Книга биолога Джонатана Лососа ‘Удивительная эволюция‘ на популярном уровне рассказывает о конвергентной эволюции и о спорах между биологами по этому поводу. Большая часть книги посвящена эволюционным экспериментах, которые похоже становятся популярными среди биологов.
Ниже я выпишу информацию о разногласии между Стивеном Гулдом и Саймоном Конвейном Моррисом (против и за конвергентную эволюцию). Я уже рассказывал про этот спор (см. Случайность в биологии), но в книге содержится больше информации. Далее немного про эволюционные эксперименты, а после этого скажу, что с моей точки зрения не хватает в книге Лососа. Информация о конвергентной эволюции и эволюционных экспериментах с новой силой поднимает вопрос о природе изменчивости — можно ли все это объяснить ошибками, возникающими при копировании ДНК.
Вначале несколько высказываний про Стивена Гулда, который вначале играл для автора книги роль непререкаемого авторитета. Интересно отметить, что результаты исследований ящериц, проводимые Лососом, находились в противоречии с тезисом Гулда; в книге увлекательно описывается и обсуждается в том числе это обстоятельство.
‘Ярким разделом каждого выпуска журнала была колонка под названием «Жизнь с ее различными проявлениями» блестящего эрудита ученого-палеонтолога из Гарварда Стивена Джей Гулда. Название колонки было взято из заключительной фразы дарвиновского труда «О происхождении видов». В ней автор регулярно анализировал свои нестандартные идеи относительно процесса эволюции, часто подчеркивая ее неясную и непредсказуемую природу.’
‘в книжных магазинах появилась величайшая работа Стивена Джей Гулда «Удивительная жизнь: Сланцы Бёрджес и естествознание». Я жадно проглотил ее и нашел убедительной аргументацию автора. Он утверждал, что путь эволюции извилист и непредсказуем: прокрути пленку жизни повторно, и получишь совершенно иной результат. … В книге [Удивительная жизнь] Гулд отстаивал доминантную важность исторической вероятности, или контингентности, в процессе эволюции. Под контингентностью он подразумевал, что конкретная последовательность событий существенным образом определяет ход истории: А ведет к Б, Б ведет к В и так далее. Если вы в исторически вероятном мире измените А, то не дойдете до В.’
‘Эта точка зрения имеет важные импликации для понимания многообразия окружающей нас жизни. Если эволюция определяется контингентностью, то тогда не может быть ни предсказуемости, ни детерминизма Конвея Морриса. И, следовательно, конечный результат будет подвержен столь сильному влиянию случайных факторов, что никто не сможет предсказать в самом начале то, что произойдет в конце. Начни все сначала, и ты получишь совершенно иной результат. И, переходя к самой животрепещущей теме, Гулд делает вывод: «Проиграй пленку [жизни] миллион раз… и я сомневаюсь, что нечто подобное хомо сапиенсу могло бы появиться снова».’
Теперь несколько цитат про Морриса, сторонника конвергентной эволюции:
‘На передовой этого научного направления – Саймон Конвей Моррис. Будучи скромным и закрытым человеком, палеонтолог Кембриджского университета не похож на того, кто раскачивает лодку. И все же, несмотря на внешнюю сдержанность, этот обладающий острым умом борец инициировал радикальный пересмотр роли копирования в эволюционном процессе.’
‘То, что Конвей Моррис стал вдруг проповедником конвергентной эволюции и яростным критиком Стивена Джея Гулда, может показаться поначалу удивительным. Будучи ярким студентом в Кембриджском университете, он сделал себе имя докторской диссертацией, посвященной изучению диковинных животных легендарных сланцев Берджес канадской части Скалистых гор. … Странные находки, обнаруженные в сланцах Берджес, стали широко известны благодаря книге Стивена Джея Гулда «Удивительная жизнь». … Главным научным героем книги [Гулда] был не кто иной, как Саймон Конвей Моррис.’
‘Конвей Моррис и его коллеги, конечно же, не соглашаются с базовой предпосылкой Гулда: изменение некоего предшествующего события не обязательно повлечет за собой существенные изменения всей последующей цепочки событий. Они утверждают, что повсеместность конвергентной эволюции демонстрирует бессилие контингентности и что в большинстве случаев последует примерно одинаковый результат вне зависимости от исторической последовательности событий.’
