Великая цепь бытия

Как-то на Барбуде я развлекался тем, что выложил ракушки и выброшенный волнами мусор в ряд, который назвал “Великой цепью бытия”. В фундамент легли фрагменты цианобактериального мата, то есть бактерии и цианобактерии. Все они прокариоты: организмы одноклеточные и безъядерные. Выше них я поместил несколько рубиново-красных раковин гомотремы (Homotrema): одноклеточные простейшие с органеллами, например с ядром. Еще выше легли какие-то желтые губки без намека на наличие органов и симметрию тела. Над ними я поместил несколько обломков белого коралла: в моей схеме они представляли стрекающих, уже с органами, но еще без кровеносной системы, почек, мозга. Выше оказались крупные группы животных: морская звезда (иглокожие), трубки червей (кольчатые черви), розовая раковина королевского стромбуса (моллюски), сухопутный краб (членистоногие) и морская птица (хордовые, к которым относимся мы сами).

Чем-то похожим на классификацию живых существ, по крайней мере от губок до людей, уже давно занимаются философы и авторы трактатов по медицине. Восходящая к Аристотелю (384–322 гг. до н. э.) идея Великой цепи бытия с середины до конца XVIII в. служила основой понимания мира природы. Более широкое, эволюционное значение многообразия организмов не обсуждалось, пока был велик риск попасть за это на костер. Ободренный наступившей эпохой Просвещения, Эразм Дарвин, прославленный дед Чарльза Дарвина, смог написать в “Зоономии, или Законах органической жизни” (1794):

Не слишком ли смело предполагать, что за долгое время существования Земли, может быть, за миллионы лет до начала истории человечества… все теплокровные животные возникли из единой живой нити, этой первопричины животного мира, со способностью образовывать новые части, послушной новым устремлениям, направляемой возбуждениями, ощущениями, желаниями и ассоциациями… умеющей продолжать совершенствование благодаря собственной внутренней деятельности, передавать эти улучшения потомкам, и так без конца?

Если бы в начале XIX в. Жорж Кювье или Ричард Оуэн приняли участие в “сервировке банкета”, от микробов до птиц, они подумали бы, что все организмы в “меню” созданы “шеф-поваром”, то есть Богом, который редко отклонялся от рецепта. Если бы в “меню” были представлены креветки и омары, о них упомянули бы как о всего лишь вариациях архетипа “ракообразные”. То же самое произошло бы с моллюсками, иглокожими и т. д. Все внимание досталось бы архетипам – идеальным планам строения тела, а о промежуточных положениях не было бы ни слова.

Но в 1809 г. Жан-Батист Ламарк, “хранитель насекомых, раковин и червей” парижского Музея естественной истории, заинтересовался гораздо более радикальной идеей: что Великая цепь бытия больше похожа на обед в рабочей столовой, куда люди приходят в разные смены, чтобы съесть комплексный обед. Некоторые группы животных появились раньше, как простые клетки (например, отварной рис), и дошли в своем развитии до стадии появления головного мозга обезьяны или человека. Но звонок на обеденный перерыв для каждой смены звучал не одновременно, и многие из обедающих добрались лишь до креветок или кальмаров. Некоторые только подбирались к медузе, а другие еще оставались на рисе. Это уже эволюция, но не та, которую знаем мы.

С этой идеей жизни и эволюции было затруднение. Как позднее указал Ричард Оуэн, высшие животные, например рыбы и человек, в ходе эмбрионального развития проходят не все этапы развития. Так, ни один человеческий плод не проходит стадию моллюска. Вместо этого каждый тип животных как будто начинает с комплексного меню (эмбрион) и по мере роста переходит к выбору блюд по собственному вкусу. Оуэн фактически указал на объяснительную силу древа жизни, которую Дарвин открыл в 1859 г.

