Текст книги "Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни"

Рандеву № 9
Шерстокрылы и тупайи

Рандеву № 9 назначено 70 млн лет назад. Это эпоха динозавров, и расцвет млекопитающих еще не начался. Кстати, именно тогда начался расцвет цветковых растений. Несмотря на то, что они уже давно были разнообразными, их распространение сдерживало постоянное разрушение ландшафта: неуклюжие динозавры вырывали растения с корнем, пожары уничтожали леса. Однако к рандеву № 9 цветковые растения все-таки успели эволюционировать и уже включали ряд деревьев верхнего яруса, а также многочисленные кустарники подлеска. Сопредок № 9 – наш прародитель примерно в десятимиллионном поколении – объединяет нас с двумя группами похожих на белок млекопитающих. Точнее, представители первой группы похожи на белок, а второй – скорее на белок-летяг. Сейчас известно восемнадцать видов тупай и два вида шерстокрылов, или “летающих лемуров”. Все они обитают в Юго-Восточной Азии.

Все тупайи похожи друг на друга и относятся к семейству тупайевые (Tupaiidae). Большинство их, подобно белкам, живет на деревьях. Некоторые виды тупай настолько похожи на белок, что даже имеют такие же длинные и пушистые хвосты. Это сходство, однако, поверхностно. Белки – грызуны, тупайи – определенно нет. Кто же они? Землеройки?[32]32
  По-английски тупайи – tree shrews, древесные землеройки. – Прим. пер.


[Закрыть] Или приматы, как считают некоторые ученые? Или ни то, ни другое? Поскольку это спорные вопросы, ученые выделили их в отряд тупайеобразные – Scandentia (от лат. scandere – лазать). На филогенетическом древе он занимает неопределенное положение. Однако мы не можем просто вынести эту проблему за скобки. В “Рассказе Шерстокрыла” я объясню свое решение объединить шерстокрылов и тупай в точке, предшествующей нашей с ними встрече.

Тупайи и шерстокрылы. Это одно из самых спорных в книге филогенетических деревьев (см. «Рассказ Шерстокрыла»). Приведенную схему, где 16 видов тупай группируются с двумя видами шерстокрылов, образуя сестринскую по отношению к приматам группу, поддерживают некоторые специалисты по молекулярной систематике. Датировка этого (и следующего) рандеву остается спорной.

На рис. (слева направо): малайский шерстокрыл (Cynocephalus variegatus), малайская тупайя (Tupaia belangeri).

Шерстокрылов долго называли летающими лемурами. Можно справедливо возразить, что они и не “летающие”, и не “лемуры”. Впрочем, последние данные указывают, что они даже ближе к лемурам, чем думали те, кто дал им это название. И хотя шерстокрылы, в отличие от летучих мышей или птиц, не способны к активному полету, они искусно планируют по воздуху. Филиппинский шерстокрыл (Cynocephalus volans) и малайский шерстокрыл (C. variegatus) образуют отряд Dermoptera (кожистокрылые). У этих шерстокрылов имеется большая кожистая перепонка (патагий), напоминающая парашют. Она имеется и у белок-летяг Америки и Евразии, а также у далеких родственников шерстокрылов – африканских шипохвостых летяг – и у сумчатых планирующих животных Австралии и Новой Гвинеи. В отличие от других планирующих млекопитающих, у шерстокрылов перепонка охватывает не только конечности, но и хвост, и простирается до кончиков пальцев. Кроме того, шерстокрылы с “крыльями” 70 сантиметров в размахе являются самыми крупными из всех планирующих млекопитающих. Шерстокрылы могут преодолеть по воздуху более 70 метров, почти не потеряв при этом высоту.

Тот факт, что перепонка у шерстокрылов тянется до кончика хвоста и пальцев, указывает на то, что они специализированы сильнее других планирующих животных. И действительно, на земле они довольно беспомощны. Этот недостаток они с лихвой восполняют в воздухе. Это требует бинокулярного зрения: не так-то просто в темноте взять курс на нужное дерево и опуститься на него. И в самом деле, у шерстокрылов большие глаза, которые обеспечивают бинокулярное зрение и способность хорошо видеть в темноте.

