Созерцай непрестанно, как все становящееся становится в превращениях, и привыкай сознавать, что природа целого ничего не любит так, как превращать сущее, производя молодое, подобное старому.
Первое издание книги "О происхождении видов" Дарвин закончил словами, которые стали, возможно, самой известной цитатой в биологии:
Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала возникло и продолжает возникать бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.
К этой фразе Дарвин шел двадцать лет. В более ранних набросках, составленных в 1842 и 1844 годах, но так никогда и не опубликованных, эта фраза была длиннее и звучала по-другому. В версии 1842 года читаем:
Есть простое величие в этом воззрении, по которому жизнь, с ее способностью к росту, ассимиляции и воспроизведению, была первоначально придана материи в одной или нескольких формах; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам, а земля и вода в циклическом процессе сменяют друг друга, из такой простой формы в результате постепенного отбора бесконечно малых изменений возникло бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.
В 1844 году Дарвин заменил в этой фразе несколько слов, но основные изменения произошли при подготовке книги к публикации в 1859 году. Дарвин удалил выражение "в результате постепенного отбора бесконечно малых изменений" и сжал всю фразу таким образом, что она приобрела более простое и более поэтическое звучание.
Слова "бесконечное число самых прекрасных форм", оставшиеся неизменными на протяжении всех версий и изданий книги, я выбрал в качестве заглавия всей книги и темы заключительной главы. В этой фразе отражается суть новой науки эво-дево. Я хочу поговорить о том, как возможности эво-дево расширяют эволюционное видение мира, позволяют лучше понять, как происходила и происходит эволюция дарвиновских бесконечных форм, а также расширяют и углубляют основания эволюционной теории.
Мой издатель предупредил, что у меня нет двадцати лет на подбор нужных слов, да и сам я не надеялся определить суть новой дисциплины столь же безупречным слогом, как Дарвин. Тем не менее я попытаюсь сформулировать четыре основных тезиса, отражающих вклад эво-дево в биологию.
Во-первых, появление эво-дево ознаменовало третий важнейший этап в продолжающемся эволюционном синтезе. Эво-дево не только привнесла в синтетическую теорию эволюции важнейшую недостающую деталь — эмбриологию — и не только объединила ее с молекулярной генетикой и традиционными науками, такими как палеонтология. Совершенно неожиданная природа некоторых открытий эво-дево и беспрецедентное качество и глубина предоставляемых ею доказательств, которые помогают в решении прежде неразрешимых вопросов, позволяют назвать ее поистине революционной.
Во-вторых, эво-дево открывает новые возможности для более эффективного преподавания основных принципов эволюционной биологии. Когда мы фокусируемся на драматическом процессе эволюции формы и видим, как изменения в процессе развития и в отдельных генах обеспечивают эту эволюцию, нам становятся понятны глубокие закономерности, лежащие в основе единства и разнообразия жизни. Более того, наблюдаемые картины экспрессии генов у эмбрионов и неизменность списка генов развития у разных видов позволяют проиллюстрировать эволюционные концепции гораздо более наглядно, чем это делалось прежде, в рамках более абстрактного подхода.
В-третьих, поскольку эво-дево столь наглядным образом выявляет и демонстрирует эволюционные принципы и ход эволюционного процесса, она играет ключевую роль в борьбе за возможность преподавания эволюционной биологии.
Наконец, в-четвертых, эволюционная биология — это не просто философские рассуждения. Судьба бесконечных форм Природы, включая человека, зависит от более глубокого понимания влияния самого человека на эволюцию.
Эво-дево — краеугольный камень "самого современного" синтеза
По-моему, эмбриология предоставляет самый сильный набор фактов в пользу изменения формы, но ни один из моих критиков, я полагаю, не упомянул об этом.
