Текст книги "Эволюция как идея"

Эволюция

ЭВОЛЮЦИЯ (М Хэйл, 1677, от лат. evolutio – развертывание) в биологии – развитие живой природы как в ходе роста одного организма (устар.), так и в череде поколений. Второй смысл ввел в оборот Герберт Спенсер (1852 г.). Примеров эволюции в этом смысле известно мало (в отличие от множества косвенных свидетельств, какими полны учебники), но они есть (так называемая экспериментальная эволюция – см. Ч-08, гл. 5), хотя в учебниках и отсутствуют. Из табл. 1 видно, что поначалу эволюция была понята как объяснение геологической последовательности ископаемых растений и животных. Споры о том, сотворены они независимо или связаны родством, и если да, то направляет ли эволюцию Бог или она течет по своим законам, после книги Дарвина стали редки, уступив место спорам о том, как она шла и какие силы ее движут.

Происхождение жизни (абиогенез) ныне обсуждается в трех почти не соприкасающихся основных направлениях. Первое видит в нем первую стадию эволюции путем естественного отбора и строит филогении генов, начиная с «первичного организма»; аппаратом служит новая дисциплина – геномика [Кунин, 2014]. Второе полагает наивной ссылку на отбор до появления наследственности, ищет механизмы усложнения структур, пытаясь понять самоорганизацию и энергетику [Jantsch, 1980; Лима-де-Фариа, 1991; Johnson, Lam, 2010; 4-14]. Третье занято химическими условиями абиогенеза и временем, когда он мог протекать [Ward, Kirschvink, 2015]. Синтез их предстоит, но уже сегодня все согласны, что абиогенез шел быстро: от момента появления жидкой (вверху еще кипящей) воды до появления надежно датируемых бактерий (ок. 3,4 млрд лет назад) прошло не более 500 млн лет, а возможно, и много меньше. Прежние ссылки на отбор случайных совпадений исчезающе редких событий бессмысленны, так что изучать надо самоорганизацию.

В основе жизни лежат два типа процессов – энергетика и молекулярное узнавание, причем происхождение обоих неизвестно. Известная нам эволюция шла после их появления, являясь лишь комбинацией блоков, невесть как возникших, то есть самое интересное – тайна. Это козырь противников эволюции, и на него эволюционист может ответить так: вся эволюция, основанная на уже сложившихся клетках, в принципе может быть понята, поскольку рождение организма из клетки идет у нас на глазах ежеминутно; что же касается указанных двух типов первичных процессов, то следует пытаться изучать самосборку их из микроблоков. Первый уже начал приоткрываться (энергетика водных растворов аминокислот по Воейкову; примитивный фотосинтез по Скулачеву и т. п., о чем будет речь в главе 3), так что задача видится решаемой.

Основные события ранней эволюции. Как предсказал Джон Бернал (1956 г.), следы жизни много древнее самых древних организмов (изотопный сдвиг, т. е. необычно малая доля ¹³С, известен в породах, на 400–500 млн лет старших, чем породы, содержащие ясные остатки бактерий). Первые организмы были прокариотами (клетки без ядер), они обеспечили первичную эволюцию биосферы. Ядра появились у клеток позже (насколько, неизвестно) и повлекли всё разнообразие многоклеточных (они известны со среднего рифея, см. табл. 2). До этого малая концентрация кислорода в воде не допускала клеткам объединяться в крупные группы.

Каков самый простой объект, который может быть назван организмом и жил по законам биологии, а не химии и физики, неизвестно, но самые простые микробы – молликуты (микоплазмы), сложны очень: поражают, например, изощренным иммунитетом [4-14, с. 41].

А.М. Уголев видел «происхождение жизни – как происхождение естественных технологий», каковые признавал очень ранними.

