Мы потратили два года на то, чтобы приготовить тысячу таких образцов. Мы зарегистрировали каждую конечность каждого образца, описывая их форму, все слияния и все потери.
И обнаружили, что вариации не были случайными: ответ был так же прозрачен, как эти пропитанные глицерином тела. Кости сливались, исчезали определенные пальцы. Более того, в популяции саламандр с Пойнт-Рейеса мы наблюдали точно такие же вариации, как в образцах из Китая, Мексики и даже Северной Каролины. Какие-то типы слияний происходили часто, какие-то нет. И в каждом случае мы вновь и вновь видели одну и ту же картину.
Что это говорит о биологии саламандр, а также о дихотомии случайности и неизбежности?
До этого я уже изучал развитие конечностей саламандр. Следя за формированием их костей, можно было уловить очевидную последовательность процессов. Пальцы образовывались в строго определенном порядке. Первым формировался второй палец, затем первый, третий, четвертый и пятый. Я уже видел эту последовательность раньше: именно в таком порядке пальцы теряются в ходе эволюции. Первым исчезает тот палец, который формируется последним, затем предпоследний. Наблюдается определенный порядок исчезновения пальцев: тот, который позже сформировался, раньше исчезает.
Хрящи запястий и лодыжек тоже появляются в строго определенной последовательности. Они отпочковываются друг от друга. Образуется один, и от него отпочковывается другой. Далее эти два элемента разделяются, и отпочковываются новые. Такая схема почкования и разделения приводит к образованию девяти независимых костей. И это я тоже видел раньше. У саламандр разных видов сливаются те элементы скелета, которые в норме отпочковываются друг от друга.
Лягушка с прозрачным телом и окрашенными костями
За этой скрытой анатомией и последовательностью стадий развития кроется простой и мощный принцип. Если вам известно, как развиваются конечности саламандры, вы можете предсказать, как, скорее всего, эти животные эволюционируют. Последовательности образования пальцев и картина почкования костей запястий и лодыжек указывают на то, что какие-то пути изменений более вероятны, чем другие. Принцип “последним сформировался – первым исчез” объясняет вариации строения пальцев саламандр. И слияния костей тоже не случайны. Сливаются между собой те элементы, которые в норме отпочковываются друг от друга в процессе развития.
Эволюция конечностей саламандр сопровождается исчезновением некоторых элементов. Здесь показаны пути слияния соседних костей в процессе эволюции
Сравните эмбриональное развитие со строительством. Если вы строитель, прядок работ и используемые материалы влияют на тип здания, которое вы построите. Здания одного типа строятся чаще, чем другие. Как мы видели на примере ступней замерзших саламандр, этот принцип справедлив и для животных. В зависимости от путей формирования различных структур одни изобретения и изменения оказываются более вероятными, чем другие.
Долгое время случаи множественности, такие как строение костей стопы саламандры, считались непонятными артефактами в истории жизни, некими странными выбросами. Однако чем больше мы наблюдаем, тем больше убеждаемся, что это один из обычных путей возникновения инноваций. Зачастую они отражают глубинные правила изменений, внутренние тенденции, связанные с формированием видов в процессе развития. Если для построения тел практически все животные используют версии одних и тех же генов (и даже целые генетические рецепты), широкая распространенность множественности не должна никого удивлять. Появление значительных инноваций в истории жизни никоим образом не может быть случайностью.
Эволюция не идет непрерывным и прогрессивным путем, подпитываясь случайными изменениями. В ходе истории разные виды часто приходят к одному и тому же результату разными путями. В терминологии Гулда можно сказать, что при перемотке пленки жизни с другими случайными событиями главные результаты не будут иными, они останутся такими же, как были.
Однажды во время чаепития Эрнст Майр поделился со мной своим мнением по этому поводу. Вторя Вольтеру, он сказал, что результат эволюции – не “лучший возможный мир”, а скорее, “лучший из возможных миров”. Генетика, развитие и история помогают определить, какие изменения возможны.
Эксперименты природы
Сама природа ставит для нас эксперименты. И в некоторых из них можно увидеть переигранную историю жизни, как увидел Джордж Бейли на мосту в Бедфорд-Фоллсе.