Чарльз Дарвин
Из письма Азе Грею,
10 сентября 1860 года
Приведенная цитата показывает, что данные эмбриологии всегда составляли неотъемлемую часть доказательств в пользу эволюции и происхождения видов от общего предка. Задача ученых на протяжении 100 лет, прошедших со времен Дарвина, заключалась в том, чтобы объяснить, как меняется эмбрион (и, таким образом, развивающаяся из него взрослая форма). Теория современного синтеза (синтетическая теория эволюции, СТЭ) добавила в поддержку эволюции данные генетики, однако генетики того времени ограничивались изучением небольших внутривидовых вариаций и не знали химической природы гена (т.е. ДНК), не говоря уже о влиянии генов на форму. Важнейшее достижение синтетической теории эволюции состоит в том, что она связала между собой палеонтологические представления о так называемой макроэволюции, или эволюции на надвидовом уровне, с генетическими представлениями о микроэволюции, или внутривидовой изменчивости. СТЭ постулировала, что значительные изменения формы, которые мы наблюдаем в палеонтологической летописи, можно объяснить естественным отбором, действующим на протяжении длительного времени, а материалом для него служат небольшие генетические изменения, являющиеся источником внутривидовой изменчивости. Это была экстраполяция, по поводу которой в научной среде существовал консенсус, но на самом деле никто не знал, одинаковые ли генетические механизмы отвечают за крупномасштабные изменения и за небольшие внутривидовые вариации. Ничего не было известно о том, каким образом гены влияют на форму, какие гены определяют эволюцию формы и какого рода изменения генов отвечают за эволюцию. Более того, когда структура ДНК и белков была расшифрована, среди создателей и сторонников современного синтеза возобладала точка зрения, что случайные мутации и естественный отбор так сильно нарушают последовательности ДНК и белков, что гомологичные гены могут сохраняться лишь у близкородственных видов. Почти все, о чем я рассказал в предыдущих главах, было открыто за последние двадцать лет. Выводы, сделанные на основании этих открытий, не просто заполнили огромный пробел в нашем понимании эволюционного процесса, но заставили биологов совершенно иначе взглянуть на эволюцию формы. Вы смогли убедиться, что именно различия в способах использования древних генов развития задали основные направления эволюции формы у самых разных животных — от Urbilateria до Homo sapiens. В этой главе я расскажу о том, как эти новые данные повлияли на судьбу основных концепций эволюционной биологии: какие из этих концепций получили дальнейшее развитие и были приведены в более четкую и ясную форму, а какие были пересмотрены.
О происхождении и модификации
Первое и, пожалуй, самое неожиданное открытие эво-дево заключается в древнем происхождении генов, задействованных в формировании всех животных, независимо от их строения (главы 3 и 6). Никто не мог предположить, что совершенно разные животные создаются с помощью очень похожих наборов белков — продуктов генов развития. Результаты этого открытия очень важные и многоплановые.
Во-первых, это совершенно новое и мощное доказательство одной из важнейших идей Дарвина — о происхождении всех животных от одного или лишь нескольких общих предков. Наличие общего набора генов развития указывает на глубокую связь между разными таксономическими группами, которую нельзя было увидеть раньше из-за выраженных морфологических различий между ними.
Во-вторых, тот факт, что такие структуры как глаза, сердца или конечности (структуры, про которые считалось, что разные животные изобрели их независимо друг от друга) имеют общие генетические ингредиенты, контролирующие их развитие, заставил нас полностью пересмотреть наши представления о создании сложных структур. Оказывается, глаза, сердца и конечности не изобретались каждый раз заново, а эволюционировали за счет древних регуляторных сетей под управлением одних и тех же генов развития (глава 3). Отдельные фрагменты этих сетей можно проследить до общего предка всех билатерий (Urbilateria) и еще более ранних форм (глава 6).
В-третьих, уходящая далеко в прошлое история набора генов развития говорит о том, что появление этих генов не было пусковым механизмом эволюции. Набор генов развития билатерий сформировался еще до начала кембрия (глава 6), набор генов развития млекопитающих появился еще до начала быстрой диверсификации этой группы в четвертичном периоде, а гены развития человека существовали задолго до появления человекообразных обезьян и других приматов (глава 10). Очевидно, что сами по себе гены не являются двигателями эволюции. Их наличие только обеспечивает возможность эволюции, а реализуется эта возможность за счет экологических механизмов.
О сложности и разнообразии
В книге я уделил много внимания модульному строению животных, состоящих из сериально повторяющихся элементов, а также эволюционной тенденции постепенной специализации этих элементов (глава 1). Модульность — ключ к созданию сложных структур и к разнообразию. Сложность строения животных выражается в наличии множества различных физических структур (клеток, органов, конечностей). Сложность возрастала со временем и в отдельных группах за счет специализации повторяющихся элементов и возникновения новых типов элементов. Усложнение строения членистоногих и позвоночных происходило сходным образом. Мы видели, что использование разных Hox-генов в сериально повторяющихся структурах привело к различиям формы и функции структур у членистоногих и позвоночных. Процветание этих групп животных — следствие гибкости систем, управляющих действием Hox-генов, что позволило одним структурам развиваться вне зависимости от других.
К пониманию того, каким образом достигается подобная независимость развития и, следовательно, сложность и разнообразие организмов, ученые пришли в результате изучения свойств генетических переключателей (глава 5). Поскольку гены управляются многими независимыми переключателями, в результате отбора сохраняются такие мутации переключателей, которые не влияют на другие переключатели и функционирование белка в других участках. Эволюционные изменения переключателей стали причиной сдвига зон экспрессии Hox-генов, с чем связаны различия в строении тела разных животных (глава 6), специфические различия одних и тех же структур у различных животных (главы 7 и 8), а также возникновение и модификация новых элементов (глава 8). Ключ к созданию "бесконечного числа" форм (т.е. биоразнообразия) заключается в невероятном количестве возможных комбинаций регуляторных сигналов и переключателей. Переключатели интегрируют сигналы из разных участков тела, от разных клеток и тканей в разные периоды развития. Любой из параметров может быть изменен путем добавления, изъятия или тонкой настройки поступающих к переключателю сигналов. Более того, в ходе эволюции количество переключателей может уменьшаться или увеличиваться. Даже при наличии ограниченного набора генов развития количество возможных комбинаций невероятно велико.