Эволюция клетки. Никаких идей появления клеточного ядра (кроме совсем туманных [Марков, 2010, с. 144]) не предложено. Известно, что все ядра делятся путем митоза, практически общего у растений и животных. После открытия митоза (1878) полвека считалось, что эта общность доказывает их общее происхождение, но в 1930-70-х годах выявлено причудливое разнообразие митозов одноклеточных, как растительных, так и животных [Райков, 1967; и дальнейшие его работы]. Однако цель сравнения митозов была у всех одна: построить филогению одноклеточных, и когда это не удалось (свойства митозов образуют не древо, а сеть), отрасль заглохла без выводов.

Самые важные находки остались неосмысленны. Например, что плотная укладка хромосом заимствована у вирусов, что самый медленный митоз (у пиррофит) весьма обычен в морях, что лишь один митоз («типичный») оказался совместимым с тканевым устройством организма, а грибы, не имея настоящих тканей, сохранили разные типы митозов. Все это еще предстоит увязать, в том числе с появлением иных структур клетки. Пока нет ничего, кроме догадок о митохондриях. Сторонники филогении видят в них колонию бывших бактерий; номогенетики указывают, что часто она в клетке одна и лишь срезы ее похожи на срезы бактерий[5]5
  См. обложку книги 4-16. По выражению В.П. Скулачева, такая митохондрия сочетает свойства электростанции и линии электропередачи.


[Закрыть], а сходство форм говорит о сходных рефренах, но не о родстве; функционалисты видят здесь лишь общность технологий (энергетики).

Основные тенденции эволюции выявил сорок лет назад палеоботаник В.А. Красилов: это эвкариотизация (эволюционное формирование клеток с ядром), метазоизация (формирование многоклеточности), артроподизация (появление членистоногих), тетраподизация (появление четвероногих), и т. д. Все эти «-зации» протекали сходно [Красилов, 1977, с. 86]. Они являют групповой актиреф – см. главу 3.

Геохронология показана в табл. 2. Все эпохи выявлены по резким сменам фаун (но не флор). Жизнь возникла в начале архея в форме доорганизменных протоэкосистем, затем распавшихся на бактерии. В Карелии они уже формировали почву суши, но лишь в венде в морях появились многоклеточные животные. То была эдиакарская (место в Южной Австралии) фауна. Ныне вместо венда помещают «эдиакарий» и, под ним, «криогений» – время, когда поверхность Земли на 200 млн лет обратилась в снежную пустыню. Морская жизнь тогда выжила – это к вопросу о «ядерной зиме». При смене докембрийской фауны на кембрийскую (членистоногие, моллюски, иглокожие) началась хорошо документированная эволюция. Позвоночные появились в морях тоже в кембрии.

Покорение суши. Бактерии заселяли голую сушу еще на грани архея и протерозоя, в протерозое появились грибы и наземные водоросли, вместе образовав лишайники, способные жить на голых камнях. Все это обусловило образование древнейших почв, появление в них первых почвенных животных, червей (ордовик).

Первые растения собственно суши – куксонии, были голыми стебельками (поздний силур). В девоне появились папоротники, хвощи и плауны, в карбоне – мхи и голосеменные. Покрытосеменные начали формироваться в мезозое, в конце юры. Но заселение шло медленно:

«До середины раннего карбона растительное население суши, представленное споровыми, вероятно, концентрировалось во влажных низинах, а возвышенные участки, в том числе плакоры, не говоря о горных системах, не были заселены. На обширных территориях, по всей видимости, господствовали геохимические ландшафты» [Мосейчик, 2016, с. 10].

Недавно Ю.В. Мосейчик отметила, что поскольку флоры в девоне и начале карбона были разделены безжизненными зонами, сходство их состава следует объяснять не общностью происхождения и не однородностью условий среды, а «одним из ярких доказательств номогенеза» (там же).

В начале девона на суше не было позвоночных, а через 70 млн лет суша уже кишела земноводными. Мало кто знает, что переходные формы к ним от рыб были редки чрезвычайно – их найдено всего 6, каждая в одном экземпляре, за полвека тщательных поисков в нужном районе. Таким образом, их эволюция шла при резком падении численности (вопреки СТЭ). Одну из них, акантостегу, см.: LR, т. 12, рис. 4 на вклейке. Весьма сложные конечности нельзя было использовать, ибо нет нужных суставов. Дженнифэр Клэк (Канада), описавшая ее, заключила, что акантостега была лишь «зачатком четвероногого», что «конечности тетрапод сформировались тогда, когда они обитали в воде» [Клэк, 2006, с. 53–54], то есть были преадаптациями.

