Текст книги "После человека. Зоология будущего"

Дугал Диксон
После человека. Зоология будущего

Dougal Dixon

AFTER MAN. A ZOOLOGY OF THE FUTURE

Introduction by Desmond Morris

© Dougal Dixon 1981, 2016

© Моррис Д., предисловие, 1981

© Волков П., перевод на русский язык, 2016

© Издание на русском языке, оформление.

ООО «Издательская Группа «Азбука-Аттикус», 2017

КоЛибри®

* * *

Гэвину

Автор и издатель выражают благодарность иллюстраторам книги.

Это Диц Уоллис, Джон Батлер, Брайан МакИнтайр, Филип Худ, Рой Вудард и Гэри Марш.

Все иллюстрации основаны на исходных эскизах и разработках автора.

Также автор благодарит Малькольма Харта за помощь при прогнозировании форм птиц, которые будут существовать на Земле через 50 млн лет, и Джона Отса за его советы и критику во время работы над книгой.

Предисловие Десмонда Морриса

Едва увидев эту книгу, я пожалел, что не написал ее сам…

Это изумительная, красиво поданная идея. Много лет назад, будучи молодым зоологом, я придумывал несуществующих животных – рисовал их карандашом и красками. Это создавало приятный контраст требованиям моих научных исследований. Свободный от ограничений эволюции в том виде, в каком они существуют, я был волен следовать своим собственным, личным эволюционным капризам. Я мог придумывать чудовищ и странных существ, растущих словно растения, и невероятных животных любых цветов, форм и размеров, какие мне нравились, позволял им изменяться и развиваться согласно придуманным мною правилам, давая полный простор собственному воображению. Я называл их своими биоморфами, и они стали для меня такими же реальными, как животные и растения в настоящем мире.

Мышление Дугала Диксона, очевидно, работало сходным образом, хотя существа, которых он вызвал к жизни, сильно отличаются от моих. Вместо того чтобы изобретать параллельную эволюцию, как бы происходящую в ином мире, он поставил перед собой интригующую задачу: рассмотреть эволюцию на нашей собственной планете в будущем, основываясь на тех видах, которые существуют сегодня. Взмахивая волшебной палочкой времени и устраняя сегодняшние доминирующие виды, Дугал Диксон мысленно наблюдает, как небольшие животные постепенно занимают место главных обитателей поверхности Земли.

Распространив свой сценарий на отдаленное будущее, приблизительно через 50 млн лет после нашей эпохи, он дал членам своего нового животного царства время, чтобы претерпеть драматические изменения в строении и поведении. Но, делая это, Диксон никогда не позволял себе становиться слишком экстравагантным. Он создавал свою фауну будущего настолько тщательно, что каждый из видов животных преподает нам важный урок, повествующий об известных процессах эволюции в прошлом – адаптации и специализации, конвергенции и адаптивной радиации. Книгу «После человека. Зоология будущего» не только интересно читать – она обладает реальной научной ценностью. Животные на ее страницах могут быть воображаемыми, но они наглядно иллюстрируют целый спектр важных биологических принципов. Именно это – то, каким образом Дугал Диксон превосходно уравновесил свое яркое воображение и строгую научную дисциплину, – как раз и делает его книгу такой интересной, а его животных – столь убедительными, если сравнивать их с монстрами, зачастую откровенно смешными, каких изобретают второсортные представители жанра научной фантастики.

Единственная опасность, которой грозит чтение этой восхитительной книги, состоит в том, что некоторые из вас могут внезапно ощутить печаль от мысли, что животные, скрупулезно описанные в ней, не существуют в наше время. Было бы так здорово, если бы можно было отправиться в экспедицию и понаблюдать за ними всеми, бродящими по поверхности Земли наших дней, при помощи бинокля! Что касается меня лично, я очень остро ощущаю это, когда листаю эту книгу. На свете нет большей похвалы, чем та, которую я могу высказать ее автору.

