Текст книги "Самое грандиозное шоу на Земле: доказательства эволюции"

Глава 10
Генеалогическое древо

“Кость с костью своею…”

Скелет млекопитающего – настоящий шедевр. Не в том смысле, что он сам по себе прекрасен (по правде говоря, я как раз так и думаю) – нет, я имею в виду тот факт, что мы вообще можем говорить о скелете млекопитающего: ведь эта сложнейшая, мастерски подогнанная конструкция одновременно столь различна и столь очевидно единообразна у многообразных млекопитающих. Собственный скелет знаком нам достаточно близко, так что обойдемся без иллюстрации, однако взгляните на скелет летучей мыши. Не правда ли, удивительно, что каждая ее кость имеет аналог в человеческом скелете? Мы ясно видим это, конечно, благодаря порядку сочленения – различаются только пропорции. “Кисти” у летучей мыши непропорционально велики (в сопоставлении с ее телом), но вряд ли мы не заметим сходство наших пальцев на руках и длинных костей мышиных крыльев. Рука человека и крыло летучей мыши – два варианта одной и той же вещи, и никто в здравом уме не станет это отрицать. Существует термин для описания такого сходства – гомология. Крыло летучей мыши и наша кисть гомологичны. Скелет нашего общего предка сжимался и растягивался, одна часть за другой, в разных направлениях, в разных филогенетических линиях.

Еще удивительнее то, что этот же принцип работает и для крыла птеродактиля (пусть он не относится к млекопитающим) – хотя и в других пропорциях. Перепонка крыла птеродактиля, по сути, опирается на один палец – мизинец. Конечно, из-за такой гомологии можно и в истерику впасть: ведь мизинец обязан быть маленьким и хрупким. Но это, безусловно, глупость, потому что мизинец птеродактиля имел длину, сопоставимую с его телом, и ощущался примерно так, как мы ощущаем руку. Тем не менее, картина иллюстрирует тот же принцип. Пятый палец видоизменялся в соответствии со своим назначением – нести перепонку крыла. И, несмотря на различия в деталях, это все-таки именно пятый палец, на что указывает его положение относительно остальных костей скелета. Эта длинная, крепкая опора, поддерживающая крыло, гомологична нашему мизинцу.

Скелет летучей мыши

Помимо настоящих летающих животных – птиц, летучих мышей, птерозавров и насекомых – существуют животные планирующие, и этот навык кое-что говорит о происхождении полета. Планирующим животным также нужны перепонки и скелетный каркас, однако в этом случае каркас не обязан происходить от пальцев руки, как крылья летучих мышей и птерозавров. Белки-летяги (две независимые группы грызунов) и кускусы (австралийские сумчатые, по виду почти неотличимые от летяг, но не родственные им) планируют, растягивая перепонку между руками и ногами. Пальцы при этом не несут особой нагрузки и поэтому не увеличиваются. Я, страдающий “неврозом мизинца”, с большим удовольствием очутился бы в шкуре летяги, чем птеродактиля, поскольку привык выполнять тяжелую работу руками и ногами, а не пальцами.

Скелет птеродактиля

Взгляните на скелет летучего дракона – еще одного элегантного лесного параплана. Одного взгляда достаточно, чтобы понять – у него каркасом крыльев-перепонок стали не пальцы, не руки или ноги, а ребра. И снова очевидно сходство его скелета со скелетами других позвоночных. Можно перебрать все кости, одну за другой, и каждой найти аналог у человека, летучей мыши или птеродактиля.

