Птицы и летучие мыши научились летать в результате едва заметных постепенных изменений, сопряженных с изменениями многих генов на протяжении тысяч поколений. Произошло это по той причине, что данные изменения давали своим владельцам некие преимущества. Если предоставить волю фантазии, можно вообразить, что в какой-то момент будет зачат ребенок с генетической аномалией, способствующей появлению зачатков дополнительной пары конечностей. Этот ребенок произведет здоровое потомство и передаст этот признак своим детям. Со временем соответствующие гены распространятся в популяции, причем отбору будут подвергаться гены, способствующие появлению все более развитых и мощных крыльев. Процесс этот должен длиться несколько десятков или сотен поколений. Наличие крыльев у животных повышает вероятность передачи генов будущим поколениям. Как только крылья перестают выполнять эту функцию, они исчезают. Мы видим это на примере бескрылых эму, попугаев какапо или киви. Да и насекомые обзавелись крыльями по той причине, что они дают преимущества в передаче генов потомству. Крылья помогают ускользнуть от хищника, найти еду или понравиться самке, – стандартный набор факторов, способствующих приобретению признака и его эволюции. Временные рамки подобных изменений опять-таки совершенно недоступны нашему пониманию. Так что, хотя гипотетически в морфологическом плане появление крыльев у человека возможно, вероятность этого события сравнима с вероятностью того, что мальчик, которого укусил радиоактивный паук, сможет вытягивать из пальца паутину[108].
Но кроме низкой вероятности внезапного появления крыльев и гигантских метаболических затрат на выращивание конечностей, способных оторвать нас от земли, существует еще более веская причина, почему мы никогда не сможем летать. Эту причину я и назвал режиссеру. Дело в том, что мы и так все время летаем. Нам не нужна способность свободного полета. Для летающих людей нет экологической ниши. Если в результате невероятного случая на свет появится ребенок с крыльями, он не будет иметь перед нами, ползающими по земле, практически никаких преимуществ, а его странный облик может уменьшить его привлекательность в качестве полового партнера.
Эволюция происходит иначе. Такое видение – сверхупрощенная версия эволюции из комиксов, научной фантастики и креационизма: все удивительные адаптации, которые мы наблюдаем в природе, имеют какую-то цель. Это адаптационный подход – все вещи нужны для того, чтобы выполнять функцию, для которой они подходят лучше всего. Но форма нашего носа объясняется не тем, что на нем хорошо держатся очки, как полагал доктор Панглосс у Вольтера, а нашей историей, долгой эволюцией, вероятностными факторами и половым отбором. Носы сформировались за сотни миллионов лет до появления человека, так что нам они достались в подарок от предков. За долгий период эволюции носы изменили форму в соответствии со своей функцией, с изменением формы лица в целом и с нашим представлением о привлекательности. Морфология носа записана в генах, а мерой эволюции является изменяющаяся частота встречаемости различных аллелей генов в популяции. Возможно, форма носа – не лучший пример, поскольку, как я понимаю, люди с большими и маленькими носами воспроизводятся с равной вероятностью (во всяком случае, насколько мне известно, никто не исследовал корреляцию между размером носа и количеством детей). Будущая эволюция нашего вида зависит от гораздо менее заметных признаков, повышающих или понижающих вероятность размножения.
Генетиков часто спрашивают, продолжается ли до сих пор эволюция человека. Ответ на этот вопрос положительный: да, продолжается.
Эволюция происходит на уровне генома. В каждом поколении наша ДНК изменяется. В большинстве своем это простые, часто тривиальные изменения. Но некоторые из них чрезвычайно интересные. В норме люди обладают трихроматическим зрением – различают оттенки трех основных цветов. Человеческий глаз содержит специализированные клетки, фоторецепторы, задача которых сводится к поглощению фотонов света. Существуют два класса фоторецепторных клеток – палочки и колбочки: палочки реагируют на движение и изображение при слабом уровне освещенности и находятся на периферии сетчатки – вот почему краем глаза мы видим движущиеся предметы, но видим нечетко. Колбочки располагаются по центру, и поэтому самое яркое цветовое изображение мы получаем от предмета, находящегося прямо перед нашими глазами. Помашите каким-нибудь предметом сбоку от себя, при этом глядя прямо перед собой, и вы увидите, что предмет движется, но не поймете, какого он цвета. Колбочки бывают трех типов, и каждый настроен на специфическую длину волны, что как раз и определяет, какие цвета мы различаем. В целом колбочки воспринимают свет с малой, средней и большой длиной волны, что практически соответствует голубой, зеленой и красной части спектра, хотя эти области перекрываются, а свойства колбочек у разных людей несколько различаются. Различия между тремя видами колбочек определяются единственным белком – опсином. Фотоны света проникают через прозрачную роговицу и безъядерные клетки хрусталика, через гелеобразную и стекловидную среду, потом через три слоя клеток, нервы и кровеносные сосуды и достигают глазного дна, где на кончиках колбочек располагаются опсины[109]. Молекулы опсина захватывают фотоны, изменяют форму и передают электрический сигнал. Этот сигнал выходит из противоположной части фоторецепторной клетки, проходит через несколько слоев нервных клеток, отростки которых объединяются, образуя зрительный нерв, и попадает в зрительную кору головного мозга. В результате мы видим изображения предметов.