Реализуется этот потенциал, конечно же, под действием естественного отбора. Не все пути используются, не все возможные формы реализуются. Тем не менее до наших дней дошло около 17 000 вариантов узора на крыльях бабочек и не менее 300 000 видов жуков, нас окружают самые разнообразные по размеру, форме и окраске млекопитающие и множество морских животных с удивительными туловищами и раковинами. Миллионы видов животных, населяющих нашу планету сегодня, по некоторым оценкам составляют не более 1% всех видов, живших на Земле за последние 500 млн лет. Нам известно и о многих исчезнувших животных, таких как динозавры, трилобиты, причудливые создания кембрийского периода, а также больше десятка гоминин. Вся эта сложность и разнообразие появились благодаря невероятным комбинаторным возможностям генов развития и их специфических переключателей.
О новшествах
Мы видели, что насекомые, птерозавры, птицы и летучие мыши не изобретали "генов крыла" (глава 7), бабочки не изобретали "генов пятен" (глава 8), а люди не изобретали "генов двуногости" или "генов речи" (глава 10). Новшества, возникшие во всех этих группах животных, стали результатом модификации ранее существовавших структур и обучения старых генов новым приемам.
Генетическая основа новшеств — многофункциональность генов развития. Эта многофункциональность возникает оттого, что гены развития могут включаться в разное время и в разных местах при помощи генетических переключателей. Такие белки, как Distal-less, в одно время участвуют в формировании конечностей, а в другое — в формировании пятен-глазков на крыльях бабочки. Белок в обоих случаях один и тот же, а его функция меняется за счет того, что он действует на разные переключатели в разном контексте.
На уровне анатомии многофункциональность и избыточность — ключевые свойства структур, позволяющие понять механизм их эволюционных изменений. Это особенно хорошо видно на примере членистоногих, у которых передача какой-то функции (например, добычи пищи) одной паре из целого ряда идентичных конечностей привела к освобождению остальных конечностей для освоения других функций (ходьба, плавание и др.). Таким же образом, жаберные ветви конечностей водных предков членистоногих превратились в жаберные книжки, легочные мешки, трубчатые трахеи, паутинные бородавки и крылья.
Наука эво-дево позволила обнаружить непрерывный переход между формами, который был замаскирован или насчет которого мы не могли быть уверены, основываясь только на их внешнем виде. Демонстрируя сходства в развитии разных структур, эво-дево представляет новый класс более надежных доказательств, чем те, что основаны исключительно на морфологии. Это новое видение эволюции новшеств помогает понять самые сложные для восприятия идеи Дарвина.
История развития сложных структур также показывает, как происходила эволюция "бесконечного числа форм" за счет повторения цикла изобретение/распространение. Новые структуры открывают новые возможности для появления новых жизненных стратегий. Появление крыльев привело к эволюции стрекоз и поденок, бабочек и жуков, блох и мух и т.д. Распространению этих групп, в свою очередь, способствовали дальнейшие модификации крыльев и туловища: окраска чешуек на крыльях у мотыльков и бабочек, жесткие надкрылья жуков, сложные задние крылья мух.
Почему для инноваций чаще используются уже существующие структуры и гены? Все дело в вероятности. Вариации существующих структур и генов появляются чаще, чем новые структуры или гены, поэтому они более доступны для действия естественного отбора. По меткому замечанию Франсуа Жакоба, природа, подобно ремесленнику, работает с имеющимся материалом, а не изобретает, как инженер-проектировщик. Крылья возникли не с нуля, а стали результатом модификации жаберных ветвей конечностей (у насекомых) или передних конечностей (у трех групп животных). Эволюция следует наиболее доступным и, следовательно, наиболее часто повторяющимся путем.
Методы эво-дево позволили обнаружить, что эволюция может воспроизводить и воспроизводит саму себя на уровне структур и форм, а также на уровне индивидуальных генов. Если эволюция выбирает наиболее вероятный путь, основанный на уже существующих структурах и генах, то, сталкиваясь с давлением сходных векторов отбора, разные виды могут формировать сходные адаптации. Мы увидели это на примерах эволюции ротового аппарата ракообразных (глава 6), уменьшения брюшного шипа у трехиглой колюшки (глава 7) и в других случаях модификации конечностей у позвоночных. Мы убедились также, что меланистическая окраска шерсти или перьев у различных животных и птиц может возникать в результате мутации одного и того же гена и даже одного и того же нуклеотида этого гена (глава 9).