У шерстокрылов и тупай необычные репродуктивные системы, причем совершенно разные. Шерстокрылы в этом отношении похожи на сумчатых: их детеныши появляются на свет на ранней стадии эмбрионального развития. Не имея сумки, мать использует для этой цели свою перепонку. Хвостовая часть перепонки заворачивается вперед, образуя сумку, в которой сидит детеныш (обычно единственный). Мать при этом нередко висит вниз головой, и тогда ее перепонка превращается в подобие люльки.

Думаю, довольно приятно быть детенышем шерстокрыла. Детенышам тупай повезло меньше: мать заботится о них, пожалуй, меньше любого другого млекопитающего. У самки тупайи (по крайней мере, у нескольких видов этих животных) два гнезда: в первом живет она сама, во втором – ее детеныши. Мать навещает их один раз в 48 часов для кормления, да и то не задерживается дольше пяти-десяти минут. Поскольку у детенышей под боком нет матери, им приходится получать тепло из пищи. Молоко тупай чрезвычайно питательное.

Родственные отношения тупай с шерстокрылами и другими животными пока не установлены. Этот факт говорит о многом.

Рассказ Шерстокрыла

Шерстокрыл из Юго-Восточной Азии мог бы рассказать нам, каково это – парить во воздуху ночного леса. Но для нас, пилигримов, у него приготовлена гораздо более приземленная история. Мораль ее в том, что составленная нами схема с сопредками, рандеву и строгой последовательностью присоединения различных групп животных, – схема, которая казалась нам такой стройной, – на самом деле весьма спорна. Вполне возможно, что по мере исследований эту схему придется пересмотреть. Филогенетическое древо, представленное в этой главе, отражает одну из современных точек зрения, которую я условно поддерживаю. Согласно этой схеме, пилигримы, с которыми мы встречаемся на рандеву № 9, представляют собой команду шерстокрылов и тупай. Еще несколько лет назад на этой схеме шерстокрылов не было бы. Согласно традиционной классификации, на этом рандеву к приматам должны присоединиться лишь тупайи, а шерстокрылы примкнуть к ним гораздо позднее.

Нет гарантий, что и эта схема не подвергнется пересмотру. Свежие данные могут поддержать прежнюю точку зрения или привести к появлению новой. Так, некоторые ученые даже считают, что шерстокрылы ближе к приматам, чем тупайи. Если так, на рандеву № 9 приматы встречаются лишь с шерстокрылами, а встреча с тупайями переносится на рандеву № 10. В этом случае к номерам всех сопредков, начиная с этого момента, нужно добавить единицу. Но я эту точку зрения не разделяю.

Неопределенность – не самая приятная мораль для рассказа, однако здесь содержится важная мысль, которую мы должны усвоить, прежде чем продолжить путь в прошлое. Это касается не только данного рандеву, но и многих других. Свои сомнения я мог бы выразить, поместив на филогенетические деревья ветвления с более чем двумя ветвями (см. “Рассказ Гиббона”). Именно это сделали некоторые авторы, например, Колин Тадж в замечательном филогенетическом обзоре “Многообразие жизни”. Но политомия в некоторых точках ветвления опасна тем, что создает ложную уверенность в других точках ветвления. Революция в области систематики млекопитающих, в ходе которой были выделены группы лавразиотериев и афротериев (рандеву №№ 11, 13), произошла уже после публикации книги Таджа в 2000 году, и некоторые части классификации, которые он считал бесспорными, сейчас изменены. Если бы он решил выпустить новое издание, оно бы, конечно, было совершенно другим. Возможно, то же случится с этой книгой, и не только в отношении шерстокрылов и тупай. Спорно также положение долгопятов (рандеву № 7) и группировка миног с миксинами (рандеву № 22). Вызывает сомнения и родство афротериев (рандеву № 13) и целакантов (рандеву № 19). А последовательность рандеву, где мы встречаем медуз и гребневиков (№№ 28, 29), может оказаться обратной.

