Джонатан Лосос - Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов

Филогенез, демонстрирующий эволюционные связи выбранных двудольных растений (растения с особым типом пыльцы, составляющие более половины всех видов растений). Виды, имеющие общего предка, более тесно связаны друг с другом, чем виды, произошедшие не от одного предка. Значок с дымящейся чашкой обозначает виды, вырабатывающие кофеин. Так как эти три вида не являются близко родственными, то наиболее вероятное объяснение, что кофеин эволюционировал независимо в каждой из этих групп (либо же выработка кофеина была родовым свойством, которое независимо утрачивалось много-много раз, но этот сценарий требует гораздо больше эволюционных изменений и, таким образом, менее вероятен).

Кофеин синтезируется путем преобразования исходной молекулы, именуемой ксантозин. Этот процесс осуществляют ферменты, именуемые N-метилтрансферазы (НМТ), которые последовательно отрезают части молекулы ксантозина, а потом добавляют новые. Среди растений существует много типов НМТ, которые выполняют самые разнообразные функции. Так что изначально они эволюционировали не с целью выработки кофеина. Скорее способность производить кофеин стала результатом эволюционного изменения в этих ранее существовавших ферментах, когда ксантозин преобразуется в кофеин.

Изучая геном различных видов, ученые выделили ДНК разных НМТ и обнаружили, что те НМТ, которые были преобразованы в кофе, отличались от тех, которые были преобразованы в чай и какао. Таким образом, эволюционные пути к выработке кофеина были различны – конвергенция осуществилась разными дорогами.

ЭВОЛЮЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ отличается от большинства других наук тем, что ее базовые открытия, касающиеся истории жизни, получены не на основе первопричин. Здесь не работают дедуктивные методы. Нельзя просто подойти к доске и вывести формулу для утконоса. Скорее здесь задействован индуктивный метод, когда общие принципы возникают за счет накопления множества изученных случаев.

Эти исследования позволяют нам отличать то, что происходит регулярно, от того, что случается лишь изредка. Другими словами, эволюция идет самыми разными путями: практически все правдоподобное, что вы можете себе представить, развивалось где-то когда-то у определенных видов. Если подождать, то в конечном итоге произойдет даже самое невероятное. Как сказал математик Ян Малкольм в фильме «Парк Юрского периода»: «Жизнь находит способ». Таким образом, чтобы понять основные модели эволюции жизни, мы задаемся не вопросом «что может случиться?», а «что обычно случается?»

То же самое с эволюционной конвергенцией. Стандартное знание заключается в том, что конвергентная эволюция происходит время от времени, но она необязательно ожидаемое событие. В научных трудах традиционно используются такие слова, как «поразительная», «удивительная» и «неожиданная» для описания ее возникновения. В новостных сюжетах отражаются эти настроения, заставляя нас воспринимать публикацию каждого нового примера, как нечто потрясающее и непредвиденное.

Но все меняется. В последние годы появился ряд ученых, которые разделяют противоположную точку зрения, настаивая на том, что конвергенция и есть ожидаемое событие, что она вездесуща и мы не должны удивляться, обнаружив, что множество видов, отдаленно связанных друг с другом, выработали у себя схожее свойство, чтобы адаптироваться к одинаковым природным условиям. И дальше ученые делают более обобщенный вывод: эволюция обусловлена, ее направляет естественный отбор, заставляя снова вырабатывать одни и те же решения проблем, поставленных окружающей средой. Согласно этой точке зрения, непредвиденные случаи в истории играют незначительную роль: их влияние стирается предсказуемым ходом естественного отбора.

НА ПЕРЕДОВОЙ этого научного направления – Саймон Конвей Моррис. Будучи скромным и закрытым человеком, палеонтолог Кембриджского университета не похож на того, кто раскачивает лодку. И все же, несмотря на внешнюю сдержанность, этот обладающий острым умом борец инициировал радикальный пересмотр роли копирования в эволюционном процессе.

То, что Конвей Моррис стал вдруг проповедником конвергентной эволюции и яростным критиком Стивена Джея Гулда, может показаться поначалу удивительным. Будучи ярким студентом в Кембриджском университете, он сделал себе имя докторской диссертацией, посвященной изучению диковинных животных легендарных сланцев Берджес канадской части Скалистых гор. Но это исследование фокусировалось на феномене, который казался антитезой конвергентной эволюции.

Сланцы Берджес сформировались около пятисот одиннадцати миллионов лет назад во время кембрийского периода, когда животный мир, как известно, только зарождался. До этого формы жизни были проще, в основном более-менее плоские. Вопрос о том, как произошел переход от этого чужеродного мира к предкам сегодняшних видов, все еще обсуждается. Но однозначно можно сказать, что все произошло быстро и масштабно, породив кембрийский взрыв, когда за короткий геологический период на планете возникло большинство знакомых всем нам видов животных – моллюски, иглокожие, ракообразные, позвоночные.

Но тогда появились не только предки сегодняшней фауны. Когда в начале XX века палеонтолог Чарльз Уолкотт, тогдашний директор Смитсоновского института, впервые обнаружил ископаемых животных в сланцах Берджес, оказалось, что все они принадлежали хорошо известным таксономическим группам – моллюскам, ракообразным, червям и так далее. Но когда полвека спустя Конвей Моррис захотел повторно изучить эти образцы, он обнаружил, что большинство их было палеонтологическими диковинами, не имевшими отношения ни к одному известному таксону. (Таксоны – эволюционные группы, такие как рыбы или моллюски; слово «таксон» может быть применимо к любому эволюционному уровню от вида или рода до царства). Уолкотт, вероятно, отвлекаясь на выполнение своих административных обязанностей или попросту не сумев отличить принадлежность найденных им образцов, отнес большинство ископаемых животных к существующим таксономическим группам, несмотря на их явные странности.

Термин «диковины» не относится к научному, но дает хорошее представление о том, насколько специфичными были эти образцы. Об этом размышлял Конвей Моррис, когда скрупулезно изучал десятки тысяч экземпляров, собранных Уолкоттом и пылившихся в хранилищах Смитсоновского и других музеев. Рассмотрим, для примера, виваксию, которая похожа на лежащую на боку сосновую шишку, покрытую идущими внахлест овальными чешуйками.