Ящерицы населяют практически все Карибские острова – от острова Святого Мартина до Ямайки. Пышные леса, открытые пространства и пляжи предоставляют широкий диапазон благоприятных условий для их процветания. Несколько поколений ученых считали Карибские острова природной лабораторией для изучения эволюции. Как Галапагосские острова послужили Дарвину, так каждый остров Карибского архипелага позволяет изучить, как разные ящерицы адаптируются к разным внешним условиям. Эрнест Уильямс (1914-1998) был одним из крупнейших герпетологов своего времени. Основываясь на работах других ученых, он обнаружил, что на разных островах Карибского архипелага живут похожие ящерицы. Лесные ящерицы приспособились жить в разных частях деревьев: одни в кроне, другие на стволе, а третьи у земли, в основании ствола. Ящерицы, живущие в кроне, не важно, на каком из островов, всегда крупные, с большой головой, с пилообразным гребешком на спине и окрашены в темно-зеленый цвет. На стволах живут ящерицы среднего размера, с короткими конечностями, коротким хвостом и треугольной головой. У всех ящериц, живущих у подножия деревьев, крупная голова, длинные ноги и в основном коричневая окраска.
Под руководством Уильямса мой коллега Джонатан Лосос избрал ящериц основным объектом своих научных изысканий. Лосос изучает родственные связи между ящерицами с разных островов при помощи анализа ДНК. Исходя из анатомического строения, можно предположить, что большеголовые ящерицы, живущие в кронах деревьев, являются ближайшими родственниками большеголовых ящериц с других островов, и то же самое справедливо для коротконогих ящериц, живущих на стволах деревьев, и для длинноногих ящериц, живущих у земли. Но Лосос обнаружил другое. Ящерицы каждого острова приходятся более близкими родственниками другим ящерицам с того же острова. Каждый остров населен генетически обособленной популяцией ящериц и был колонизирован независимым образом. Выброшенные на берег животные и их потомки адаптировались к условиям в своем новом доме независимым путем. Представьте каждый остров как отдельный эволюционный эксперимент, в котором ящерицы адаптируются к жизни на земле, на стволах деревьев, на ветвях и в листве. Если каждый остров – это независимый эксперимент, эволюция каждый раз воспроизводит один и тот же результат. Если бы историю жизни переиграли на разных островах, на каждом из них эволюция развивалась бы одним и тем же путем.
Такая же ситуация наблюдается в еще более широком масштабе в отношении млекопитающих. Сумчатые животные эволюционировали в Австралии в изоляции от остального мира на протяжении более юо миллионов лет, что привело к образованию разнообразных видов с разной формой тела. Но результат этой эволюции определенно не назовешь случайным. Существуют сумчатые белки-летяги, сумчатые кроты, сумчатые кошки и даже сумчатые сурки. И это только те животные, которые живут сегодня: сумчатые львы, волки и саблезубые кошки уже вымерли. Эволюция сумчатых животных на изолированном континенте часто следовала теми же путями, что и эволюция млекопитающих в других частях света.
Подобные природные эксперименты показывают, что история жизни – не случайный набор брошенных костей и не результат случайных событий. Кости ложатся в зависимости от того, как гены и процесс развития определяют строение тела – в соответствии с физическими ограничениями внешней среды и с историей. У организмов в каждом поколении есть врожденный рецепт построения органов и тел, записанный в генах, клетках и эмбрионах. Так прошлое говорит с будущим, и оно может сделать одни пути изменений более вероятными, чем другие. Прошлое, настоящее и будущее сливаются в телах и генах всех живых существ.
Глава 8Слияния и поглощения
Бывает, что мир не готов принять новые изобретения или идеи. Леонардо да Винчи (1452-1519) в XVI веке придумывал летательные аппараты, в том числе планеры. Они не были построены, поскольку в то время не существовало ни материалов для их изготовления, ни соответствующей технологии. В истории жизни происходит то же самое. Рыбы с легкими и конечностями прекрасно чувствовали себя в древнем океане задолго до того, как смогли сделать первый вдох и первый шаг на твердой земле. На суше нельзя было выжить, поскольку не было достаточного количества растений или насекомых для поддержания существования крупных животных. Выбор времени – важнейший фактор для появления изобретений, будь то в области эволюции, человеческой технологии или даже в работе молодых ученых в 1960-х годах.
Линн Маргулис (1938-2011) изучала жизнь микробов в Университете Чикаго и в Беркли. В рамках одного из первых своих исследовательских проектов она анализировала разнообразие клеток живых существ и предложила новую теорию их возникновения. Она изложила свою идею в виде статьи и получила отрицательные отзывы, как она сама говорила, “примерно из пятнадцати журналов”. В конечном итоге неутомимая Маргулис пристроила статью в один малоизвестный журнал по теоретической биологии. Бесстрашная настойчивость Маргулис перед лицом критиков просто поразительна: молодая женщина, начинающий ученый, выступала против ортодоксальных представлений в оккупированной мужчинами сфере науки.
Линн Маргулис
Маргулис сосредоточилась на изучении клеток, составляющих тела животных, растений и грибов. Эти клетки отличаются от бактериальных более сложным строением. Каждая такая клетка имеет ядро с содержащимся в нем геномом. Ядро окружено небольшими органами, так называемыми