Другие рандеву (например то, где мы встречаем орангутанов) сомнений почти не вызывают. Существует и несколько пограничных случаев. Сейчас, в 2004 году, я не буду высказывать субъективных суждений о том, для каких групп можно построить полную филогению, а для каких – нет. Я рассказываю о существующих точках зрения и выражаю свои сомнения – там, где это возможно (кроме рандеву № 37, где порядок ветвления настолько ненадежен, что и самые опытные ученые не решаются строить догадки). Боюсь, со временем от некоторых (надеюсь, немногих) рандеву и соответствующих филогенетических деревьев придется отказаться в свете новых данных[33]33
  Предупреждение для креационистов: пожалуйста, не нужно цитировать эту фразу как доказательство того, что “эволюционисты не могут ни о чем договориться”, намекая на то, что теория, на которую они опираются, – чепуха.


[Закрыть].

Более ранние классификации, которые не были привязаны к эволюционным стандартам, могли быть спорными – в том смысле, в каком могут быть спорными вкусы и суждения. Однако специалист по систематике всегда мог заявить, что для удобства демонстрации музейной коллекции тупай нужно объединить с землеройками, а шерстокрылов – с белками-летягами. В таких спорах единственно верного ответа просто нет. Что касается филогенетической систематики, которую я использую в этой книге, то единственное верное древо жизни существует – просто мы не знаем, какое оно[34]34
  У меня почти нет сомнений, что в конечном счете это древо будет представлять собой компромиссное решение, полученное на основе всех генных деревьев. Об этом см. финал “Рассказа Гиббона”.


[Закрыть]. Правда, и в такой систематике остается место для субъективных суждений. Но в данном случае они касаются лишь того, каким окажется единственное верный ответ. Мы пока не знаем истину потому, что еще не проанализировали достаточно данных – особенно молекулярных. Истина ждет. Этого нельзя сказать о систематике, которая основана на вкусах или удобстве расположения экспонатов в музее.

Рандеву № 10
Грызуны и зайцеобразные

Это рандеву назначено 75 млн лет назад. Именно здесь пилигримов останавливает и окружает орда грызунов. Здесь мы приветствуем кроликов, родственных им зайцев и чуть менее близких пищух. Прежде кроликов относили к грызунам, потому что у них тоже есть выступающие вперед резцы (в этом отношении они даже превзошли грызунов и обзавелись дополнительной парой резцов). Теперь кролики вошли в отряд зайцеобразные (Lagomorpha), а грызунов ученые относят к отряду Rodentia. Однако сейчас зайцеобразных и грызунов объединяют в “когорту” грызунообразные (Glires). В этой книге зайцеобразные пилигримы и пилигримы-грызуны объединяются “до того”, как всем скопом присоединяются к нашему паломничеству. Сопредок № 10 – наш прародитель примерно в пятнадцатимиллионном поколении. Это наш с мышью последний общий предок. Правда, саму мышь отделяет от него куда более длинная цепочка прародителей из-за меньшей продолжительности жизни поколений.

История грызунов – пример успеха млекопитающих. Более 40 % видов млекопитающих – грызуны, и считается, что грызунов в мире больше, чем всех остальных млекопитающих. Крысы и мыши извлекли для себя немало пользы из нашей аграрной революции и, переплывая с нами моря и океаны, проникли во все уголки планеты. Они опустошают наши амбары и вредят нашему здоровью. Крысы и их наездницы-блохи повинны в распространении Черной смерти (некоторые считают, что это была бубонная чума) и тифа. Во II тысячелетии н. э. крысы забрали больше человеческих жизней, чем все войны и революции. Когда настанет апокалипсис и даже четыре его всадника падут, крысы догложут их кости. Да, именно крысы, подобно леммингам, будут копошиться на руинах цивилизации. Лемминги, кстати, тоже грызуны, – полярные полевки. Периодически их популяции по непонятным пока причинам достигают поистине чудовищных размеров и лемминги пускаются в самоубийственные массовые миграции. Хотя, вопреки распространенному мнению, преднамеренного самоубийства тут нет.

Грызуны и зайцеобразные. Ученые сходятся в том, что следует объединить ок. 70 видов зайцеобразных и ок. 2 тыс. видов грызунов (две трети относятся к семейству мышиные). Генетики считают эту группу сестринской по отношению к приматам, шерстокрылам и тупайям. Порядок ветвления в группе грызунов точно не установлен, однако подобная филогения поддерживается большей частью молекулярных данных.

