Эволюция всего

Опасность идеи Чарльза Дарвина заключалась в том, что она полностью изъяла из биологии понятие разумного замысла и заменила его механизмом, создающим «организованную сложность… из первозданной простоты» (как выразился Ричард Докинз). Структура и функция изменяются малюсенькими шагами, и изменения эти не преследуют никакой цели. Этот процесс «столь же медленен, сколь и бездумен» (Д. Деннет). Никакие живые существа не создавались для того, чтобы видеть, однако в ходе эволюции появились глаза, дающие животным зрение. В природе действительно реализуется функциональная адаптация (вполне справедливо утверждать, что глаза выполняют определенную функцию), но у нас просто нет подходящих терминов, чтобы описать функцию, возникающую на основании обзора прошлого, а не на основании планирования и размышления. Дарвин считал, что глаза возникли по той причине, что уже существовавшие ранее примитивные глаза помогали их владельцам выживать и размножаться, а не потому, что кто-то решил реализовать эту функцию. Мы привыкли оперировать фразами, подразумевающими «нисходящий», направленный характер изменений. Глаза нужны, «чтобы видеть». У нас есть глаза, «поэтому» мы можем видеть; зрение для глаз – то же, что печатание для компьютерной клавиатуры. В языке и в его метафорах до сих пор сохранились «небесные крюки».
Дарвин соглашался с тем, что эволюция глаз – сложная тема. В 1860 г. он писал ботанику Азе Грею: «Глаз до сих пор повергает меня в дрожь, но, когда я думаю об известных промежуточных стадиях, разум говорит мне, что я должен ее преодолеть». В 1871 г. в книге «О происхождении видов» он писал: «В высшей степени абсурдным, откровенно говоря, может показаться предположение, что путем естественного отбора мог образоваться глаз со всеми его неподражаемыми изобретениями для регуляции фокусного расстояния, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию» [12].
Но далее он писал, как объяснить этот «абсурд». Прежде всего, то же самое можно было сказать о выводах Коперника. Здравый смысл подсказывает, что мир неподвижен, а вращается Солнце. Однако можно допустить «существование многочисленных градаций от простого и несовершенного глаза к глазу сложному и совершенному, причем каждая ступень полезна для ее обладателя». И если в живой природе существуют такие градации, а это не подлежит сомнению, то нет причин отказываться от идеи естественного отбора, хотя она и «непреодолима для нашего воображения». Что-то похожее Дарвин уже утверждал за 27 лет до этого в первом неопубликованном эссе о естественном отборе: глаз, возможно, возник в результате «постепенного отбора слабых, но в каждом случае полезных изменений». На полях в этом месте скептически настроенная жена Дарвина Эмма оставила пометку «серьезное допущение».
Оптический мир
Теперь мы знаем, что именно так и происходит. Каждое маленькое изменение действительно полезно для его обладателя, поскольку все эти промежуточные стадии существуют до сих пор и по-прежнему полезны. Каждый вариант глаза – незначительное усовершенствование предыдущего варианта. Светочувствительное пятно на коже позволяет морским блюдечкам определять, где верх, где низ; светочувствительные глазки туррид (брюхоногих моллюсков) помогают обнаружить источник света; при хорошем освещении группа светочувствительных клеток позволяет наутилусу фокусировать простое изображение; простейший хрусталик улитки мурекс формирует изображение даже при слабом освещении; приспосабливаемый хрусталик и диафрагма глаза осьминога позволяют животному различать мельчайшие подробности (изобретение хрусталика объяснить легко, поскольку любая прозрачная ткань может выполнять функцию преломляющей линзы глаза). Таким образом, даже среди моллюсков обнаружено множество стадий развития глаза, причем каждое новое изобретение полезно для его обладателя. Так что несложно вообразить, что предки осьминога последовательно владели всеми этими типами глаз.
 
Ричард Докинз сравнивает прохождение через эти стадии с восхождением на гору («Гору Невероятного») без единого непреодолимого подъема. На горы взбираются снизу. И Докинз демонстрирует существование множества таких «гор» – разного типа глаз у разных животных, от составных глаз насекомых до многочисленных и странных глаз пауков – на разных стадиях эволюции. Компьютерные модели подтверждают, что ни один из этих вариантов не являлся недостатком.