Предисловие автора

Эволюция – это процесс усовершенствования. Следовательно, смотреть на животных и растения наших дней и на их взаимодействие – на хрупкое равновесие между флорой, травоядными и хищниками, точную конструкцию несущих нагрузку структур в позвоночнике жирафа, изящную форму ступни обезьяны, которая позволяет ей как схватывать предметы, так и лазать по деревьям, изысканную окраску кожи шумящей гадюки, полностью скрывающую ее среди мертвых листьев лесной подстилки, – и пытаться спроецировать все это на будущее – занятие на грани невозможного. А как вы смогли бы улучшить само совершенство?

Эти эскизы выбраны из собственных рабочих набросков автора и были использованы художниками при создании таблиц и иллюстраций для книги «После человека…».

Одна из тенденций, которую тем не менее можно легко заметить, – это разрушительное воздействие, оказываемое человеком на выверенное природное равновесие. Я не напрасно взял его крайнее проявление, когда человек уже уничтожил виды, численность которых в наши дни снижается, и допустил чудовищное разрушение их естественной среды обитания перед тем, как исчез сам, позволив, таким образом, эволюции работать вновь, восполняя нанесенный людьми ущерб и заполняя опустошенные места обитания. Исходным материалом для этого восполнения послужили виды животных, сейчас преуспевающих вопреки или благодаря присутствию человека и переживших его, – те, кого человек расценивает как вредителей и нахлебников. Они выживут с наибольшей вероятностью, нежели сильно видоизмененные и ослабленные близкородственным скрещиванием животные, которых он выводит и искусственно сохраняет ради удовлетворения своих собственных потребностей. Результатом происходящих процессов станет зоология мировой фауны, сложившейся через выбранные мною 50 млн лет в будущем, которую я использовал для объяснения некоторых основных принципов эволюции и экологии. Этот результат – всего лишь предположение, но оно основано на фактах. То, что я предлагаю, не точное предсказание, а скорее прощупывание возможностей.

Мир будущего описан как бы путешественником во времени из наших дней, который очутился на Земле той эпохи и изучал ее фауну. Такому путешественнику будет известно кое-что о жизни современных животных, так что он сможет описывать происходящее со ссылкой на разновидности животных, знакомые читателю. Его отчет написан в настоящем времени, как будто адресован коллегам – путешественникам во времени, которые отправятся в тот же самый период и пожелают сами исследовать мир.

Усаживайтесь поудобнее, дорогие путешественники во времени, и наслаждайтесь драматическим зрелищем эволюции жизни на вашей планете.

Дугал Диксон

Эволюция

Живая клетка, показанная здесь в процессе самовоспроизведения, является основным строительным элементом, из которых состоят все живые существа. Способность клетки к неопределенной изменчивости, реализующаяся при половом размножении, лежит в основе эволюционного развития.

Форма и место живых существ на Земле могут быть отнесены на счет двух составляющих – эволюции и среды обитания. Изучение эволюции выясняет, как возникла жизнь, каким образом она становилась разнообразнее и как разные живые существа происходят от иных видов. Изучение среды обитания живого существа (экологии) показывает, как разные формы жизни взаимодействуют друг с другом и со средой, которую они населяют.

Иными словами, эволюцию можно представить себе как продольный срез жизни на нашей планете, тогда как экология показывает эту же ситуацию на поперечном срезе. Оба этих компонента неразрывно связаны друг с другом, и их нельзя изучать раздельно.

Хотя оба этих аспекта способствуют выживанию, не следует забывать, что очень важным фактором является вымирание.