Еще И. И. Шмальгаузен обращал внимание на то, что у крупных животных эволюция идет, вопреки СТЭ, много быстрее, чем у мелких. Человек же обрел свой удивительный разум менее чем за 1 млн лет, притом размножаясь крайне медленно и слабо. Почему и как, до сих пор неясно. Единственная догадка: мог играть роль двускоростной механизм размножения людей (отцы вдвое и более старше матерей), обеспечивавший быстрое наследование долгого обучения (см. 4-10, часть 5).

Поиск «недостающего звена» в ископаемых костях (чем, в основном, заняты исследователи антропогенеза) ничего в людской сути прояснить не может. Единственное, что он до сих пор дал существенного, – доказано отсутствие филогении: родословная человека является не древом, а сетью, что понятно с позиции диатропики.

2. Актиреф, эдвант и новая картина мира

Сразу по завершении в 2000 г. расшифровки генома человека некоторые генетики пришли к выводу, что представления о наследственности и ее роли в онтогенезе должны быть в корне пересмотрены. Ведь у человека нашлось всего 30 тыс. генов (меньше, чем у некоторых растений и низших животных), тогда как одних лишь связей в мозгу человека многие миллиарды, а наследоваться могут даже тонкие черты поведения. В генах записана лишь первичная структура белков (цепь аминокислотных остатков) и способы регулировки их синтеза. А остальное – где?

Начиная с 1981 г. обнаружено несколько гомеодоменов (белков, ответственных за внешню формы зародыша, например, за формирование передне-задней оси насекомого), и одно время казалось, что ключ к онтогенезу найден. Однако генов, ответственных за более детальные свойства зародышей, почти не нашлось, а главное – нет никаких сведений о том, как, например, информация «передне-задняя ось» формирует передне-заднюю ось зародыша и т. п. Иными словами, проблема осуществления (о ней см. далее, главу 3) с места не сдвинулась.

Стало видно, что развитие зародыша – не считывание программы, записанной в генах, если понимать их, как принято, а нечто большее, для чего гены лишь дают материал. Другими словами, «век генетики», уверявший, что гены – единственная основа наследственности, кончился. Тем самым, и эволюцию стало невозможно рассматривать просто через изменение генов, как бы таковое ни понимать. «Геноцентрический редукционизм» [Васильевы, 2009, Введение] не дал понимания эволюции, и чтобы понять ее, биология как целое должна указать генетике ее место в ряду иных дисциплин, а не над ними, как было в прежние полвека.

Как макромолекулы складываются в органеллу (например, в микротрубочку[6]6
  Микротрубочки (основа цитоскелета) формируются проще иных органелл – путем наращивания в нужном клетке направлении. Мутация, меняющая форму клетки, меняет и направление их роста (самоорганизация). Предложено [Kirschner, Gerhart, 2005] и поддержано рецензентами считать, что полезная случайная мутация (напр., удлинение шеи жирафа) будет поддержана естественным отбором, ибо все органы, клетки и даже их микротрубочки подстраиваются к ней «методом проб и ошибок», причем все неудачные вариации тут же отмирают (shrink) «в силу строгого отбора». Как всегда, вопрос, можно ли проверить столь нелепую идею (на деле микротрубочки сразу растут, куда надо), даже не упоминается.


[Закрыть] или хромосому), как органеллы складываются в клетку, клетки в ткань, а ткани в орган, генетика не говорит ничего. Кое-что удается сказать на языке биополя, о чем речь далее. Создается впечатление, что система хромосом не самостоятельна, а чем-то управляется[7]7
  Недаром А.А. Любищев [2004, с. 109] еще почти сто лет назад называл хромосому «маневренным построением». И еще 35 лет назад В.А. Кордюм [1982, с. 129] призывал понять роль добавочных В-хромосом в эволюции.