Повторяемость эволюционных событий помогает справиться с непониманием роли случайных мутаций в эволюции. Кому-то трудно представить, что новизна и сложность могут быть результатом "случайного процесса". Объяснение заключается в том, что, хотя генерация генетических вариаций за счет мутаций является совершенно случайным процессом, отсев неблагоприятных вариантов осуществляется при помощи мощного и совсем не случайного отбора. Все пары оснований из сотен миллионов или миллиардов, существующих в геноме животного, в одинаковой степени подвержены ошибкам копирования или физическим повреждениям, которые вызывают мутации. Но лишь небольшая часть мутаций может заметно изменить цвет меха млекопитающего или длину плавника рыбы, не приводя к катастрофическим последствиям для всего организма. В больших популяциях животных со временем такие мутации возникают просто в силу вероятности. Когда это происходит, положительный естественный отбор способствует их постепенному распространению.
Жак Моно отразил связь случайности мутаций и строгости отбора в заглавии своей знаменитой книги "Случайность и необходимость" (Моно использовал известные слова греческого философа Демокрита: "Все, что существует во Вселенной, является плодом случайности и необходимости"). Для эволюции нужна случайность, но в случайной лотерее мутаций некоторые варианты и их комбинации лучше соответствуют требованиям экологической необходимости, и поэтому они возникают и поддерживаются отбором неоднократно.
Однако в случае с мешотчатыми прыгунами мы видели, что один и тот же вид может решать проблему адаптации разными путями. Передние лапы птерозавров, птиц и летучих мышей превратились в крылья, но процесс превращения шел принципиально разными путями. Сходные экологические условия и возможности способствуют появлению одинаковых адаптаций, но пути развития этих адаптаций иногда различаются в деталях.
Выявляя механизмы изменений на уровнях развития и генетики, эво-дево позволяет сравнить между собой пути эволюции разных групп. Благодаря этому мы наконец можем подступиться к решению таких старинных загадок, как мимикрия Бейтса у бабочек, меланизм мотыльков и даже эволюция формы и размера клюва вьюрков. Вскоре мы получим полное представление о многих классических случаях действия отбора и поймем, как возникают вариации и как они отбираются.
О микроэволюции и макроэволюции
Создатели теории современного синтеза объединили разные научные направления, утверждая, что с помощью механизмов, действующих на уровне популяций и видов, можно объяснить более значительные изменения, происходящие на временах геологической шкалы. Однако в прошлом столетии неоднократно высказывалась идея о том, что изменения формы могут быть связаны с редчайшими специфическими мутациями, которые, к примеру, строго определенным образом изменяют гомеозисные гены. Если эта идея верна, экстраполяция, предложенная современным синтезом, перестает работать. На протяжении полусотни лет с момента появления теории современного синтеза ученым не удавалось избавиться от призрака "перспективного монстра", и только доказательства, представленные эво-дево, полностью развеяли его.
Эволюция гомеозисных генов и контролируемых ими признаков имела очень большое значение, но она осуществлялась за счет тех же мутаций и изменчивости, которые обычно появляются в популяциях. Постоянство последовательностей Hox-генов и других генов развития на протяжении 500 млн лет говорит о том, что давление отбора, направленное на сохранение белковых продуктов этих генов, было не менее интенсивным, чем в случае каких-либо других классов молекул. Эволюция формы обычно основана не на изменениях самих генов, а на изменениях их переключателей — от переключателей Hox-генов до переключателей простых ферментов, участвующих в синтезе пигментов. Постоянство набора генов развития и ряда анатомических структур на протяжении длительного времени говорит о том, что для объяснения крупномасштабных изменений не нужно привлекать очень редкие или специальные механизмы. Экстраполяция от незначительных вариаций к значительным эволюционным изменениям вполне оправдана. Эво-дево доказывает, что макроэволюция является продуктом микроэволюции.
Эво-дево и преподавание теории эволюции
Мало что знаю об истории, Мало что знаю о биологии, Мало что знаю о научных книгах
В преподавании теории эволюции есть две сложности. Первая заключается в том, что это обширный предмет, который постоянно меняется и включает в себя много других дисциплин. Вторая сложность связана с открытым противодействием некоторых (далеко не всех!) религиозных организаций, особенно в США. Сначала я расскажу о том, как эво-дево может помочь в освоении теории эволюции широкой публикой, а затем о том, что она может сообщить оппонентам теории эволюции.
Общий уровень понимания теории эволюции в США чрезвычайно низкий. В исследовании с участием жителей 21 страны по экологической и научной тематике американцы оказались на последнем месте в вопросе о происхождении человека. Участников спрашивали, верно ли, что люди произошли от древних животных. Для ответа нужно было использовать следующую шкалу: 1 — абсолютно верно, 2 — скорее всего, верно, 3 — скорее всего, неверно, 4 — абсолютно неверно. Результаты таковы:
Восточная Германия 1,86
Япония 1,89
Чехия 2,04
Западная Германия 2.08
Великобритания 2,18
Болгария 2,28
Норвегия 2,43
Канада 2,45
Испания 2,45
Венгрия 2,50
Италия 2,51
Словения 2,51
Новая Зеландия 2,54
Израиль 2,66
Голландия 2,67
Ирландия 2,70
Филиппины 2,75
Россия 2,80
Северная Ирландия 2,99
Польша 3,06
США 3,22
Будем оптимистами и скажем, что Америке есть к чему стремиться.
