Еще больше подтверждений существования пределов естественного отбора приносит исследование геномов, которые буквально усеяны результатами (и продуктами) деятельности случая. Несмотря на многочисленные заявления об обратном, по большей части геном человека представляет собой всего-навсего мусор. Этот мусор накапливался из-за того, что у естественного отбора не хватало сил его выбросить, утверждает Майкл Линч, биолог-эволюционист из Индианского университета в Блумингтоне. В малых популяциях даже слегка вредоносные мутации способны распространиться по всей популяции просто из-за случайных факторов.
Имеет ли значение такой генетический дрейф? Имеет. По крайней мере, иногда. Так, Джо Торнтон из Чикагского университета перевел воображаемые стрелки часов назад и реконструировал эволюционный процесс, чтобы посмотреть, могла ли эволюция обернуться по-другому. Вспомните «Парк юрского периода». Правда, Торнтон воссоздавал не вымерших животных, а древние белки. Его научная группа начала работу с живых позвоночных, причем каждое обладало своей версией гена, кодирующего белок, который, в свою очередь, способен детектировать кортизол – «гормон стресса». Сравнивая версии генов, группа смогла выяснить, как этот белок эволюционировал на протяжении сотен миллионов лет – из другого белка, который умел обнаруживать другой гормон.
Затем группа Торнтона пошла еще дальше. Она синтезировала некоторые из этих древних белков и попыталась на практике установить, какое влияние оказывала каждая из соответствующих мутаций. Процесс перехода к детектированию кортизола занял в общей сложности пять мутаций: две – на то, чтобы научиться распознавать кортизол, а три – чтобы «забыть» гормон, который детектировался раньше.
Но когда группа проделала лишь эти пять изменений, она дестабилизировала белок и нарушила его структуру. Как выяснилось, переход к кортизолу оказался возможен лишь благодаря тому, что предварительно произошли две другие мутации, стабилизирующие белок. Но эти «разрешающие» (дополнительные, факультативные) мутации не оказывали никакого непосредственного воздействия на процесс эволюции белка. Они наверняка произошли случайно, а не благодаря естественному отбору.
«Как нам представляется, разрешающие мутации словно открыли двери, предоставив эволюции возможность идти по путям, которые без этих мутаций остались бы недостижимыми», – поясняет Торнтон. Похоже, существует лишь один способ, каким отворяется дверь, ведущая к связыванию кортизола. Торнтон проверил тысячи других мутаций, однако ни одна из них не сумела такое проделать. «В окружении этого белка-прародителя не нашлось больше ничего, что открывало бы эту дверь», – замечает Торнтон.
По мнению Торнтона, ход эволюции часто (хотя и не всегда) зависит от таких вот случайных событий, кажущимися незначительными и несущественными. В этом смысле, говорит он, эволюция во многом похожа на нашу жизнь: без особых раздумий приняв решение пойти на одну вечеринку вместо другой, мы внутренне убеждены, что ни к каким серьезным последствиям это решение не приведет. Между тем не исключено, что именно на этой вечеринке вы встретите своего будущего мужа (жену), тем самым изменив течение всей своей жизни.
Впрочем, тот факт, что мы познакомились с одним человеком и не познакомились с другим, редко меняет ход истории. Хотя все упомянутые исследования вроде бы заставляют предположить, что случай играет более значительную роль в эволюции, чем обычно считают, возникает немаловажный вопрос: насколько большую разницу он вносит в долгосрочной перспективе? Конкретные особенности путей, избираемых эволюционирующими популяциями, могут в существенной степени зависеть от случая, однако все равно приводить к сходным результатам. К примеру, существует лишь ограниченное число способов летать или плавать, вот почему независимые эволюционные маршруты зачастую приводили к развитию схожих крыльев и плавников. Если бы торнтоновский белок не научился в процессе эволюции связывать кортизол, такую способность мог бы, по-видимому, приобрести какой-нибудь другой белок.
Есть много примеров конвергентной («сходящейся») эволюции такого рода. Так, арктические и антарктические рыбы в ходе эволюции независимо обзавелись белками-антифризами, которые действуют сходным образом. А некоторые эволюционные линии змей независимо выработали идентичные методы борьбы с ядами, которые выделяют поедаемые этими змеями тритоны.
А вот в Карибском море, на Больших Антильских островах, эволюция, по сути, отдельно происходила на каждом из четырех островов – и всякий раз ее результаты оказывались схожими. На каждом острове живут длинноногие ящерицы-анолисы, бегающие по земле; коротконогие ящерицы, лазающие по веткам; ящерицы с большими подушечками пальцев, умеющие прилипать к листьям. Но все ящерицы на каждом острове, судя по всему, произошли от одной популяции-основательницы, а значит, далее эти ящерицы независимо эволюционировали, чтобы заполнить набор экологических ниш, сходный для всех островов.