Дарвин должен был найти эту модель ветвления на всех уровнях, от происхождения особи до дивергенции видов и животных вообще. Но, как мы знаем, окаменелости преподнесли Дарвину сюрприз: все основные группы животных, казалось, сформировались внезапно и целиком. Пытаясь выяснить происхождение видов, он столкнулся с более серьезной загадкой: происхождением животных. Он придерживался в то время мнения, что исчезнувшие предки животных очень долго эволюционировали и в геологической летописи должны были сохраниться промежуточные звенья. Но к 1859 г. ученым не были известны окаменелости животных старше кембрийского времени.

Молекулярная головоломка

После выхода в свет книги Дарвина ученым потребовалось около века, чтобы доказать: скачок от прокариот (цианобактерии и т. д.) к эукариотам (например, гомотрема, человек) – это самая важная граница в истории жизни на планете. Еще через двадцать лет произошла другая революция: ученые сумели секвенировать ДНК и РНК. Это изменило представление о строении древа жизни в двух важных для нас аспектах. Во-первых, выяснилось, что прокариотические клетки гораздо разнообразнее, чем можно указать, описывая лишь их форму и размер. Так, в чайной ложке лесной почвы может содержаться до 5 тыс. видов прокариот. Всех их можно разделить на два типа: эубактерии, или “настоящие бактерии” (например, из цианобактериального мата в лагуне Каффи-Крик), и археи (подобные производителям метана в нашем кишечнике). Согласно молекулярным исследованиям, у нас может быть больше общего с археями, чем с эубактериями. Если так, предположим: наши предки произошли от попахивающих архей (или имели с ними общих предков). Во-вторых, выяснилось, что все группы животных, от губок до человека, сильно сближаются возле кроны древа жизни.

К сожалению, есть много такого, о чем секвенирование нам не расскажет. Так, молекулы не могут рассказать о созданиях, которые никогда не изучались либо потому, что они больше не живут на Земле, либо потому, что они еще не открыты. Больше всего об этих затерянных мирах, по мнению моему и моих коллег, говорят сами ископаемые остатки. Кроме того, молекулы не могут достоверно рассказать о темпе эволюции. Принцип молекулярного дерева прост. Различия в генетическом коде со временем накапливаются, их можно количественно оценить и применить для реконструкции древа жизни. Исследованные таким образом организмы представляют собой лишь концы ветвей, а сходство между ними может помочь найти перекрещивающиеся ветви, даже если их не видно.

В основе молекулярных часов лежат данные древа. Идея такова: чем больше различий в данном фрагменте генетического кода у двух потомков, тем раньше они разошлись и тем дальше они отстоят друг от друга на шкале геологического времени. А если нам известна приблизительная скорость возникновения мутаций, мы можем представить, давно ли разошлись две ветви. Молекулярные часы – это замечательная идея, позволившая получить некоторые интересные данные о сравнительно недавнем прошлом. Но калибровка молекулярных часов целиком зависит от окаменелостей. Следует помнить, что эта методика вызвала множество недоразумений. Молекулярные часы показывают скорость мутаций в определенной последовательности генетического кода, сравнивая ее с уже хорошо изученными ископаемыми остатками. Поэтому изучение древнейших из известных окаменелостей уводит нас в неизвестность. Частота замены одного аллеля другим может широко варьировать в зависимости от продолжительности жизни животных, от величины их популяций и т. д. Геологи показали, что живые организмы до кембрийского взрыва, по-видимому, претерпевали настолько радикальные изменения, что мы лишь недавно узнали о них.

Чтобы понять проблему молекулярных часов, представьте: “палеонтологическая полиция” нашла под железнодорожной насыпью труп. Специалисту по молекулярным часам предложено установить дату рождения жертвы по текущему расписанию поездов, даже если преступление было совершено задолго до того, как в этой местности были проложены пути. Ни один судья в Англии не примет такие доказательства! И, к сожалению, данные молекулярных часов пока не могут быть использованы нашим “судом” для датирования появления животных. Как неоспоримые доказательства могут рассматриваться лишь окаменелости. Если в породе отсутствуют окаменелости, молекулярные часы не лучше догадки. А догадки могут быть масштабнее вещей, которые они пытаются объяснить.