На рис. (слева направо): капибара (Hydrochaeris hydrochaeris), капский землекоп (Georychus capensis), южноафриканский дикобраз (Hystrix africaeaustralis), белка обыкновенная (Sciurus vulgaris), орешниковая соня (Muscardinus avellanarius), капский долгоног (Pedetes capensis), бобр обыкновенный (Castor fiber), рыжая полевка (Clethrionomys glareolus), лесная мышовка (Sicista betulina), арктический беляк (Lepus arcticus), американская пищуха (Ochotona princeps).

Грызуны представляют собой грызущие устройства. Спереди у них пара сильно выступающих резцов, которые постоянно растут, чтобы компенсировать быстрое стачивание. Жевательные мышцы развиты исключительно хорошо. Клыков у грызунов нет, а между резцами и коренными зубами имеется небольшой промежуток, диа-стема, благодаря которому грызть еще удобнее. Грызуны грызут почти все. Бобры валят деревья. Землекоповые живут под землей, буквально прогрызая туннели, – они не копают передними лапами, как кроты[35]35
  Все 15 видов, кроме одного, грызут землю. Голые землекопы – настоящие троглодиты среди грызунов. Они образуют живые конвейеры для рытья туннелей: ведущая рабочая особь вгрызается в почву, а следующие за ней животные отгребают эту почву назад. Я специально употребил слово “рабочая”, поскольку у голых землекопов есть еще одна замечательная особенность: их социальная организация сильнее, чем в какой-либо другой группе млекопитающих, напоминает социальных насекомых. Они даже внешне немного напоминают термитов-переростков. На наш взгляд, они удивительно уродливы, но, думаю, из-за этого не переживают: землекопы слепые.


[Закрыть]. Грызуны заселили пустыни (гунди, песчанки), высокогорья (сурки, шиншиллы), кроны деревьев (белки, в том числе и белки-летяги), реки (водяные полевки, бобры, капибары), нижний ярус тропического леса (агути), саванны (мары) и тундру (лемминги).

Большинство грызунов величиной с мышь, но встречаются и крупные – начиная с сурков, бобров, агути, мар и заканчивая капибарами (они размером с овцу). Капибар ценят за их мясо. Как ни странно, католическая церковь наградила их почетным званием рыб, разрешив есть их мясо по пятницам, – видимо, потому, что живут капибары в воде. Однако современные капибары кажутся карликами по сравнению с не столь давно вымершими гигантскими грызунами Южной Америки. Гигантская капибара (Protohydrochoerus) была размером с осла. Telicomys был еще крупнее – с небольшого носорога. Как и гигантская капибара, он исчез во времена Великого межамериканского обмена: тогда из-за возникновения Панамского перешейка Южная Америка перестала быть островом. Эти две группы не были близкими родственниками и, судя по всему, гигантские размеры приобрели независимо.

Мир без грызунов был бы совершенно иным. Вероятность существования мира, в котором царят грызуны и нет людей, гораздо выше, чем мира без грызунов. Если ядерная война уничтожит человечество и большую часть всего живого, в краткосрочной перспективе можно смело делать ставку на выживание крыс, в долгосрочной – на их дальнейшую эволюцию. Вот как мне видится мир после Армагеддона. Ни нас, ни других крупных животных нет. Грызуны превратились в падальщиков. Они прокладывают себе путь через Нью-Йорк, Лондон, Токио, поглощают содержимое кладовых и супермаркетов, переваривают наши трупы и превращают все это в новые поколения крыс и мышей, чьи стремительно растущие популяции, выплескиваясь из городов, наводняют сельскую местность. А когда с остатками нашего былого изобилия покончено, грызуны бросаются друг на друга, а также на тараканов, с которыми до поры до времени делят отбросы. В период острой конкуренции небольшая продолжительность жизни поколений, сочетаясь, возможно, с повышенной в результате радиоактивного излучения скоростью мутаций, обеспечивает грызунам быструю эволюцию. С исчезновением кораблей и самолетов острова вновь становятся островами, и популяции изолируются друг от друга, не считая редких случаев обмена. Идеальные условия для эволюционной дивергенции! Спустя 5 млн лет новые виды заменят известные нам. На стада гигантских травоядных крыс охотятся саблезубые крысы [36]36
  Дугал Диксон давно это предвидел и изложил данный сценарий в книге “После человека: зоология будущего”.