Скелет летучего дракона

Шерстокрыл (кагуан), родом из лесов Юго-Восточной Азии, напоминает летяг и кускусов, однако его несущий перепонку каркас включает, кроме рук и ног, хвост. По мне, это какая-то несуразица, хотя я вообще не могу представить, что значит обладать хвостом (впрочем, у людей, как и других бесхвостых обезьян, есть рудиментарный хвост – копчик). Нам, почти бесхвостым обезьянам, трудно понять, как чувствует себя паукообразная обезьяна, хвост которой вытягивается на длину позвоночника. На цветной вклейке 26 видно, насколько он длиннее и без того длинных рук и ног. Как у многих обезьян Нового Света (вообще у многих обитающих там млекопитающих, что любопытно и труднообъяснимо), хвост паукообразной обезьяны на редкость цепок, то есть приспособился к хватанию и почти превратился в лишнюю руку (хотя он ей не гомологичен – на хвосте нет пальцев). И вправду, хвост этой обезьяны выглядит как рука или нога. Скелет этого хвоста подобен хвостам остальных млекопитающих, однако он видоизменился для выполнения других задач. Его позвонки решительно такие же, как в хвостах остальных млекопитающих, включая нас с нашими копчиками. Только представьте, каково это – быть обезьяной с пятью “руками”, на каждой из которых к тому же можно радостно висеть. Я не могу это представить, но знаю, что хвост паукообразной обезьяны гомологичен моему копчику, а невероятно длинная и мощная кость крыла птеродактиля гомологична моему мизинцу.

Другой сюрприз того же рода – лошадиное копыто. Оно гомологично ногтю нашего среднего пальца. Лошади, в отличие от нас, буквально ходят на цыпочках. Они практически полностью утратили остальные пальцы и ногти на ногах. Наши указательный и безымянный пальцы (и их эквиваленты на ногах) гомологичны приросшим к пястным костям лошади грифельным костям, практически невидимым под кожей. Грифельная кость лошади гомологична средней пястной кости нашего запястья и плюсневой кости стопы. Так что немалый вес лошади, например тяжеловоза клейдесдальской породы или шайра, несут только средние пальцы передних и задних конечностей. Пример с гомологией среднего пальца человека и летучей мыши очевиден. Скажу также, что иногда лошади рождаются с тремя “пальцами”, один из которых обычен, а два других снабжены миниатюрными копытцами, как показано на рисунке.

Не правда ли, прекрасная идея: почти беспредельная изменчивость, причем каждая модификация сохраняет безошибочные следы оригинала? Превосходная иллюстрация – литоптерны, вымершие южноамериканские травоядные, не похожие ни на какое современное животное, тем более на лошадь, но точно с такими же, как у нее, ногами и копытами. Лошади Северной Америки[72]72
  Североамериканское происхождение лошадей кажется удивительным, ведь хорошо известно, что вид европейских кавалеристов наводил ужас на аборигенов. Однако большая часть эволюционной истории лошадей действительно прошла в Северной Америке, откуда они распространились по остальному миру незадолго – по геологическим стандартам – до своего вымирания в Северной Америке. Обратно их привел туда человек.


[Закрыть] и литоптерны Южной (которая тогда была огромным островом, ведь Панамского перешейка еще не было) независимо сходным образом избавились от всех пальцев, кроме среднего, и нарастили на нем копыто. Возможно, причина в том, что у травоядного млекопитающего не так много способов стать быстрым бегуном. Лошади и литоптерны пришли к одному решению – избавиться от ненужных пальцев и приобрести копыта. Коровы и антилопы нашли другое решение – два пальца.

Многопалая лошадь

Следующее утверждение сначала выглядит парадоксальным, однако вы скоро убедитесь, насколько оно верно и важно. Скелет всех млекопитающих одинаков, но отдельные кости различны: под скелетом я понимаю набор костей, соединенных друг с другом в определенном порядке. Форма костей в этом случае не является свойством скелета. Такое определение скелета не учитывает форму отдельных составляющих, заботясь только об их упорядоченности: “кость с костью своею”[73]73
  “И сказал мне: изреки пророчество на кости сии и скажи им: “Кости сухие! Слушайте слово Господне! Так говорит Господь Бог костям сим: вот, Я введу дух в вас, и оживете. И обложу вас жилами, и выращу на вас плоть, и покрою вас кожею, и введу в вас дух, и оживете, и узнаете, что Я Господь. Я изрек пророчество, как повелено было мне; и когда я пророчествовал, произошел шум, и вот движение, и стали сближаться кости, кость с костью своею” (Книга пророка Иезекииля, 37:4–7). – Прим. пер.