Без него не было бы пространства для эволюции. В природе не появились бы новые экологические ситуации, требующие разрешения путем эволюции новых животных и растений из «старых запасов». То, что эволюция происходит и сейчас, прослеживается как по палеонтологической летописи, так и по свидетельствам, которые содержат ныне живущие растения и животные. Исследование ископаемых остатков показывает общую тенденцию развития от простого к более сложному, а также ту роль, которую играет среда в приспособлении организма к преобладающим условиям. У ныне живущих организмов сопоставимые особенности в строении, эмбриональном развитии и биохимии являются четким указанием сходной эволюционной истории или общего происхождения. Именно поэтому эволюция – это не явление, протекавшее лишь в прошлом с целью приспособить растения и животных к сегодняшней экологии; она представляет собой процесс, идущий постоянно, который мы можем изучать как по его результатам, так и по ископаемым свидетельствам прошлого. Эволюция происходила, происходит сейчас и будет продолжаться настолько долго, насколько долго жизнь будет существовать на нашей планете.

Генетика клетки

Животные, а также, разумеется, растения сложены из микроскопических кирпичиков, называемых клетками. Клетки, находящиеся в разных органах и тканях одного и того же существа, обладают отнюдь не одинаковыми размерами и формой – кости «сконструированы» из угловатых клеток, почки – из округлых, нервы – из длинных и тонких, но все они состоят из схожих компонентов. Снаружи каждую клетку окружает клеточная оболочка – мембрана, заключающая в себе студенистую цитоплазму, которая содержит множество маленьких структурных образований, называемых органеллами. Важнейшее из них – клеточное ядро, находящееся в центре клетки и несущее в себе информацию, на основе которой строится весь организм.

Информация хранится в виде кода, представляющего собой последовательность компонентов, содержащихся в длинной молекуле сложного соединения, известного как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекула ДНК немного похожа на лестницу, скрученную вдоль. Пролеты «лестницы» состоят из сахарофосфатных соединений, а каждая ступенька – из пары соединений, называемых азотистыми основаниями. Существует только четыре таких основания, и последовательность, в которой они располагаются вдоль скрученной «лестницы», дает кодированные инструкции – в соответствии с ними и формируется организм. Хотя код полностью повторяется в ядре любой клетки организма, для формирования каждого отдельного органа используются лишь немногие его участки.

Большинство клеток животных содержит одни и те же основные компоненты.

В центре находится ядро (1), в котором заключен генетический материал клетки. Митохондрии (2), отвечающие за выработку энергии, и лизосомы (3), секретирующие химические соединения, лежат ближе к поверхности цитоплазмы (4). Рибосомы (5), где происходит биосинтез белков, располагаются вдоль складчатых производных клеточной мембраны, известных как эндоплазматическая сеть (6).

Замечательным свойством молекулы ДНК является ее способность к самовоспроизведению. Молекула расщепляется вдоль и раскручивается таким образом, что каждая половина «лестницы» состоит из «перил» и половинок «ступенек». Недостающие половинки достраиваются из запаса сахарофосфатных основ, который пополняется за счет пищи живого существа и находится в ядре любой клетки. Каждый из четырех типов азотистых оснований в цепочке притягивает к себе строго специфичный тип «собрата», поэтому, когда две новые цепочки ДНК полностью сформируются, они будут абсолютно одинаковыми по последовательности компонентов. Это важнейший процесс, который лежит в основе размножения клеток и роста всех организмов.

Тем не менее, чтобы расти, организму также необходимы белки в форме тех или иных структурных элементов, таких как коллаген в случае соединительной ткани между органами или фермент, который поддерживает специфические биологические процессы. Хотя биосинтез белков происходит вне клеточного ядра, он контролируется ДНК и осуществляется путем, аналогичным ее репликации. Посредником, переносящим инструкции ДНК к центрам биосинтеза белка – рибосомам, является молекула, известная как РНК. Она формируется вдоль частично «расстегнутых» участков ДНК и лишь незначительно отличается от них. Информационная РНК двигается к рибосоме, где к ней присоединяется другая форма – транспортная РНК, которая переносит аминокислоты.

Сперматозоид проникает в яйцеклетку (А) и располагается рядом с ее ядром (Б). Хромосомы сперматозоида и яйцеклетки разделяются на отдельные цепочки, известные как хроматиды. Со-ответствующие друг другу хроматиды двигаются к противоположным полюсам яйцеклетки (В), где их окружает ядерная оболочка (Г). Затем это образование разделяется на две самостоятельные клетки (Д).