[Закрыть]. Интересно, возникнет ли по прошествии некоторого времени вид разумных крыс? Будут ли крысиные ученые проводить раскопки (разгрызки?) в культурных слоях наших спрессованных временем городов? Смогут ли воссоздать неповторимые, нередко трагические обстоятельства, позволившие крысиной цивилизации увидеть свой звездный час?

Рассказ Мыши

Из тысяч грызунов домашняя мышь (Mus musculus) может поведать кое-что особенное: ни один другой вид млекопитающих, кроме нашего собственного, мы не изучали так интенсивно. Именно на мышах, а не на пресловутых морских свинках держатся медицинские, физиологические и генетические лаборатории. Мышь – одно из немногих млекопитающих, не считая нас самих, чей геном целиком прочитан.

При недавней расшифровке этих геномов выяснились несколько удивительных фактов. Во-первых, геномы млекопитающих совсем невелики: около 30 тыс. генов, даже меньше. А во-вторых, они так похожи! А ведь нам казалось, что в интересах человеческого достоинства наш геном должен быть намного больше, чем геном какой-то мышки. По крайней мере, побольше, чем 30 тыс. генов!

Последнее заблуждение привело к тому, что люди (включая тех, кто мог бы и не попадаться в эту ловушку) заключили, что роль “окружающей среды”, по-видимому, гораздо важнее, чем прежде думали – так как одних генов недостаточно для того, чтобы определить строение тела. Потрясающая наивность! На основании чего, интересно, мы можем установить, сколько генов нужно, чтобы определить строение тела? Такого рода рассуждения основаны на ошибочном подсознательном убеждении в том, что геном – что-то вроде схемы, где каждый ген отвечает за определенный участок тела. Из “Рассказа Дрозофилы” мы узнаем, что это не схема, а скорее нечто вроде кулинарного рецепта, компьютерной программы или инструкции по сборке.

Если представлять геном как схему, то у вас – большого, сложно устроенного животного – генов должно быть больше, чем у мыши: у нее и клеток меньше, и мозг не настолько развит. Но гены действуют не так. Даже аналогия с кулинарным рецептом или инструкцией по сборке может ввести в заблуждение, если ее неверно истолковать. Мой коллега Мэтт Ридли проводит другую аналогию, и она кажется мне замечательно уместной. Большая часть генома, который мы расшифровываем, – не сборник инструкций и не основная программа для построения человека или мыши, хотя часть его, конечно, такова. Если это было бы так, следовало бы ожидать, что наша программа будет длиннее, чем у мыши. Но основная часть генома скорее похожа на словарь, с помощью слов которого можно написать сборник инструкций, – или набор подпрограмм, которыми управляет основная программа. Ридли пишет, что в “Дэвиде Копперфильде” набор слов примерно такой же, как и в “Над пропастью во ржи”. Обе книги опираются на словарный запас образованного носителя английского языка. Принципиальная разница между ними – в порядке слов.

При “сборке” как человека, так и мыши эмбриология пользуется одним и тем же “словарем” генов: обыкновенным “словарем” эмбриологии млекопитающего. Различия между человеком и мышью обусловлены различным порядком, в котором выбираются и запускаются гены из “словаря”, различными участками тела, в которых это происходит, и временными паттернами их работы. Все это находится под контролем особых генов, обязанность которых – включать другие гены, входящие в состав сложных, изящно скоординированных каскадов. Но среди генов в геноме такие регуляторы составляют меньшинство.