[Закрыть], или, как поется в более бодром варианте этого пассажа:

 
Пальцы – к ступне,
А ступня – к лодыжке,
А лодыжка – к ноге,
А нога – к колену,
А колено – к бедру,
А бедро – к тазу,
А таз – к позвоночнику,
А позвоночник – к плечам,
А плечи – к шее,
А шея – к голове!
Я слышу слово Господне!
 

Суть в том, что это гимн буквально всех млекопитающих – и даже всех наземных позвоночных. Например, наша голова (точнее, череп) состоит из 28 костей, в основном скрепленных жесткими швами, – и всего одной большой подвижной костью: нижней челюстью[74]74
  У млекопитающих это одна кость. У рептилий челюсть устроена сложнее, и за этим стоит поразительная история, которая, увы, в книге не поместилась. С удивительной даже для эволюции ловкостью комплекс небольших костей нижней челюсти рептилий переместился в ухо млекопитающего, где он образует сложный аппарат для передачи звука от барабанной перепонки во внутреннее ухо.


[Закрыть]. Удивительным образом те же 28 костей (плюс-минус одна), которые даже можно назвать одинаково, имеются у всех млекопитающих!

Шейный позвонок – к затылочной кости,

А затылочная кость – к теменной,

А теменная – к лицевой,

А лицевая – к лобной,

<…>

А 27-я кость – к 28-й.

Порядок одинаков, хотя форма костей млекопитающих радикально отличается.

Череп лошади

Какой отсюда следует вывод? Мы ограничились современными животными, так что не видим эволюцию в действии. Мы как детективы, явившиеся на место преступления. Скелеты современных животных сходны ровно настолько, насколько этого можно ожидать от потомков одного предка, скелет которого постепенно изменялся. Общий предок некоторых животных, например жирафа и окапи, жил сравнительно недавно. Но называть жирафа вытянувшимся окапи некорректно: это два современных вида. Однако разумно предполагать (это подтверждается ископаемыми находками, но мы здесь не обсуждаем окаменелости), что общий предок больше походил на окапи. То же самое с импала и гну – они близкие родственники и в родственном отношении отстоят немного дальше от жирафа и окапи. При этом все четыре вида – дальние родственники других парнокопытных, включая свиней и бородавочников (они приходятся кузенами друг другу, а также свиньям пекари). Все парнокопытные – еще более далекие родственники лошадей и зебр, кузенов, не имеющих раздвоенного копыта. Можно сколь угодно долго подбирать пары кузенов, потом объединяя кузенов в группы, эти группы – в группы групп кузенов, группы групп кузенов – в группы групп групп кузенов, и так далее. Всем известно, что у кузенов и кузин общие бабушка и дедушка, а у троюродных – прабабушка и прадедушка:

{(волк, лиса)(лев, леопард)}{(жираф, окапи)(импала, гну)}

Все указывает на разветвленное дерево предков и потомков, то есть генеалогическое древо.

Скелеты жирафа и окапи

Я сразу перешел от дерева сходства к древу родства (генеалогическому), но не поспешил ли я с этим заключением? Нет ли других интерпретаций? Едва ли! Иерархический характер сходства был замечен креационистами еще в додарвиновскую эпоху, и у них, конечно же, было неэволюционное объяснение, на редкость надуманное. Характер сходства, утверждали они, есть отражение ограниченного числа лейтмотивов у Творца. У него были разные соображения о том, как делать животных. Он разрабатывал все линии одновременно – например, отдельно млекопитающих и насекомых. В рамках линии млекопитающих было четкое и обстоятельное деление на подтемы, например парнокопытные, и под-подтемы (например свиньи). Здесь столько ухищрений и попыток выдать желаемое за действительное, что современные креационисты редко вспоминают об этом объяснении. Как и в случае с географическим распространением животных, они предпочитают игнорировать доводы сравнительной анатомии, считая за лучшее для себя обращаться к ископаемым (на этом поле им почему-то спокойнее).