Другой опрос, проведенный Национальным советом по делам науки США в 1996 году, показал, что 32% американцев согласны с заявлением, что первые люди жили в одно время с динозаврами, а 20% не смогли ответить на этот вопрос.
В соревновании между Флинстоунами[16] с одной стороны и Дарвином, Гексли и системой образования самой процветающей, мощной и технологически развитой нации с дугой Флинстоуны одержали победу со счетом 2:0.
Это позорное невежество я бы приравнял к незнанию собственной истории и конституции или истоков западной цивилизации. Эти темы считаются азбучными, их преподают и повторяют из класса в класс. То же самое должно относиться к биологии и к наукам о жизни, основой которых является эволюция. Но статистика рисует пугающую картину.
Эта довольно неприятная ситуация отражается и в других цифрах, характеризующих научную и математическую грамотность американцев, так что ответственность, вероятно, лежит на многих. На эту тему написано множество книг, специальные организации занимаются изучением проблемы научной безграмотности и ее причинами, так что я не буду тыкать пальцем в виновников. Единственный выход из создавшегося положения — просвещение. Поэтому лучше поговорим о том, что биологи и их союзники среди преподавателей всех уровней могут сделать для исправления ситуации, особенно в отношении теории эволюции.
В первую очередь необходимо настойчиво разъяснять, что теория эволюции — не просто раздел биологии, а фундамент всей этой отрасли знания. Биологию без теории эволюции можно сравнить с физикой без теории гравитации. Как нельзя объяснить структуру Вселенной, движение планет и спутников или приливы и отливы исключительно с помощью измерений, так нельзя объяснить биологию человека или биоразнообразие на нашей планете путем соединения тысяч отдельных фактов. Эволюция должна стать центральной объединяющей темой всех общих курсов и учебников по биологии.
Эво-дево может дополнить научную основу новыми, реальными, убедительными примерами. С момента возникновения современного синтеза эволюционный процесс обычно объясняли с помощью механизмов микроэволюции. Миллионам изучающих биологию говорили, что "эволюция — это изменение частоты встречаемости генов" (это подход популяционной генетики). Вдохновляет, не правда ли? Такой подход подразумевает использование математического аппарата и абстрактного описания генов, но уводит от бабочек и зебр или австралопитеков и неандертальцев.
Эволюция формы — главная тема в истории жизни на Земле, и отражается она как в окаменелостях, так и в биоразнообразии современных видов. Так давайте рассказывать об этом. Вместо "изменение частоты встречаемости генов" давайте скажем "эволюция формы — это результат изменения развития". Это в какой-то степени возврат к временам Дарвина и Гексли, когда эмбриология играла ключевую роль в развитии эволюционной мысли. Эмбриологический уклон в преподавании теории эволюции имеет несколько преимуществ.
Во-первых, от понимания того, как формируются сложные структуры при превращении яйца во взрослый организм, легко перейти к пониманию того, как накопление небольших изменений на протяжении длительного времени приводит к появлению все более разнообразных форм.
Во-вторых, мы теперь хорошо понимаем, как осуществляется контроль развития. Мы можем объяснить, что белки генов развития контролируют форму тела, что набор генов развития одинаковый у всех животных и что различия в форме определяются способом использования этих генов. Принцип происхождения новых признаков путем модификаций (развития) стал абсолютно ясен.
В-третьих, следует отметить огромное практическое преимущество видимых доказательств, предлагаемых эво-дево. Китайская пословица "лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать", которую я уже цитировал, особенно справедлива для обучения. Можно научить гораздо большему, комбинируя изображение и текст. Покажите студентам эмбрионы, кластеры Hox-генов, полоски, пятна и всю красоту создания формы животного. Эволюционная концепция сформируется сама собой.
Четвертое преимущество такого подхода в том, что он гораздо ближе сводит генетику и палеонтологию. Для детей динозавры и трилобиты — визитная карточка эволюции, большинство при виде их приходит в восторг. Покажите детям место этих существ на эволюционном древе от кембрийского периода до настоящих дней, и история жизни станет намного наглядней. Мир и вправду станет удивительным, если каждый школьник сможет в классе не только услышать об окаменелостях, но не раз подержать их в руках.
Я хотел бы внести еще несколько предложений. Чаще всего естественный отбор преподносят как что-то вроде сказки Киплинга про адаптацию: клювы вьюрков изменились потому, что пища стала другой, мотыльки потемнели из-за загрязнения воздуха и т.д. Но мне не кажется, что все хорошо представляют себе силу отбора небольших изменений, происходящего на протяжении сотен или тысяч поколений. Часто повторяемое выражение "выживает сильнейший" лучше описывает бой гладиаторов, чем тонкую работу естественного отбора, различающего едва заметные преимущества в выживаемости и плодовитости. Распространение благоприятных мутаций легко смоделировать и проиллюстрировать, и это помогает оценить временные рамки эволюционного процесса.