[Закрыть]. На это указывают разные обстоятельства, новейшее из которых таково: заражение мокрицы-броненосца Armadillidium vulgare геномом паразитической бактерии Wolbachia может приводить к существенным изменениям собственного генома мокрицы Это может быть как исчезновение у мокрицы половой хромосомы W, так и ее появление (birth) заново [Leclercq et al., 2016]. Словно бы вольбахия послана кем-то извне, дабы направить эволюцию данных мокриц[8]8
  Вольбахия удивительна и способами (их сразу три) изводить самцов у многих видов беспозвоночных, и созданием генетической несовместимости между популяциями одного вида [Горячева, 2003]. Ныне видно, что вольбахия может также возвращать самцов в репродуктивный строй, что еще более удивительно.


[Закрыть].

Это «извне» всё больше завладевает умами ученых, способных видеть больше, чем принято. Но извне ли на самом деле?

Зомби-паразитизм

Есть рачок Sacculina carcini (из подкласса усоногих раков), паразит крабов, который меняет их поведение, делая их рабами и лишая потомства (LR, том 12, с. 109). Теперь добавлю: изменение поведения жертвы (зомбирование) весьма обычно как посредством одноклеточного паразита [Webster, 2001] и паразитической личинки [Трухачев и др., 2005, и. 2.4], так и посредством гриба [Roy, 2006].

Всем известен гнездовой паразитизм кукушек, но само явление социального паразитизма гораздо шире (4-90, с. 122; 4-08, с. 242, 679–681).[9]9
  Все сокращения см, после оглавления,


[Закрыть]

Оно образует рефрен[10]10
  Т.е. параллельные ряды в различных группах, в каждом из которых есть направленность, а именно, нарастание глубины паразитизма.


[Закрыть], в котором крайние позиции рядов (изменение адаптивного поведения жертвы на самоубийственное) сами образуют обширный ряд. Налицо общезначимый феномен.

Суть его в том, что общим у членов ряда является только идея: паразит убивает жертву, предварительно заставив ее изменить обычное поведение на самоубийственное, обеспечивая паразиту комфорт, питание и размножение. Всё прочее может быть различным – систематическое положение участников, способы проникновения, способы повреждения, способы использования тела гибнущей жертвы и, главное – способы, какими зомбированная жертва ублажает паразита. Как это получается?

Ответ «путем отбора», нелепый даже для простых приспособлений (все попытки подтвердить его опытом провалились, и их не вспоминают – см. 4-08, п. 4-20), здесь просто не к месту, ибо объяснить надо, прежде всего, какими именно механизмами данная идея реализуется здесь и сейчас (как, например, личинка находит нужный ганглий жертвы и как обеспечивается не просто смена поведения жертвы, но нужная), а затем уж искать путь, каким это могло бы произойти.

Рис. 1. Плодовое тело гриба кордицепс однобокий, меняющего поведение муравья, всегда вырастает из его головы

Надо исследовать разнообразие явлений зомби-паразитизма, дабы выявить общее. Вот первый итог: 1) явление широко известно и бывает детально сходно в неродственных группах, 2) зомбирующий паразит (личинка) всегда намного проще, чем зомбируемый организм; 3) зомбирующий агент не обладает (как принято считать) никакой психикой; 4) зомбируется не только она, но и процессы внутри организма; 5) сопряжение потребностей[11]11
  А.Г. Зусмановский [1999], следуя П.В. Симонову (1987 г.) дал такое определение: «Потребность есть специфическая ‘"сущностная” сила живых организмов, обеспечившая их связь с внешней средой для самосохранения и саморазвития, источник активности в окружающей среде». О потребностях как факторе эволюции писали Э. Дарвин, Ламарк, Кропоткин [4-08, пи. 1-16, 1-17, 3-11] и другие.