Не брать взаймы

Чтобы подчеркнуть всю безнадежность объяснения с Творцом и его темами, вспомним, что любой здравый конструктор с удовольствием снова обращается к своим удачным идеям, если они выигрышно смотрятся в новом проекте. Конструирование поездов и самолетов – разные области, но идея индивидуального освещения в самолете пригодится и в поезде: почему бы и нет, если решается сходная задача? Название “безлошадная повозка”, бывшее в употреблении на заре автомобильной эры, указывает на источник идеи. Однако конной повозке руль ни к чему – лошадьми управляют при помощи вожжей, так что руль позаимствовали где-то еще; подозреваю, что у корабля. До появления рулевого управления в конце XIX века автомобиль вели с помощью аналога румпеля, заимствованного у корабелов, но перенесенного с кормы на нос.

Если перья – настолько удачная идея, что они есть у всех без исключения птиц, летающих и нелетающих, почему их нет ни у одного млекопитающего? Почему Господь не воспользовался удачной находкой при сотворении, например, летучих мышей? Причина, конечно, в том, что все птицы произошли от общего пернатого предка, среди потомков которого не было ни одного млекопитающего. Все очень просто[75]75
  Я считаю своих читателей людьми более образованными, чем автор Книги Левит. В главе 11, стихах 13–19 приведен длинный перечень нечистых птиц, который начинается с орла, а заканчивается почему-то летучей мышью: “Аист, и цапля по роду ее, и удод, и летучая мышь”. Зачем считать птиц или других животных “нечистыми” – отдельный вопрос. Эта практика существует во многих религиях.


[Закрыть]. Дерево сходства – это дерево предков и потомков, фамильное древо, и для каждой его ветви, от главной до третьестепенной, принцип одинаков.

Однако возникает вопрос. Есть множество замечательных примеров, где на первый взгляд идея пересажена из одной части древа в другую, как подвой у яблони. Дельфин, будучи мелким китом, выглядит как многие виды крупных рыб. Одну из них – большую корифену Coryphaena hippuris – даже называют “дельфином”. У них сходная обтекаемая форма, пригодная для быстрого охотника, живущего у поверхности океана. Однако их манера плавать, на первый взгляд похожая, не заимствована друг у друга. Главным двигателем у обоих существ является хвост, но большая корифена, как и все рыбы, двигает хвостом из стороны в сторону. Дельфин же, будучи млекопитающим, выдает свое происхождение, двигая хвостом вверх-вниз. Унаследованная от рыбьего позвоночника способность изгибаться из стороны в сторону есть у ящериц и змей, которые будто бы плывут по земле. Сравните с галопирующей лошадью или гепардом. У млекопитающих позвоночник изгибается вверх и вниз, а не вправо и влево. Интересно, как у млекопитающих произошел этот переход? Возможно, была промежуточная стадия с почти негнущимся позвоночником (как у лягушек). С другой стороны, крокодилы могут бегать галопом (причем с ужасающей скоростью) и, что более традиционно для рептилий, ползать, извиваясь как ящерицы. Предки млекопитающих не имели ничего общего с крокодилом, но, возможно, крокодил – пример того, как в общем предке могли совмещаться эти черты.

Итак, предки китов и дельфинов, вполне экипированные наземные млекопитающие, которые галопировали по прериям, пустыням или тундре, изгибая позвоночник вверх-вниз. Если змеи “плавают” по суше, дельфин “галопирует” в воде! Соответственно, хотя плавник дельфина напоминает раздвоенный хвост большой корифены, он располагается в горизонтальной плоскости, а у большой корифены – в вертикальной. Дельфин – персонаж множества подобных историй, с которыми мы еще столкнемся.