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ: (1) сперматозоид, (2) яйцеклетка, (3) ядро яйцеклетки, (4) хроматида

Именно из этих аминокислот формируются белки. Молекулы РНК являются единственными переносчиками кода и гарантируют, что аминокислоты соединяются в правильной последовательности, формируя белок. Таким способом ДНК контролирует работу всей клетки и всего организма.

Молекулы ДНК в клеточном ядре собраны в структуры, называемые хромосомами, и определенные группировки последовательностей оснований нуклеиновых кислот на ДНК дают начало тем или иным признакам организма. Эти группировки называются генами. Половина хромосом в клетках живого существа – и, следовательно, половина его генов – получена от его матери и половина от отца. Это отражается в расположении хромосом в процессе деления клетки. Затем хромосомы объединяются в пары, и те из них, что получены от матери, выстраиваются параллельно таким же, но полученным от отца, так, чтобы соответствующие гены находились рядом. Даже притом что каждый ген в паре вносит вклад в определение той или иной особенности, один ген часто маскирует эффект действия другого.

Во время деления, когда образуются две самостоятельные клетки, ДНК (А), содержащаяся внутри делящейся клетки, расщепляется надвое и формирует новые молекулы ДНК вдоль своих свободных концов (Б) из азотистых оснований и сахарофосфатов, содержащихся в клеточном ядре. Чтобы создать информационную РНК, цепочки ДНК частично расплетаются (В) и достраиваются очень похожим материалом; сахарофосфатный остов имеет незначительные химические отличия, а одно из азотистых оснований замещено другим (Г). Информационная РНК содержит код, гарантирующий присоединение транспортной РНК к верной последовательности для создания цепочки аминокислот, которая образует нужный белок.

Будучи частью процесса размножения, в половых органах формируются особые клетки, известные как гаметы – это сперматозоиды и яйцеклетки – и содержащие только половину набора хромосом, имеющегося в обычных клетках. Хотя в любой из гамет представлена одна хромосома из каждой пары, ни одна из них не идентична никакой из хромосом, полученных от отца или матери, поскольку содержит смесь генетического материала от обоих родителей. Эта особенность хромосом в гаметах как раз и отвечает за различия между разными индивидуумами одного вида, наблюдаемые в природе. Во время оплодотворения гаметы объединяются с гаметами другой особи, чтобы образовать полноценную клетку с полным набором хромосом, который, в свою очередь, делится и формирует совершенно новый организм с генетическими характеристиками, полученными от обоих родителей.

Таков – в общих чертах – тот замысловатый процесс, который позволяет растениям и животным самовоспроизводиться и передавать свои отличительные особенности от поколения к поколению. В генах, вовлеченных в этот процесс, совершаются небольшие изменения, или мутации, позволяющие происходить эволюции. Последствиями мутации являются изменения признаков взрослого организма, выросшего из клетки, содержащей ген. В большинстве случаев произошедшее изменение губительно и ведет к проигрышу организма в окружающем мире, полном конкуренции. Организм погибает, а вместе с ним гибнет и мутантный ген. Тем не менее иногда такой ген вызывает появление особенности, дающей организму заметное преимущество в борьбе за существование.

Разнообразие генетического материала, которое возможно благодаря половому размножению, образует определенный спектр характеристик, встречающихся у представителей одного вида. Естественный отбор, а он может считаться основной движущей силой эволюции, оказывает воздействие на это разнообразие, благоприятствуя отдельным характеристикам и отметая остальные в соответствии с их пользой для выживания.