[Закрыть] паразита и возможностей жертвы идет почти целиком за счет поведения жертв. Так, в иммунном примере паразит использует основное свойство иммунных клеток жертвы – облеплять паразита, подлежащего уничтожению. Предначертанная гибель паразита подобна гибели клеток организма., каковая нас не удивляет. Кстати: почему не удивляет? Только по привычке.

Неясности надо разъяснять вместе

Итак, природа умеет передавать из рода в род не только материальные свойства, но и идеи. Механизм этого непонятен, да и вряд ли может быть понят в нынешних научных рамках, ибо в них нет места исследованию ни передачи идеи, ни самого факта мышления вне развитого мозга. Эта непонятность служит большинству^ ученых оправданием пренебрежения самими фактами, что недопустимо, однако на деле более чем обычно (философы науки знают, что для сообщества ученых как целого факт не имеет значения, если нет объясняющей его схемы – 4-08, с. 119).

Известно, что камбала, мимикрируя, изображает на спинной стороне рисунок дна, не коем лежит. Положенная на шахматную доску, она рисует на спинной стороне некое ее подобие. Как рисунок передан через тело?

Рассмотрев ряд таких примеров, эволюционист А.Г. Зусмановский [2005] и несколько его коллег предлагали объяснить подобные процессы передачи информации посредством волн в электромагнитном поле.

Для создания рисунка это может быть и верно, но лишь пересказывает загадку, не более. А для управления онтогенезом явно нужно поле качественно более сложное. Однако поиск единого механизма для всех таинственных явлений разумен, на что и указывал Зусмановский.

И еще: в трех подсемействах семейства Termitidae, самого сложноорганизованного в отряде термитов, особи половой касты сами обламывают себе крылья, которые снабжены для этого бороздкой у основания. Каста лишена всех средств защиты, обычных у других каст, и почти целиком поедается [Брайен, 1986, с. 13, 25, 256].

Стоит сформулировать общее положение: неясности следует пытаться разъяснить все вместе (о нем см. [4-16, с. 92]).

Наоборот, прежде господствовавший принцип «каждое явление следует исследовать в его специфике» ничего не дал для понимания эволюции, кроме самоуспокоения тех, кому не нужна теория. Переходить к специфике разумно только после постановки исследуемого объекта в ряд и выяснения его общих свойств.

Несколько членов ряда «зомби-паразитизм» названо ранее (4-08, с. 679–680). Добавим к ниим разумное (без кавычек) поведение грибов [Roy, 2006; Tero…, 2010]. Отдельный вид (например, гриб, прорастающий сквозь тело муравья [Roy, 2006]) виделся биологам лишь как шутка природы, вполне расшифрованная, когда был найден и изучен яд, убивающий муравья. Даже тот факт, что пораженный муравей выбирает для умирания место, комфортное грибу для размножения, загадочным не казался. И лишь сравнение с другими примерами паразитизма обнаружило целый ряд сходств (ныне именуемый зомби-паразитизмом), и ряд открыл один из общих законов природы, требующий своего единого понимания. Закон, в свою очередь, есть пример разумного поведения коллектива, каковое ныне определяет проблематику социальной эволюции.

Еще важнее слизевой гриб физарум многоголовый – эта гигантская многоядерная клетка способна решать поисковые задачи. Биофизик Тосиюки Накагаки (Toshiyuki Nakagaki), открывший данное явление, был удостоин издевательской «шнобелевской премии», но вскоре слизевиком заинтересовались: гриб планирует дорожные сети (на рельефной карте) не хуже специалистов, но быстро и бесплатно [Тего…, 2010]. Гриб неожиданно оказался среди плановиков.

* * *

Как видим, вопрос о том, на каком этапе и уровне эволюции можно говорить о сознательном мышлении, совсем таинствен. Некоторые авторы уже сто лет назад предлагали решать такие загадки, вводя особое биополе, более сложное, чем известные поля. О нем см. пункт «Биополе» книги 4-08 на с. 192–195, а здесь отметим, что не следует путать его с силовыми полями – электростатическим (оно известно с Античности), магнитным (со Средних веков), гравитационным (осознано как поле при Исааке Ньютоне). Видимо, именно Ньютон понял, что все силовые поля – единый тип явления. 19-й век добавил физике электромагнитное поле, а 20-й – внутриатомные силовые поля и, в конце века, антигравитацию.