Более того, оцифровка биологических данных, начавшаяся с открытием ДНК, предоставляет прямые и недвусмысленные доказательства постепенной эволюции за счет непрерывных изменений последовательностей генов. Например, мы знаем, что один и тот же ген Pax6 запускает развитие составного глаза насекомого и простого глаза человека. Эти два типа глаз были унаследованы нами от общего предка. Другая версия гена Pax направляет развитие простого глаза медузы. Эволюцию белка опсина, реагирующего с проникающими в глаз световыми лучами, можно проследить вплоть до общего предка всех животных, за исключением губки. Примерно 700 млн лет назад ген опсина был дважды дуплицирован, в результате чего возникли три типа светочувствительных молекул, которые имеются у нас сегодня. Таким образом, каждая стадия эволюции глаза – от формирования светочувствительных молекул до появления хрусталика и цветового зрения – отражена в генах. Никогда сложные научные проблемы не решались так полно и выразительно, как загадка Дарвина о появлении глаза. Не дрожи больше, Чарльз!
Астрономическая невероятность?
В ДНК обнаружены убедительные доказательства постепенного и ненаправленного формирования молекулы опсина в процессе последовательных изменений. Однако остаются загадки математического плана. Молекула опсина состоит из сотен аминокислотных остатков, последовательность которых определяется соответствующим геном. Если бы кто-то захотел найти такую последовательность гена опсина методом проб и ошибок, понадобилось бы очень много времени или очень много рабочих рук. Учитывая, что белки состоят из 20 типов аминокислот, молекула белка из сотни аминокислотных остатков может существовать в виде 10130 различных последовательностей. Это намного больше, чем число атомов во Вселенной и чем время в наносекундах, прошедшее после Большого взрыва. Так что невозможно, чтобы естественный отбор привел к возникновению молекулы опсина с нуля, как бы долго он ни работал с каким угодно количеством организмов. А опсин – лишь один из десятков тысяч белков организма.
Скажете, это очередное отклонение Лукреция? И приходится заключить, что комбинаторное разнообразие возможных белков не позволяет эволюции выбрать правильные? Нет, нет и нет. Мы знаем, что все человеческие изобретения редко возникают «из ничего» и что переход от старой технологии к новой, «уже возможной», происходит за счет рекомбинации существующих элементов. Таким образом, этот переход осуществляется за счет небольших постепенных изменений. То же самое справедливо для естественного отбора. Так что математика ведет нас по ложному следу. Часто в качестве аналогии приводят сборку самолета: «Боинг-747» не может возникнуть под действием смерча на свалке металлолома, его собирают, присоединяя новые заклепки к существующей конструкции. Одно важное открытие позволяет лучше понять задачу естественного отбора.
Несколько лет назад в лаборатории Цюриха Андреас Вагнер попросил студента Жоао Родригеса проанализировать степень изменения карты различных метаболических сетей при изменении всего одной метаболической стадии, используя для этого мощнейшую компьютерную систему. В качестве объекта исследований был выбран метаболизм глюкозы у обычной кишечной бактерии. Задача исследователя заключалась в изменении одной стадии всей метаболической цепи таким образом, чтобы система по-прежнему работала, то есть бактерия по-прежнему могла производить из глюкозы примерно 60 различных соединений. Так что же можно изменить? В различных организмах существуют тысячи путей метаболизма глюкозы. Сколько из них различаются всего на одну стадию? В первой серии экспериментов Родригес обнаружил, что может изменить 80 % стадий в тысяче различных метаболических путей (всегда изменяя за один раз лишь одну стадию и сохраняя при этом функциональность всей системы). «Когда Жоао показал мне результаты, я не поверил, – писал Вагнер. – Решив, что это чистая случайность, я попросил Жоао произвести множество других случайных замен, тысячу замен, каждый раз сохраняя суть метаболического процесса и каждый раз в ином направлении». Тот же результат.