Многоножка (вверху) и мокрица

Есть и другие примеры сходства столь очевидного, что трудно не объяснить его прямым заимствованием. Однако анализ все-таки показывает, что это не так. Животные бывают настолько похожи, что чувствуешь: они обязаны быть родственниками. Тем не менее, выясняется, что, несмотря на впечатляющее сходство, различий больше. Мокрицы – хорошо нам знакомые мелкие существа с множеством ножек, сворачивающиеся при опасности в клубок, подобно броненосцам. Возможно, по этой причине они получили латинское название Armadillidium. Это наименование принадлежит мокрицам, ракообразным, сухопутным родственницам креветок, чье происхождение выдает жаберное дыхание (а жабры приходится держать влажными). Этот случай, впрочем, интересует нас потому, что на свете есть другая мокрица, но не ракообразное животное, а относящаяся к многоножкам. Когда эти мокрицы свернуты, то отличить их практически невозможно. Тем не менее первая – видоизменившееся ракообразное, вторая – видоизменившаяся многоножка. Впрочем, если их развернуть, то сразу бросится в глаза по меньшей мере одно отличие: у многоножки в большинстве сегментов по две пары ног, а у мокрицы – по одной. Более тщательный анализ показывает множество других отличий, так что внешнее сходство поверхностно и вызвано конвергенцией.

Череп тасманийского волка

Почти любой зоолог, не являющийся узким специалистом, скажет, что череп на рисунке вверху принадлежит собаке. И только специалист, отметив два продолговатых отверстия на небе, поймет, что это не собака. Эти отверстия являются отличительным признаком сумчатых – большой группы млекопитающих, теперь обитающих в Австралии. На самом деле перед нами череп тасманийского волка. Благодаря сходному образу жизни, который ведут тасманийские волки (в данном печальном случае – вели) и настоящие собаки (например, динго, с которыми они конкурировали в Австралии и на Тасмании), форма их черепов конвергентно сблизилась.

В главе о географическом распространении видов я упоминал об изумительных сумчатых млекопитающих Австралии. Для этой главы важна их многократно повторяющаяся конвергенция с соответствующими плацентарными (не-сумчатыми) млекопитающими, доминирующими в остальных частях планеты. Не будучи идентичными даже при поверхностном осмотре, каждое сумчатое животное на иллюстрации все же очень похоже на свой плацентарный “функциональный аналог”. Этого сходства достаточно, чтобы произвести на нас впечатление, но мало для рассуждений о заимствовании Творцом “тем”.

Генетическую рекомбинацию при половом размножении можно рассматривать как своего рода заимствование, обмен генетическими “темами”. Однако половая рекомбинация ограничена пределами одного вида и потому не представляет интереса для проблематики данной главы. Мы как раз сравниваем виды, например, сумчатых и плацентарных животных. Любопытно, что заимствование ДНК чрезвычайно широко распространено среди бактерий. Обмен “идеями” между очень далекими в родственном отношении штаммами бактерий более всего напоминает случайные связи и иногда рассматривается в качестве возможного предшественника полового размножения. На самом деле заимствование “идей” – один из основных механизмов, позволяющих бактериям пополнять арсенал новыми хитростями, такими как устойчивость к антибиотикам.

Феномен носит довольно-таки бессмысленное название “трансформация”. Причина в том, что когда в 1928 году Фредерик Гриффит его открыл, о ДНК никто не знал. Гриффит фактически обнаружил, что незаразный штамм стрептококка может заимствовать вирулентность у совершенно другой бактерии (даже погибшей!). Сейчас мы бы сказали, что незаразный штамм инкорпорировал в свою ДНК фрагменты ДНК мертвой заразной бактерии (для ДНК понятия “жив” и “мертв” бессмысленны – это просто закодированная информация). В наших терминах незаразная бактерия позаимствовала генетическую “идею” у заразной. Обмен “идеями” между бактериями, правда, совсем другое дело, чем обращение конструктора к собственной удачной находке. Тем не менее, это интересный факт, и если он столь же распространен среди животных, нам будет намного труднее опровергнуть гипотезу об “экономном конструкторе”. Что если птицы и летучие мыши вели бы себя как бактерии? Что если, например, бактериальной или вирусной инфекцией часть генома птицы будет перенесена в геном летучей мыши? Не появится ли в результате такого “копипейста” летучая мышь с перьями?

