут гораздо медленнее.