Естественный отбор

Естественный отбор, являющийся результатом условий, в которых живет организм, способен оказывать один из трех видов воздействия на популяцию. Он может быть стабилизирующим, движущим или разрывающим (дизруптивным). Стабилизирующее воздействие наблюдается, когда условия среды обитания остаются неизменными в течение долгого времени, поэтому такая среда поддерживает хорошо сбалансированную популяцию животных и растений, в которой эволюционные изменения невыгодны. В силу данных обстоятельств любое изменение, происходящее у растения или животного, выведет его из четко определенной, эффективной и проверенной временем совокупности факторов, обеспечивающих выживание, и поставит в невыгодное положение, которое в итоге приведет к его вымиранию. С другой стороны, его более консервативные сородичи выживут. Животные, длительное время подвергавшиеся действию стабилизирующего отбора, могут выглядеть сравнительно неспециализированными и примитивными по сравнению с теми, у которых была более насыщенная событиями эволюционная история. Зачастую для них характерны пассивные механизмы выживания, такие как тяжелый панцирь или высокая плодовитость, компенсирующая потери от хищников.

Развитие лошади – превосходный пример того, как зоологическое семейство приспосабливается к меняющимся условиям жизни. Самая ранняя форма лошади, которую мы знаем, – это гиракотерий, маленькое существо размером с кролика, щипавшее мягкую листву и бродившее по подлеску тропических лесов, широко распространенных 60 млн лет назад. По мере того как во всем мире менялись климатические условия и повсюду на месте лесных массивов распространялись травянистые равнины, лишь немногие потомки гиракотерия смогли достичь процветания. Это были те потомки, которые изменились и приобрели способность быстро бегать по открытым равнинам, а также поедать новую жесткую пищу, представленную разрастающимися травами. В процессе эволюции возникло множество различных форм, и самыми впечатляющими были те великолепные бегающие животные, которые существуют в нашем мире сегодня.

От исходного вьюрка, прилетевшего на Галапагосские острова из Южной Америки, произошло около 15 разных видов, приспособившихся к своему собственному рациону. Вьюрки в целом распределяются на три группы по типу местообитаний – кактусовые, древесные и наземные – и различаются главным образом по форме клюва. Полагают, что это началось со скудости птичьего населения островов, что позволило вьюркам эволюционировать в формы, подходящие ко всем доступным местообитаниям.

(1) Platyspiza crassirostris

(2) Cactospiza heliobates

(3) Carmarhynchus parvulus

(4) Carmarhynchus pauper

(5) Pinaroloxias inornata

(6) Certhidea olivacea

(7) Geospiza fortis

(8) Geospiza magnirostris

(9) Geospiza fulginosa

(10) Geospiza conirostris

(11) Geospiza scandens

Действие движущего естественного отбора более очевидно при изменении самой среды. В силу этих обстоятельств эволюционные метаморфозы происходят таким образом, что складывается впечатление, будто организм эволюционирует по определенному пути с некой конечной целью. Это крайне ошибочное мнение. Оно возникает из-за того, что в контексте своей среды обитания самый поздний член эволюционного ряда всегда оказывается намного лучше приспособленным, чем более ранние промежуточные стадии, которые – в случаях, когда они известны, – выглядят в сравнении с ним наполовину сформированными и неполноценными, даже притом что были столь же хорошо приспособленными к более ранним промежуточным состояниям самой среды обитания. Примером этого служит эволюция лошади, которая из мелкой листоядной формы, жившей в лесу, развивалась в крупную длинноногую бегающую форму, питающуюся травой, пока места ее обитания менялись от леса к открытой травяной равнине. Небольшие изменения, которые позволяли ей более эффективно взаимодействовать с меняющимся окружением, непрерывно отбирались на протяжении истории этого животного, и таким образом в процессе эволюции появилась лошадь.