Наоборот, вольно используемое в биологии слово «биополе» силовым не является, его лучше назвать сигнальным. У полей всех типов общим является то, что взаимодействия неконтактны. О том поле, какое действует в онтогенезе, можно еще сказать, что оно кинетическое, т. е. является функцией не только исследуемой точки, но и ее скорости (но не динамическое, если ничего не известно о действующих здесь силах).

Кинетическое (притом механическое, без иных физических сил) понимание поля, формирующего ранний онтогенез, развито эмбриологом В.Г. Черданцевым. Он отстаивает ту фундаментальную мысль, что эмбриогенез – не столько чтение наследственной программы, сколько самоорганизация, причем смена ее характеристик и есть эволюция [Черданцев, 2003, с. 209 и др.]. Это, на мой взгляд, так и есть, однако оценивать книгу в целом не берусь, поскольку в ней вызывает сомнение чисто механическое и чисто клеточное понимание поля. А как же неклеточный онтогенез?

Черданцев описал полем самое раннее формообразование зародыша (до гаструлы включительно), но едва ли понятое так поле опишет органогенез. Уверение, что «сама форма должна заключать в себе информацию о своем развитии» (с. 17), верно для гаструлы, но не намного далее.

Одну старую эволюционную проблему метод Черданцева, на мой взгляд, всё же решает: почему способ дробления (самого раннего онтогенеза, с зиготы) никак не коррелирует с таксономическим положением типа (отдела) организмов? Потому, думаю, что в эпоху становления каждого типа способ дробления был определен режимом самоорганизации, каковой затем только и унаследован.

Отсюда и двинемся: что можно описать биополем и что каким именно? А что нельзя в принципе? Что тогда нужно вводить вместо поля или вдобавок к нему? Задача получается диатропическая, поскольку во всех случаях неясности, ради которых вводится понятие сигнального поля, налицо фрагмент диасети.

В каждом случае хорошо видны как рефрены, так и бьющая в них активность, притом удивительно сопряженная (например, самоубийственное поведение жертвы сопряжено с потребностями паразита). Общей между рядами одного рефрена в каждом таком случае является идея, и неважно, передается ли она от ряда к ряду или же возникает в каждом ряду независимо – оба варианта означают ее первичность, материальные же реализации ее вторичны (подчинены ей).

Ни в одном случае никакой схемы, где преобразование материи первично, тут предложить не удалось, отчего все случаи и выпали из рассмотрения. Исходя из принципа «неясности разъяснять все вместе», вспомним, где трудности те же, что в зомби-паразитизме.

Это, прежде всего, весь круг проблем цитоэтологии (учений о поведении клетки и ее частей), побуждающий говорить о внутриклеточном мышлении [Александров, 1970; 1975; Albrecht-Buehler, 1985; 1992] (выше, в сноске 1, приведен простейший пример внутриклеточного поведения – рост микротрубочки). Успехи молекулярной биологии здесь не продвигают науку ни на шаг. Как и сорок лет назад, к движениям внутри клетки приходится применять термин «поведение», столь они сложны и разумны. И, как и сорок лет назад, верно, что

«знание химических превращений веществ в клетке без знания [причин и механизмов] целенаправленных движений внутриклеточных структур не может привести нас к пониманию технологии “клеточного завода”» [Александров, 1975, с. 23].

Добавим сюда вольбахию и всё, что с ней связано, а также все примеры сродства – от химического до любовного.

Как и в прежних работах, далее в качестве главных сил эволюции рассмотрены активность и сопряжение; обоснованию их роли посвящена книга 4-08. Активность (о ней и ее роли пишут часто; см., например: [Воронов, 2009]) выступает в эволюции в самых различных формах, из которых раньше у меня были указаны актиреф и эффект группы.