Наконец, на университетском уровне эволюционная концепция развития жизни должна стать такой же обязательной дисциплиной, как начальный курс психологии или история западной цивилизации. Но вместо того чтобы заставлять студентов заучивать и переваривать горы фактов, лучше рассказать им об истории открытия эволюции, о ее основных идеях и доказательствах. Это принесет гораздо больше пользы в повышении общего уровня информированности населения и в подготовке будущих преподавателей, чем заучивание латинских названий таксонов. Обучение не должно навевать скуку. Красочная история эволюции жизни поможет привлечь внимание студентов.
Однако кроме содержания программы и методов обучения, преподавание теории эволюции сталкивается еще с одной проблемой, особенно в США. Сейчас я об этом расскажу. Но даже вне контекста этой проблемы мы можем и должны работать лучше.
Эво-дево и противостояние эволюционной теории и креационизма
Тот, кому дорого дело, должен уметь вступаться за него, иначе он недостоин проявлять себя ни в чем.
За время, прошедшее между выходом первого и второго издания книги "О происхождении видов", Дарвин изменил уже процитированную мной заключительную фразу, включив в нее слово "Творец". Позднее в письме ботанику Дж. Д. Хукеру он писал, что сожалеет об этом: "Но я долго сожалел о том, что в угоду публике использовал понятие о творении из Пятикнижия, под которым я в действительности понимал «появление» в результате какого-то неизвестного нам процесса".
Дарвин внес это исправление, чтобы усмирить критиков и сделать эволюционную теорию более приемлемой для публики. Это, безусловно, стало источником дополнительных спекуляций относительно истинных религиозных взглядов Дарвина. Однако эта оливковая ветвь, протянутая Дарвиным, его сдержанность в высказывании своих истинных воззрений (которые на самом деле становятся понятны только из его частной переписки и неопубликованных записок) позволила примирить теорию эволюции с религией.
Многие ученые и религиозные организации сумели соединить одно с другим. Например, в 1996 году Папа Римский Иоанн Павел II высказал позицию католической церкви о том, что человеческое тело эволюционирует в ходе естественных процессов. Более того, он отметил рост числа доказательств эволюции и назвал ее "больше, чем гипотезой". Нужно сказать, что это высказывание папы, вообще говоря, является отражением давнишней позиции римской католической церкви. Меня в свое время познакомили с Дарвином и теорией эволюции облаченные саном учителя из школы Св. Франциска в Толидо. Заявление главы самой крупной христианской конфессии, для которой характерно чрезвычайно медленное признание научных достижений, может означать окончательный поворот в восприятии эволюционной теории. Но хотя некоторые конфессии ясно выразились в поддержку теории биологической эволюции, фундаменталисты, настаивающие на буквальном прочтении Библии (так называемые "креационисты"), продолжают опровергать эволюционное учение и рьяно настаивают на законодательном запрете преподавания теории эволюции в государственных школах.
Гете также принадлежит высказывание: "нет ничего страшнее деятельного невежества", и именно это относится к тем заблудшим душам, которых еще осталось переубедить. Я хочу обозначить свою позицию предельно четко. Я считаю, что просвещению в области эволюции и науки вообще гораздо больше способствует распространение научного подхода и знаний, чем нападки на религиозное мировоззрение. Последнее абсолютно бессмысленно. Более того, я уверен, и к этому выводу уже пришли представители многих конфессий, что для религии, в свою очередь, гораздо важнее развивать и распространять собственную теорию и теологию, чем нападать на науку. Последнее и в этом случае является проигрышной стратегией.
Чарльз Харпер, исполнительный директор фонда Джона Темплтона, который занимается связями между теологией и религией, недавно написал в ведущем научном журнале Nature: "По мере накопления научных знаний религиозные представления, заполняющие «пробелы» в научном мировоззрении, неизбежно исчезнут, поскольку эти пробелы закроются. Те христиане, которые сейчас противятся принятию эволюционной теории, будут вынуждены принять ее всерьез". Харпер прав. В наши дни, когда мы так далеко продвинулись в изучении эмбрионов, генов и геномов и получаем все новые и новые данные ископаемой летописи, эти пробелы стремительно исчезают.
Как пример неверия в возможность заполнения таких пробелов можно привести случай с Майклом Бехе, который в 1996 году опубликовал книгу "Черный ящик Дарвина: биохимические проблемы эволюции". Эта книга, написанная авторитетным ученым, была воспринята креационистами как дар небес. Но основное утверждение Бехе о том, что живая клетка представляет собой неделимую сложную единицу, — не имеет смысла. Бехе рассчитывал, что биология зайдет в тупик, пытаясь объяснить сложные явления через молекулярные процессы. И присоединился к длинной череде предсказателей, чьи пессимистические прогнозы были полностью опровергнуты революцией в науках о жизни.