Не поймите неправильно слово “порядок”: это не порядок, в котором гены расставлены вдоль хромосомы. С некоторыми исключениями, о которых мы узнаем из “Рассказа Дрозофилы”, порядок генов на хромосоме произволен. Конечно, слова в словаре обычно расставляют в алфавитном порядке, но иногда, особенно в разговорниках, слова расположены в порядке удобства: слова, которые пригодятся в аэропорту, при посещении врача, в магазине и так далее. Порядок, в котором гены расположены на хромосомах, неважен. Важно то, что клеточные механизмы умеют находить нужный ген в нужное время и делают это способами, которые понятны нам все лучше. В “Рассказе Дрозофилы” мы вернемся к особым и очень любопытным случаям, где порядок расположения генов на хромосоме скорее напоминает порядок слов в разговорнике. А пока запомним: главное, что отличает мышь от человека, – не столько гены и не столько их порядок в хромосомном “разговорнике”, сколько порядок, в котором они включаются: точно так же, как Диккенс и Сэлинджер выбирали слова и составляли из них предложения.

Однако кое в чем приведенная аналогия может ввести в заблуждение. Поскольку слова короче генов, некоторые авторы уподобляют ген предложению. Но аналогия с предложением неудачна: перестановкой конечного набора предложений нельзя получить разные книги. Большинство предложений уникально. Гены же, как и слова (но не как предложения), используются снова и снова в различных контекстах. Более удачная, чем слово или предложение, аналогия для гена – набор подпрограмм в компьютере.

В “Макинтоше”, например, есть набор стандартных подпрограмм, хранящийся в ROM (Read Only Memory) или в “Системных файлах”, которые всегда загружаются во время запуска. Существуют тысячи подпрограмм, и каждая выполняет конкретную операцию, которая с высокой вероятностью будет многократно востребована различными программами, использующими ее каждая по-своему. Например, ObscureCursor прячет курсор до следующего движения “мыши”. Невидимый “ген” ObscureCursor вызывается всякий раз, когда вы начинаете печатать. За функциями, общими для программ “Мака” и их аналогов на компьютерах с “Виндоус” (разворачиваемое меню, полоса прокрутки, сворачиваемые окна, которые можно таскать по экрану с помощью “мыши”, и многими другими), стоит набор подпрограмм.

Причина, по которой у всех программ “Мака” одинаковый “внешний вид” (это сходство, как известно, было предметом судебных разбирательств), заключается как раз в том, что все программы “Мака”, написаны ли они “Эппл”, или “Майкрософт”, или кем-либо еще, вызывают один и тот же набор подпрограмм. Если вы программист и хотите переместить целую область экрана, например, с помощью “мыши”, вы только тратили бы время, если бы не вызвали подпрограмму ScrollRect. Или, если вы хотите поставить галочку в раздел разворачиваемого меню, было бы безумием писать специальный код. Просто вызовите Checkltem, и все будет сделано за вас. Когда вы смотрите код программы “Мака” – кем бы, на каком языке и для какой цели она ни была написана, – первое, что бросается в глаза – то, что она состоит в основном из вызовов знакомых встроенных стандартных подпрограмм. Такой набор стандартных подпрограмм доступен всем программистам. Различные программы в разных комбинациях и последовательностях сочетают вызовы этих стандартных подпрограмм.

Геном в ядре каждой клетки представляет собой набор подпрограмм ДНК, которые могут выполнять стандартные биохимические функции. Ядро клетки напоминает ROM “Мака”. Различные клетки, например клетки печени, костные и мышечные клетки, в разных комбинациях и последовательностях сочетают “вызовы” этих подпрограмм для выполнения конкретных функций клетки: рост, деление, выработку гормонов и так далее. Костные клетки мыши сильнее похожи на костные клетки человека, чем на клетки мышиной печени: они выполняют очень похожие операции и для этого вызывают одни и те же наборы стандартных подпрограмм. Этим и объясняется, почему геномы млекопитающих примерно одного размера: всем нужен примерно одинаковый набор подпрограмм.

Тем не менее костные клетки мыши ведут себя не так, как костные клетки человека. Это также выражается в различных вызовах подпрограмм в ядре. Сам набор подпрограмм у мыши и человека не идентичен, хотя вполне мог бы быть таковым без угрозы для основных различий между двумя видами. Чтобы сделать мышь не похожей на человека, важны не столько различия в стандартных подпрограммах, сколько различия в их вызовах.