Дизруптивный отбор реализуется, когда новая среда обитания предоставляет широкий выбор пищевых ресурсов и мест для жизни. Вид животных, попав в такие условия окружающей среды, может успешно дать начало различным формам, которые обладают специфическими приспособлениями к каждому из этих жизненных пространств, или экологических ниш. При отсутствии животных-конкурентов эти отличающиеся друг от друга формы со временем разовьются в совершенно новые виды. Событие такого рода случается, когда в открытом океане в результате вулканической активности образуется остров либо группа островов. Необитаемый остров медленно колонизируется животными, постепенно образующими новые виды, чтобы эффективно использовать всю его территорию. Классический пример роста эволюционного разнообразия наблюдается на Галапагосских островах в Тихом океане. В ранний период их истории эти места заселил мелкий вьюрок, который со временем эволюционировал в древесные насекомоядные формы, потребителей семян с массивными клювами, и в форму, поедающую личинки жуков, обитающих в древесине, вытаскивая их кактусовыми иглами. Множество образующихся в итоге видов указывает на большое количество доступных экологических ниш на островах.

В эпоху человека цепочка подвидов, или клин, существовала вокруг Северного полюса между британской клушей (Larus fuscus graellsii) и серебристой чайкой (Larus argentatus argentatus) – ее концевыми членами. Все соседствующие виды клина могли скрещиваться между собой, за исключением концевых членов, которые к тому времени, когда цепочка замкнулась, стали слишком далекими друг от друга, чтобы успешно скрещиваться.

(1) британская клуша (Larus fuscus graellsii)

(2) клуша (Larus fuscus fuscus)

(3) восточносибирская чайка (Larus argentatus vegae)

(4) американская серебристая чайка (Larus argentatus smithsonianus)

(5) серебристая чайка (Larus argentatus argentatus)

Птицы благодаря своей способности к полету обычно являются первыми позвоночными, достигающими нового острова, и потому далекие острова обычно примечательны обитанием на них интересной авифауны. Типичны тяжелые нелетающие птицы, такие как моа (Dinornis) с Новой Зеландии, додо (Raphus) с Маврикия и «слоновая птица» эпиорнис (Aepyornis) с Мадагаскара, которые эволюционировали в отсутствие наземных хищников. Море, отделяющее изолированную территорию, служило эффективным барьером, предотвращающим скрещивание между далеко улетевшими особями, достигшими острова, и исходной популяцией, оставшейся дома. Подобные барьеры для скрещивания обязательны для эволюции новых видов.

Расы, или подвиды, часто сосуществуют в пределах одного и того же ареала, осваивая немного различающиеся среды обитания или источники пищи, но сохраняя способность к скрещиванию. Они могут даже существовать в виде цепочки подвидов, протягивающейся из одной области в другую, и каждый подвид способен скрещиваться с соседним. Когда виды на концах цепи достаточно сильно отличаются, цепочка называется клином. Иногда клин может образовывать кольцо (например, окружающее горный хребет), где два концевых члена, хотя и соседствующие, и родственные, настолько различаются, что скрещивание между ними невозможно, и являются с формальной точки зрения разными видами. Это ставит проблемы в таксономии, поскольку, если скрещивание возможно повсюду на протяжении кольца, его члены должны быть четко определены как подвиды одного и того же вида.

Если группа оказывается изолированной от исходной популяции, она может развиваться самостоятельно до такого состояния, что позже, когда изолирующий барьер исчезает и две популяции встречаются снова, скрещивание между ними уже невозможно. Теперь они по определению представляют собой два различных вида. Различия еще более усиливаются, когда новое место обитания, которое нашла для себя изолированная группа, является по большей части неблагоприятным для жизни. Группа быстро исчезнет, за исключением, может быть, нескольких особей, обладающих крайней степенью выраженности видовых признаков, которые демонстрируют некоторую приспособленность к новому месту обитания. Вид, развивающийся в дальнейшем, будет происходить от этих нескольких особей, которые изначально были генетически отличающимися от основной популяции и случайно оказались носителями генетических задатков, делающих их от рождения более перспективными для выживания.

Поскольку живые организмы способны к неограниченной изменчивости и имеют наследственную склонность изменяться, поселяясь в нестабильной среде, новые виды возникают гораздо быстрее, если окружающая среда быстро меняется. Эволюция настолько результативна, что ни одна экологическая ниша не остается пустой надолго. Кто-нибудь всегда развивается, чтобы ее заполнить.