Многие млекопитающие имеют только два типа опсинов и поэтому различают цвета менее отчетливо, чем мы. Но большинство высших приматов, включая обезьян Старого Света, происходящих из Африки и Азии, имеют три опсина. Кошки имеют гораздо больше палочек и поэтому гораздо лучше видят в темноте, но плохо различают цвета. Некоторые представители семейства ротоногих ракообразных имеют не менее 16 опсинов, тонко настроенных на восприятие красного, синего и зеленого цветов, а также поляризованного света, ультрафиолета и множества других, невидимых для нас световых волн.
Мутации, приведшие к возникновению трех опсинов у человека (и множества у раков), заключались не в замене единичного нуклеотида, а в удвоении больших фрагментов ДНК и их последующих изменениях. Воспринимаемый глазом цвет зависит от длины волны световых лучей. Ген коротковолнового опсина находится на хромосоме 7, а гены средневолнового и длинноволнового опсинов – на X-хромосоме. Вот почему у мужчин чаще встречается цветовая слепота, чем у женщин: у женщин дефект опсина на одной X-хромосоме может быть восполнен за счет нормального опсина с другой X-хромосомы. У мужчин такого страховочного варианта нет. В какой-то момент в ходе эволюции приматов произошло удвоение гена опсина, находившегося на X-хромосоме. Позднее одна из копий подверглась мутации, но без потери функции, и в результате приматы приобрели способность воспринимать другие цвета. Все это произошло десятки миллионов лет назад, задолго до появления человека, но нечто похожее, возможно, происходит с нами и сейчас – точнее, с некоторыми представителями половины человечества. По-видимому, на свете есть женщины с тетрахроматическим зрением. В результате очередного случайного удвоения гена они приобрели третий ген опсина на X-хромосоме. По оценкам, каждая восьмая женщина имеет этот дополнительный вариант гена, но мы не знаем, обеспечивает ли он тетрахроматическое зрение. Женщины, которые, возможно, обладают такой способностью, должны видеть разные цвета там, где остальные едва различают оттенки. Это новая область исследований, и данное состояние, судя по всему, встречается редко. Для выявления красно-зеленой слепоты используют тест Ишихары: человеку предлагают обнаружить вписанные в круг цифры, отличающиеся от фона лишь по оттенку. Тест на тетрахроматическое зрение основан на способности распознавать оттенки зеленого там, где обычные люди видят лишь оливковый цвет.
Существует множество разнообразных гипотез о происхождении трихроматического зрения. Многие исходят из предположения, что способность обнаруживать спелые красные фрукты на фоне зеленой листвы была большим преимуществом для живших на деревьях наших предков обезьян.
Но преимущество распознавания четырех цветов остается загадкой. Многие животные умеют различать более трех цветов, но у человека эта способность, по-видимому, появилась недавно и случайно, но не подвергается отрицательному отбору, поскольку не создает никаких фенотипических проблем. Просто произошла такая мутация – еще один пример нашего бесконечного разнообразия. Пока не заметно, чтобы она распространилась широко, но кто знает? Давайте вернемся к этому вопросу через 5000 лет.
Это один пример мутации с очевидным эффектом. Но большинство мутаций не приводят к каким-либо заметным результатам. Процесс репликации ДНК несовершенен, и в клетках есть множество механизмов коррекции. Но мутации все равно появляются. Чаще всего это единичные замены, иногда – замены фрагментов. Без этих изменений нет эволюции, поскольку нет вариаций и, следовательно, нет материала для отбора. Для эволюционного процесса идеальная репликация скучна и непрактична, для эволюции необходимы отклонения от идеальной репликации (с сохранением кода). Процесс репликации обязательно должен быть неточным. Исключительно по воле случая каждый из нас на протяжении жизни приобретает как минимум 100 уникальных мутаций. Если у вас есть дети, они вполне могут получить от вас в наследство эти мутации, а затем приобретут свои собственные. Пока люди производят потомство половым путем, они продолжают эволюционировать. И избежать эволюционных изменений столь же трудно, как распоряжаться погодой.
Конечно, мы влияем на погоду. Уже 10 тысяч лет мы обрабатываем землю и полностью уничтожили несколько видов животных. Наше присутствие на Земле изменило ее поверхность, а также флору и фауну. Климат на Земле периодически менялся, и мы к этому адаптировались. Начинались и заканчивались ледниковые периоды, но благодаря нашей деятельности, возможно, больше не повторятся. Развивая сельское хозяйство и промышленность, особенно на протяжении последних столетий, мы сделали Землю теплее. Сами мы стали намного здоровее. Продолжительность жизни людей в разных уголках Земли различна (она различается даже в пределах Великобритании и заметно снижается, например, по мере удаления от центра Лондона к бедным восточным окраинам). Но в целом продолжительность жизни людей значительно выросла. У нас меньше детей, чем когда-либо в истории, но и уровень детской смертности сильно сократился. Большинство людей по собственному желанию выбирают себе полового партнера (в том числе, среди людей того же пола) и решают, хотят ли иметь детей и когда. Все это может говорить о том, что люди вырвались из тисков естественного отбора.