Гулд подчеркивал важность связи между падением метеорита и вымирания динозавров — если бы метеорит не упал, то млекопитающие не развились бы. Моррис возражает:
‘Если динозавры не были стерты с лица земли, могли ли тогда млекопитающие начать так многообразно развиваться, что впоследствии появились бизоны и – что важнее – мы? … Существует одна подобная вероятность, по крайней мере, по версии британского палеонтолога Саймона Конвея Морриса. Динозавры, будучи пресмыкающимися, предпочитают жаркий климат. … Но Конвей Моррис отмечает, что климат в конечном итоге начал меняться примерно тридцать четыре миллиона лет назад. В мире стало прохладнее. И, в конце концов, наступило время ледниковых периодов, и на большей части планеты установился холодный климат. … Конвей Моррис выдвигает предположение, что даже если бы динозавры дожили до наших дней, глобальное похолодание дало бы начало развитию млекопитающих, запустив процесс их эволюционного распространения. Динозаврам пришлось бы отступить к тропическому экватору, освободив высокие и умеренные широты и дав, наконец, млекопитающим их эволюционный шанс.’
Описание книг, посвященных конвергентной эволюции:
‘в 2003 году Конвей Моррис высказал предположение, что конвергенция – доминирующая модель в биологическом мире. Его фундаментальный труд «Решение жизни: неизбежность появления человека во Вселенной», состоящий из 332 страниц (плюс 115 страниц примечаний), изобилует исключительным разнообразием случаев конвергенции, собранных и изученных им на протяжении всей жизни. Восемь лет спустя Джордж Макги написал похожую книгу «Конвергентная эволюция: лимитированные формы». И хотя она меньше по объему – 277 страниц, – чем книга Конвея Морриса, но в ней приведено еще больше примеров. А когда я писал черновик данной главы в 2015 году, вышла третья книга, второе произведение Конвея Морриса, «Руны эволюции: как зародилось самосознание Вселенной», где на 303 страницах были представлены в основном новые примеры конвергенции.’
Я не буду рассказывать про эволюционные эксперименты, могу только посоветовать прочитать книгу Лососа. Выпишу только пару утверждений про скорость эволюции:
‘Дарвин никогда не планировал поставить эксперимент, чтобы проверить свою величайшую идею – теорию эволюции – естественным отбором. Объяснить эту нестыковку просто: проведение подобного исследования показалось бы тогда бессмысленным. Дарвин полагал, что эволюция происходит со скоростью смены ледниковых периодов, настолько медленно, что ее развитие можно определить лишь по прошествии миллиардов лет. «Мы не увидим никаких из этих медленных изменений в процессе развития, пока стрелка часов не отмерит длинный промежуток в несколько веков», – писал он в своем труде «О происхождении видов». Чтобы увидеть результаты эволюционного эксперимента, потребовались бы тысячи лет – слишком долго, чтобы это было возможно. Насколько мы знаем, Дарвин никогда не размышлял над подобным проектом.’
‘Однако за последние полвека мы узнали, что Дарвин неправильно понимал данное явление. Будет совершенно неправильно утверждать, что эволюция движется незаметно медленно, иногда она, и даже часто, движется с легкой скоростью. В противоположность тому, как считал Дарвин, естественный отбор может быть очень сильным, и когда это происходит, популяции могут за короткий период претерпеть существенные изменения.’
Достаточно часто биологи объясняют природу изменчивости ошибками при копировании, например, Ричард Докинз в книге ‘Эгоистичный ген‘ пишет таким образом:
‘как мы увидим, ошибки, допускаемые биологическими репликаторами при копировании, могут привести к реальным улучшениям, и для прогрессивной эволюции жизни возникновение некоторого количества ошибок имело существенное значение. Мы не знаем, насколько точно исходные молекулы репликатора создавали свои копии. Их современные потомки, молекулы ДНК, удивительно добросовестны по сравнению с большинством точнейших механизмов копирования, созданных человеком, но даже они время от времени допускают ошибки, и в итоге именно эти ошибки делают возможной эволюцию.’
Это приводит к возникновению следующего вопроса. В настоящее время наверняка должны быть известны вероятности ошибок копирования ДНК. Непонятно, что мешает взять эти вероятности и подставить их в уравнения популяционной генетики. Вопрос в том, удастся ли таким образом объяснить явления конвергентной эволюции или же объяснить наблюдаемую скорость эволюционных изменений. В книге Лососа этот вопрос не обсуждался и должен признаться, что это оставило странное впечатление. Я не биолог и возможно, что мои ожидания неоправданны, но при взгляде на биологию со стороны предложение выше выглядит логичным шагом. Было бы интересно найти информацию, что думают по этому поводу сами биологи.
Информация
Д. Б. Лосос, Удивительная эволюция. Биологическая история Земли в невероятных превращениях и мутациях организмов, 2017
Jonathan В. Losos, Improbable Destinies: Fate, Chance, and the Future of Evolution, 2017.