Биолог Скотт Гилберт из Суортморского колледжа в Пенсильвании, составивший программу преподавания биологии развития в этом колледже, а также известный историк эмбриологии и эволюционной биологии, обобщил позицию Бехе и так объяснил ее несостоятельность: "С точки зрения креационистов синтез эволюции и генетики не объясняет, каким образом какие-то рыбы превратились в земноводных, какие-то пресмыкающиеся стали млекопитающими, а какие-то приматы стали людьми... Бехе называет эту неспособность генетики объяснить создание новой таксономической группы «черным ящиком Дарвина». Он рассчитывает, что когда ящик откроют, в нем найдут божественное начало. Однако в «черном ящике Дарвина» просто заключена генетика другого типа — генетика развития".
Генетика развития вот уже двадцать лет проливает свет на то, как формируются сложные структуры и эволюционирует биоразнообразие. Креационисты просто не хотят этого замечать. Вы спросите, как можно игнорировать или отрицать столь очевидные доказательства? Я не хочу сказать, что понимаю психологические механизмы, заставляющие людей отрицать реальность. Но я прекрасно понимаю, как устроены политическая тактика и риторика тех, кто проигрывает, но не хочет этого признать. Тезисы креационистов следующие.
1. Эволюция — лишь теория, но существуют и другие теории (творение или разумный замысел), которым, просто по справедливости, также следует уделить внимание;
или
2. Эволюция — научная мистификация либо просто ошибка. Например, комментируя выступление Папы Римского, директор Ассоциации "Библия и наука" Иан Тейлор заявил: "Заявление Папы — это еще один шаг римской католической церкви в ловушку одного из величайших обманов, когда-либо навязанных человечеству. Честные ученые, хорошо знающие свое дело, такие как... Майкл Бехе ... с очевидностью показали, что, например, нередуцируемая сложность живых клеток делает движимую случаем эволюцию абсолютно невозможной";
или
3. Поскольку ученые расходятся во мнениях или не знают в точности, как работают механизмы эволюции и каков относительный вклад в нее различных факторов, или не знают всех деталей истории жизни, эта неопределенность является доказательством сомнений, следовательно, эволюция — слабая теория, которую не следует преподавать.
Эволюция — обман, придуманный бесчестными учеными? В своем усердии креационисты, кажется, забыли одну из заповедей, гласящую: "Не клевещи на ближнего своего".
Какой бы безысходной и бесконечной ни казалась борьба с креационизмом, сейчас научное сообщество лучше организовано и подготовлено к этой борьбе, чем когда-либо. Но борьба с невежеством не закончена. И, как напоминает нам Генри Дэвид Торо[17], путь этот длинен:
Вряд ли за всю свою жизнь вы сможете доказать кому-то, что он не прав, но утешайтесь тем, что наука развивается медленно. Если не поверит он, может быть, поверит его внук. Геологи говорят, что для доказательства органической природы ископаемых остатков понадобилось сто лет и еще сто пятьдесят, чтобы доказать, что они не имеют отношения к Великому потопу.
Борьба за распространение эволюционного мировоззрения происходит не только в научной среде. Теолог Джон Хот из Университета Джорджтауна много писал о необходимости включения идеи эволюции в современную теологию. Хот, который видит многообразие научных доказательств эволюции, указывает, что, поскольку текст Библии "был составлен в донаучную эпоху, его исходное значение нельзя передать на языке двадцать первого века" (как того требуют креационисты). Он объясняет:
Многие теологи до сих пор не осознали тот факт, что мы живем после Дарвина, а не до него, и что эволюционирующий космос выглядит иначе, чем в те времена, когда рождалось и развивалось большинство религий. Таким образом, чтобы выжить в современной интеллектуальной атмосфере, нашей теологии нужна, выражаясь языком эволюционной теории, иная экспрессия. Когда мы думаем о Боге в эпоху постдарвинизма, мы не можем думать так же, как думали Блаженный Августин или Фома Аквинский, и [рассуждать] о тех же материях, что и наши деды. Сегодня мы должны пересмотреть всю теологию в свете эволюционного учения.
Хот задумался о роли эволюции в таких вопросах, как страдание, свобода и творение. Дарвин тоже обращался к этим вопросам. Хот считает, что творение без эволюции создало бы бесцветный и безжизненный мир, без всех тех "событий, разнообразия, открытий и невероятной красоты, которые создала эволюция. Возможно, в этом мире была бы какая-то безжизненная гармония, но в нем не было бы обновления, контрастов, опасностей, подъемов и величия, созданных эволюцией за миллиарды лет".
Конечно, это уже не традиционная теология. Но идея Хота логична: либо теология эволюционирует, либо изживет себя. Когда в воскресных школах начнут в положительном ключе обсуждать окаменелости, гены и эмбрионы, мы поймем, что революция свершилась.
Бесконечное число исчезающих форм
Распространение эволюционных идей — не только философская проблема. Знание истории жизни на Земле, как близкой, так и отдаленной, — ключ к мудрому управлению нашей планетой и сохранению ее богатств.