Означает ли это, что Гулд все-таки ошибался и в долгосрочной перспективе случай играет не такую уж большую роль? Возможно, ближе всего к ответу нам позволит подобраться Долгосрочный эксперимент по эволюции E. coli, некоторое время назад запущенный командой Ричарда Ленски из Мичиганского университета. 24 февраля 1988 года Ленски взял образцы бактерий E. coli одного и того же вида и основал с их помощью 12 новых популяций. С тех пор каждый день (в выходные и в праздники, несмотря на снежные бури и неумолимо подступающие сроки сдачи отчетов по грантам) кто-то обязательно поддерживал их рост, регулярно пересаживая образцы в новую питательную среду.
За три десятка лет популяции Ленски развивались на протяжении более чем 62 тысяч поколений. Для сравнения: у Homo sapiens за все время его существования, по-видимому, сменилось лишь около 20 тысяч поколений. Все 12 исходных бактериальных популяций менялись сходным образом: в ходе эволюции у них появлялись клетки большего размера, и скорость их роста увеличивалась. Это показывает: порой эволюция действительно разворачивается предсказуемым образом.
Но даже без внешних событий вроде астероидных ударов ход развития популяций Ленски все-таки не всегда оказывался предсказуемым. Одна популяция превратилась в смесь двух параллельных генетических линий: обеим удается выжить, поскольку они используют в своей жизни несколько разные стратегии. У другой популяции внезапно, примерно на 31 500-м поколении с начала эксперимента, развилась способность питаться цитратом – добавкой, которую вводят в бактериальный субстрат и которую E. coli обычно не умеет использовать. «Все они зародились в одном месте, все находились в одних и тех же условиях, – говорит коллега Ленски Закари Блаунт. – Эти различия возникают исключительно благодаря случайности, присущей эволюционному процессу».
Стала ли цитратная мутация просто счастливым прорывом или же эволюция может когда-нибудь снова к ней прийти? Команда Ленски каждые 500 бактериальных поколений замораживает образец каждой культуры, и Блаунт сумел «поднять архивы» интересующей его популяции, а затем в буквальном смысле провести эволюцию заново. Цитратная мутация возникала, лишь когда он начинал эволюционный процесс с клеток 20 000-го поколения или более молодых.
Очевидно, в районе 20 000-го поколения должна была произойти какая-то мутация (или мутации), которая подготовила почву для возникновения цитратной мутации на гораздо более поздней стадии – подобно тому, как в опытах Торнтона рецептор гормона требовал разрешающих мутаций, чтобы суметь затем переключиться на иную мишень. «Мы пока так и не выяснили, что же это была за мутация, – говорит Блаунт. – Очень жаль». Пока этого не удастся выяснить, команда не поймет, предоставила ли эта разрешающая мутация какие-то другие преимущества бактериям. Но даже если предоставила, очевидно, что ее роль в «открывании дверей» использованию цитрата – лишь случайный побочный продукт, плод везения.
А что бы получилось, сумей мы снова и снова воспроизводить эволюцию в планетарных масштабах? Один из вариантов – очень много слизи. По мнению Ника Лейна из Лондонского университетского колледжа, сложные клетки появились благодаря чрезвычайно маловероятному слиянию двух разновидностей простых клеток (см. об этом выше). Если он прав, формы жизни, сходные с бактериями, могут быть распространены в других мирах, но при этом они, скорее всего, редко порождают более изощренно устроенные организмы.
Допустим все-таки, что жизнь в других мирах преодолела стадию слизи. На что она тогда будет похожа? «Есть немалая вероятность, что такие повторы эволюции зачастую будут давать миры, похожие на наш, а именно – какие экологические ниши будут заполнены и какие разновидности основных признаков будут наблюдаться», – предполагает Блаунт. Иными словами, следует ожидать, что мы наверняка встретим там фотосинтезирующие организмы и хищников, паразитов и редуцентов. Однако, по мнению Блаунта, подробности, детали разных версий эволюции будут, скорее всего, резко отличаться. Даже если воспроизвести эволюцию сотню раз, крайне маловероятно, чтобы мы снова получили примата с большим мозгом, властвующего над планетой.
А какое-то другое мозговитое социальное животное может захватить власть над планетой? Да, такое возможно. «По-видимому, в большинстве сред обитания имеется адаптивная зона, предполагающая наличие интеллекта», – говорит Дэвид Яблонски, палеонтолог из Чикагского университета. Становится все очевиднее: многие черты и особенности, которые мы раньше считали присущими лишь человеку (от языковых навыков до умения изготавливать орудия), до некоторой степени развиты и у других животных. Так что, хотя безволосые прямоходящие обезьяны могут не появиться ни на одной из ста планет, не исключено, что на каких-то из них возникнут другие смышленые пользователи инструментов.
Возможно, на этот вопрос мы когда-нибудь действительно сумеем получить ответ. Уже сейчас открыты буквально тысячи экзопланет, и хотя мы пока не обнаружили ни одной, которая в точности напоминала бы нашу, все получаемые данные позволяют предполагать, что существует множество землеподобных планет, причем достаточно близко от нас – так что, возможно, мы сумеем не только определить, есть ли на них жизнь, но и узнать об этой жизни кое-какие подобности – конечно, если она там имеется. Где-то среди звезд нас может поджидать ответ.