Виктор Вайскопф - Наука и удивительное [Как человек понимает природу]

Рис. 59. Старейшая из известных форм жизни, существовавшая около 1600 миллионов лет назад. Она несколько напоминает водоросль.

Это развитие во многом напоминает развитие наших автомобилей. Каждый год конструкторы пытаются улучшить автомобили путем небольших добавок здесь и там. Машина становится все сложнее. Несомненно, что можно делать гораздо лучшие и менее сложные машины, но только если перепроектировать их совсем заново. Можно перепроектировать автомобиль, но природа не может сделать этого в отношении процесса естественного развития и отбора. В природе может происходить развитие только путем накопления малых изменений здесь и там, за счет изменения программы в нуклеиновых кислотах. Природа не может начать заново с наброска. Она может только прибавить что-то к предыдущему развитию. Поэтому прогресс в природе почти всегда достигается путем перехода к более сложным формам.

Этот механизм обладает воистину замечательным свойством. Он дает возможность природе совершенствоваться, «строить» все более и более сложные структуры, и притом «естественным» путем, без нарушения каких-либо законов физики и химии и без обращения к заранее установленному плану. Этот процесс тем более замечателен, что в неорганическом мире мы чаще всего замечаем противоположную тенденцию: сложные структуры распадаются на более простые, порядок всегда превращается в беспорядок. Процесс построения возможен только благодаря явлению самовоспроизводства. Он автоматически умножает более сложные структуры тогда и только тогда, когда они лучше приспособлены к окружению [58].

Посмотрим теперь, как шло развитие за счет естественного отбора. Начнем с зачаточной клетки растения; она содержит необходимые белки, делающие аминокислоты и нуклеотиды из сахара, фосфатов и аммиака, и хлорофилл, производящий сахар с помощью солнечного света. Важнее всего, что клетка содержит нуклеиновую кислоту, которая действует, как шаблон для производства всех белков.

В процессе дальнейшего развития мутации добавляют все новые звенья к нуклеиновой кислоте. Она становится шаблоном для белков клетки с более сложной структурой, более совершенной и лучше организованной, чем зачаточная клетка. И в самом деле, процесс клеточного деления становится гораздо лучше организованным, так что никакие из веществ клетки не теряются в процессе деления. В процессе эволюции был достигнут высокоорганизованный процесс деления, управляемый соответствующими белками.

Но рост здесь не остановился. Очевидно, могут быть достигнуты еще больший рост и размножение, если большее число клеток действует вместе, как одна многоклеточная единица. Такая единица работает производительнее, поскольку функции распределены между различными клетками. Одни клетки могут служить остовом, другие — собирать сырые материалы из воды или почвы, наконец, третьи растут лучше всего там, где сильнее всего солнечный свет, и производят сахар. В результате добавки одного усложнения к другому развились такие живые единицы, как наши современные растения, состоящие из миллионов клеток, приспособленных для многих различных целей. И тогда зеленый ковер растительной жизни покрыл Землю (рис. 60).

Рис. 60. Зеленый ковер растений покрыл Землю .

Когда образовалось это растительное покрывало, установились новые возможности для жизни. Изменилось два существенных обстоятельства. Во-первых, стало сколько угодно сахара, нуклеотидов и аминокислот в растениях и запас всего этого возобновлялся при размножении. Во-вторых, производство сахара в хлорофилле освободило огромное количество кислорода. Атмосфера Земли постепенно наполнилась кислородом, и он остался в ней, потому что потери от окисления и других химических реакций постоянно восполнялись.

Посмотрим теперь, как подействовали эти два важных изменения. До распространения растительной жизни каждой живой единице полезнее всего было содержать хлорофилл, чтобы производить собственный сахар. Пока сахар малоэффективным способом получался на Земле от ультрафиолетовых лучей, его было очень мало. После того, как растения распространились по Земле, его стало в растениях сколько угодно. То же самое верно и для более сложных структур, таких, как аминокислоты и нуклеотиды. Их было очень мало до распространения растений, но потом поверхность Земли покрылась ими.

На этой стадии развития могли появиться живые существа, неспособные производить собственный сахар или аминокислоты. Они легко могли развиваться, «поедая» эти вещества из растений. Этот факт имел интереснейшие последствия. До появления растительного покрова каждая мутация, нарушавшая способность нуклеиновых кислот производить аминокислоты и хлорофилл, делала невозможным размножение той живой единицы, в которой эта мутация произошла, и единица погибала. Но когда возникла растительность, такие изменения перестали быть опасными: можно было размножаться, потребляя растительную пищу. Поэтому многие мутации, которые раньше привели бы к вымиранию, теперь смогли закрепиться и стали воспроизводиться. Вот почему вслед за растительностью развились новые виды живых организмов, мы называем их животными. Освобожденные от необходимости производить основные химические вещества, такие, как аминокислоты, нуклеотиды и хлорофилл, эти новые живые единицы стали развивать свою собственную программу в нуклеиновых кислотах в новых направлениях.

Рис. 61. Реконструкция маленькой пенсильванской амфибии (дипловертеброна).

Возникли и многоклеточные единицы с различными функциями разных клеток, такими, как передвижение или чувствительность к свету и звуку. Такие единицы смогли двигаться, видеть и слышать.

Надо помнить, как медленно происходило это развитие. Оно длилось один или два миллиарда лет. Изменения происходили от того, что накапливались действия мутаций. Проходит много времени, прежде чем случайное изменение или прирост нуклеиновой кислоты приводит к полезному варианту программы. Возник, однако, новый и более эффективный способ развития, когда объединялись две единицы и использовалось смешение их нуклеиновых кислот при повторении. Эта система, половое размножение, имеет огромное преимущество, суммируя новые успешные тенденции, имеющиеся у каждого индивидуума. Оно ускоряет развитие форм, приспособленных лучше. Вот почему это самый распространенный способ воспроизведения для наиболее сложно организованных единиц.