Эволюция Homo sapiens и нашей культуры и технологии оказала чрезвычайно сильное влияние на биоразнообразие. По некоторым оценкам, до начала развития сельского хозяйства на Земле жило около десяти миллионов человек. К началу нашей эры население Земли составляло уже 300 миллионов человек, но в период промышленной революции численность населения начала стремительно расти и в 18oo-x годах достигла одного миллиарда. Сейчас нас шесть миллиардов, а по прогнозам через 50 лет станет девять миллиардов. Таким образом, всего за 10 000 лет численность людей выросла в тысячу раз.
Но еще до последнего демографического взрыва человеческая цивилизация оказывала огромное влияние на окружающую среду. Для меня одним из самых выразительных примеров тому остаются древние рисунки в моем любимом месте на земле — в национальном парке Какаду на Северной территории Австралии. Какаду отличается не только удивительным разнообразием флоры и фауны — это еще и место самого длительного непрерывного пребывания человека за всю его историю. Наскальные рисунки австралийских аборигенов — одни из самых древних из сохранившихся на Земле. В подземных галереях пещеры Убирр в северной части парка на стенах видны и изображения, сделанные 20-40 тысяч лет назад, и совсем недавние. На высоком выступе западной стены главной галереи сохранилось изображение тилацина (рис. 11.1) — сумчатого плотоядного животного, иначе называемого сумчатым или тасманийским волком. Тасманийский волк давно покинул Северную территорию и другие части Австралии, а теперь исчез повсеместно: последний представитель вида умер в зоопарке в 1936 году. На основном континенте тасманийский волк, по-видимому, стал добычей динго, пришедших в Австралию вместе с аборигенами. Наскальная живопись в Какаду напоминает о тех, кого когда-то можно было встретить в этих замечательных местах, — и людях, и диких животных.
Рис. 11.1. Вымерший тасманийский волк. Вверху: фрагмент наскального рисунка аборигенов из пещер Северной территории Австралии с изображением тилацина — давно исчезнувшего в этих местах полосатого сумчатого хищника, Внизу: изображение тасманийского волка, все еще обитавшего в Тасмании в начале XX века. Фотографии предоставлены Кристофером Чиппендейлом, Кембриджский университет.
Похожие истории случались повсюду, где селился человек. Наскальные рисунки из пещер во Франции изображают исчезнувших бизонов и носорогов. От гигантских бескрылых птиц моа (рис. 11.2), некогда обитавших в Новой Зеландии и истребленных маори, остались только груды костей, а об истребленной моряками на Маврикии птице додо напоминают лишь рисунки (рис. 11.2). Последние гигантские наземные ленивцы и шерстистые мамонты были съедены палеоиндейцами. Зебры квагга (рис. 11.3), один из четырех видов зебр, живших во время рождения Дарвина, к моменту его смерти уже вымерли.
Рис. 11.2. Додо и моа. Эти птицы когда-то жили на острове Маврикий и в Новой Зеландии соответственно и были истреблены аборигенами.
Рис. 11.3. Зебра квагга. Этот вид или подвид зебр вымер в конце XIX века.
Однако утрата этих отдельных видов ничто по сравнению с тем, что происходит сегодня. Разрушение естественной среды обитания животных, передел территорий, ухудшение качества воды и почвы, загрязнение воздуха и исчезновение дождевых лесов и коралловых рифов наносят колоссальный ущерб биоразнообразию. Бабочки и попугаи в бассейне Амазонки уже не столь многочисленны и разнообразны, как во времена Бейтса. Если бы Дарвин вернулся на Галапагосские острова, он обнаружил бы, что их символ — галапагосская черепаха[18], равно как большой земляной вьюрок и остроклювый земляной вьюрок на некоторых островах уже исчезли. Под безжалостным натиском человека число природных форм перестало быть бесконечным, и даже самые прекрасные из них беззащитны.
Я не столь наивен, чтобы думать, будто наука может решить все мировые проблемы, но незнание науки и отрицание ее фактов — путь к погибели. Вспомним слова Гексли, с которыми он обратился к Королевскому обществу на рассвете первой революции в биологии. Он спросил присутствующих, какая роль отводится Англии в грядущей реформации:
Примет ли Англия участие в этом процессе? Это будет зависеть от того, насколько вы, публика, готовы воспринимать науку. Будем растить ее, благоговеть перед ней, идти ее методами и привлекать ее к решению всех проблем человечества, и тогда наше будущее будет лучше нашего прошлого. Послушаемся тех, кто утаивает и давит ее, и я боюсь, что наши дети увидят славу Англии в таком же тумане, какой поглотил короля Артура.
Теперь нас волнует не слава Англии или Америки, но судьба Природы. Горькая ирония заключается в том, что чем лучше мы знаем биологию, тем меньше у нас остается живой природы для изучения и наслаждения. Что же оставит в наследство новое столетие? Научимся ли мы беречь и защищать природу — или бабочки, зебры и множество других животных станут легендой, как тасманийский волк, моа и додо?