Дэвид Кристиан - Большая история [С чего все начиналось и что будет дальше]

Биологи называют внезапное появление большого количества новых видов адаптивной радиацией. Это важное понятие. Нашлось новое биологическое приспособление – многоклеточность, – и теперь ее возможности испытывает множество разных эволюционных родов. Как это часто бывает с прототипами (вспомните первые безлошадные экипажи с двигателями внутреннего сгорания), многие новые модели не сохранились. Сегодня явные потомки есть лишь у нескольких эдиакарских видов, а большинство из них исчезли около 550 млн лет назад. Если вам кажется, что это говорит об эволюционной неудаче, стоит вспомнить, что человек пока что провел на Земле всего около 200 000 лет.

Можно сказать, что в эдиакарии прошли испытания многоклеточности. Последовавший за ним кембрийский период открывает фанерозойский эон, как его называют биологи, эон крупных форм жизни, который продолжается и в наши дни. В кембрийском периоде случилась вторая адаптивная радиация многоклеточных.

Окаменелости кембрийского периода первым определил английский ученый Адам Седжвик в середине XIX века. На тот момент кембрийские слои были самыми старыми из тех, в которых находили какие бы то ни было признаки жизни. В них встречалось много крупных окаменелостей, в основном трилобитов. Трилобиты были членистоногими, модулярными организмами с наружным скелетом, как современные насекомые и ракообразные. Кембрийские окаменелости хорошо сохранились, потому что у многих организмов имелись скелеты и раковины. Палеонтологам XIX века казалось, что живые существа возникли неожиданно, полностью сформировавшимися – к восторгу тех, кто верил в бога-творца. Теперь мы знаем, что жизнь на планете существовала уже 3,5 млрд лет, просто свидетельства этого было сложно увидеть. Кембрием открывается не жизнь на Земле, а пышная адаптивная радиация ее многоклеточных форм.

Разработки кембрийского периода оказались успешнее, чем эдиакарского, как будто здесь устранили несколько серьезных изъянов. Одним из самых удачных приемов этого времени оказалась модулярность. Соединяете модули тела, довольно похожие друг на друга, и получаете, скажем, существо вроде червя. Затем мастер-гены начинают модифицировать каждый модуль, так что один выпускает лапки или крылья, а другой превращается в голову со ртом, или усиками, или, может быть, мозгом. Даже у нас с вами тела модулярные, хотя наши модули уже настолько специализированны, что между ними трудно найти сходство.

Кембрийские разработки были так успешны, что все крупные группы (или филумы) крупных организмов, существующие сейчас, возникли в кембрийском периоде. Большинство из них показались на свет в течение захватывающего промежутка длиной в 10 млн лет, который начался 530 млн лет назад. Этот период (с точки зрения палеонтологии это доли секунды) вобрал в себя, пожалуй, время самых стремительных биологических нововведений за последние 600 млн лет [102] Ibid. P. 124. .

В число кембрийских видов входят первые хордовые, или позвоночные. Это большой филум животных, к которому относимся и мы. Позвоночное похоже на трубку. У него всегда есть спинной мозг, передняя (где находится рот) и задняя часть (где находится анус). Есть и зачатки нервной системы. У первых позвоночных не было клубка нейронов, который мы называем мозгом, но были нервные системы с сотнями или тысячами переплетенных в сеть нервных клеток, способных обрабатывать большое количество информации от клеток органов чувств, а затем передавать решения другим органам, которые могли бы предпринимать соответствующие действия. Даже многоклеточные с простой нервной системой могут считывать гораздо больше информации, чем одноклеточные организмы, и реагировать на нее. Таким образом, кембрий также открывает эру, когда обработка информации стала сложнее и важнее. Современные морские беспозвоночные, ланцетники, у которых есть нервная система, но нет настоящего мозга, возможно, чем-то напоминают древнейших из наших позвоночных предков.

Удивительный темп эволюции в кембрийском периоде можно объяснить нестабильным климатом. Уровень кислорода снова стал расти и дал часть энергии, необходимой, чтобы образовались многоклеточные организмы. Но содержание углекислого газа росло гораздо быстрее и достигало значительно больших значений, чем сегодня. Это был теплый, влажный парниковый мир. Какие бы конкретно изменения ни происходили, резкие климатические и геологические перепады должны были ускорить эволюцию, привести к вымиранию многих видов и стимулировать развитие множества новых типов крупных организмов.

Подобно первопроходцам, которые переваливают через горный хребет, чтобы достичь новых земель, многоклеточность открыла для жизни новые возможности. Многоклеточные неоднократно исследовали их в ходе адаптивных радиаций. Новые формы жизни изменили земную кору, когда скелеты и раковины из карбоната кальция стали накапливаться и образовали толстые слои мела (вспомните белые Дуврские скалы). Крупные растения и животные двинулись на сушу, ускоряя выветривание и эрозию и перемалывая горные породы, в результате чего получились первые настоящие земные почвы. Наконец, хлорофилл в растительных клетках окрасил бóльшую часть суши в зеленый цвет.

Эти изменения проходили без той плавности и вальяжности, которых ожидали от эволюции Дарвин и его поколение. История крупных форм жизни скорее похожа на непредсказуемые и опасные американские горки. Падающие астероиды, внезапные сдвиги в недрах Земли, изменения в атмосфере планеты и мощные извержения вулканов толкали эволюцию по новым, неожиданным дорожкам. Нильс Элдридж и Стивен Джей Гулд в знаменитой статье 1972 года охарактеризовали ее как «прерывистую» [103] Niles Eldredge, S. J. Gould . Punctuated Equilibria: An Alternative to Phyletic Gradualism // Models in Paleobiology. T. J. M. Schopf (ed.). San Francisco: Freeman Cooper, 1972. P. 82–115. . Эволюция в фанерозое была похожа на солдатскую жизнь в стереотипном представлении: долгие периоды скуки прерывались мгновениями ужаса, жестокими и опасными для жизни. Их мощь больше всего проявлялась в периоды массовых вымираний.

Мы снова видим действие случайности и необходимости. В любой момент времени теоретически было возможно много разных сочетаний видов. Случайные события определили, какие из них действительно будут существовать. Во время массовых вымираний целые группы видов внезапно и, по-видимому, случайным образом исчезали. Массовое вымирание, как человеческие войны, наносило страшный урон. Особенно жестоко оно проходило для видов, приспособленных к определенным условиям, потому что у самых привередливых из них, таких как современные коалы, во времена быстрых перемен было мало пространства для маневра. Массовое вымирание также было беспощадно к самым крупным организмам, которым нужно больше пищи и которые слишком медленно размножаются, чтобы поспевать за резкими изменениями. В периоды массового вымирания тасовалась генетическая колода, освобождались новые эволюционные пространства для выживших и возникали условия для новых опытов. За этим следовали периоды адаптивной радиации, активных экспериментов, когда на массовый рынок меняющейся биосферы выпускались новые биологические продукты. Многие из более экзотических экспериментальных моделей быстро исчезали, закреплялись лишь самые успешные.