Сопоставление плацентарных и сумчатых млекопитающих

У животных, в отличие от бактерий, передача генов практически полностью ограничена кругом половых отношений внутри вида. На самом деле вид можно довольно точно определить как группу животных, участвующих в генном обмене. Как только две популяции одного вида после продолжительной изоляции (в главе 9 мы обсуждали, что этому обычно предшествует период географического разделения) теряют эту способность, мы считаем их отдельными видами, и они никогда не смогут обмениваться генами (пока не вмешается генная инженерия). По мнению моего коллеги, оксфордского профессора генетики Джонатана Ходжкина, есть только три исключения из этого правила: нематоды, плодовые мушки и – самый интригующий пример – бделлоидные коловратки. Последняя группа наиболее интересна в силу уникальной особенности эукариот – отсутствия полового размножения. Может быть, они обошлись без полов потому, что воспользовались древним методом обмена генами, к которому прибегают бактерии? Межвидовой обмен генами чаще встречается у растений. Например, паразитическое растение повилика Cuscuta – донор генов для растений, вокруг которых она обвивается[76]76
  Биологи часто приводят растительный гемоглобин в качестве примера возможного заимствования растениями ДНК животных. На корнях растений семейства бобовых расположены узелки, где живут бактерии, усваивающие атмосферный азот. Поэтому фермеры часто сажают бобовые, например клевер или горошек. Это обогащает почву азотом, особенно если запахивать всходы клевера. Узелки имеют красноватый оттенок, поскольку содержат вариант гемоглобина, схожий с молекулой, переносящей кислород в нашей крови. Гены, ответственные за производство гемоглобина, находятся в геноме растения, а не бактерий. Однако гемоглобин важен для бактерий, которым нужен кислород, так что, вероятно, это часть контракта: пристанище и гемоглобин в обмен на азот. Для нас привычно связывать гемоглобин с кровью, поэтому естественно предполагать, что растения заимствовали этот ген у бактерий, что было бы очень разумно для растений. Однако молекулярно-биологические исследования показали, что гены гемоглобина – аборигены генома растений.


[Закрыть].

Я все еще не могу определиться относительно генетически модифицированных продуктов, разрываясь между потенциальной пользой для сельского хозяйства и осторожностью. Приведу один аргумент, который мне не доводилось еще слышать. Мы часто проклинаем предков за бездумную интродукцию видов в чужеродную среду, предпринятую просто ради развлечения. Так, герцог Бедфордский завез на Британские острова американскую серую белку: причуда, оказавшаяся, как мы видим, катастрофически безответственной.

Бделлоидная коловратка

Не будут ли таксономисты будущего так же сожалеть о забавах нашего поколения с геномом (например, о пересадке гена устойчивости к заморозкам от арктических рыб помидорам или пересадки гена флюоресценции от медуз картофелю в надежде, что он начнет светиться, когда ему требуется полив)? Я читал о планах некоего художника устроить инсталляцию с участием светящихся собак, которым пересажен этот ген. Меня коробит от подобного научного дебоширства во имя претенциозного “искусства”. Не принесет ли это вред в отдаленном будущем? Не скажется ли эта блажь на будущем изучении эволюционных связей? Скорее всего нет, но мне представляется, что всегда лучше думать до, а не после того, как сделать что-либо. Суть предусмотрительности просто в том, чтобы стараться избегать решений и действий, последствия которых не до конца ясны.