Эволюция. Триумф идеи

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА К ИЗДАНИЮ 2006 г.

В истории земной жизни пять лет — меньше чем мгновение.

Но для каждого из нас, людей, это заметная часть жизни. В 2001 г., когда книга «Эволюция: триумф идеи» впервые увидела свет, наша жизнь сильно отличалась от сегодняшней. В сегодняшних разговорах полно слов и названий — блоги, «Аль-Каида» — которые пять лет назад вызвали бы только непонимающие взгляды. Наука за эти пять лет также сделала громадный шаг вперед. Мы гораздо больше знаем теперь об окружающем мире, начиная со стволовых клеток и заканчивая планетами далеких звезд. Мы больше знаем и о том, как развивалась жизнь на нашей планете, — ведь за это время были опубликованы десятки тысяч новых научных статей.

Некоторые эволюционные исследования, о которых я написал в этой книге, дали интереснейшие результаты — ученые многое узнали о ранней эволюции жизни и о причинах массовых вымираний, о коэволюции мужских и женских особей и о гонке вооружений между хозяевами и паразитами. Но мне кажется, что самые поразительные результаты получены в области, которой посвящена финальная часть моей книги, — в области эволюции человека. Ничего удивительного, ведь именно эта часть эволюционной науки имеет к нам самое непосредственное отношение.

В 2001 г. уже было ясно, что самые близкие родственники человека из ныне существующих видов — шимпанзе и бонобо. К такому выводу привели выполненные в 1990-х гг. исследования. Сравнительное изучение участков ДНК человека и других животных позволило ученым уточнить структуру эволюционного древа и определить, какие его ветви расположены ближе всего к нашей собственной. В ходе этих исследований ученым удалось также примерно установить, когда наши предки отделились от остальных приматов. Накопление мутаций в молекулах ДНК идет миллионы лет, причем с примерно постоянной скоростью. Поэтому, если известно, что какие-то виды берут начало от общего предка, ученые могут сравнить накопившиеся у этих видов мутации и тем самым как бы считать показания «молекулярных часов». Так, общий предок человека и шимпанзе, по оценкам ученых, обитал на Земле 5–7 млн лет назад.

Но если молекулярные часы шли верно, это означает, что палеоантропологам еще предстоит многое сделать. В 2001 г. самыми древними гоминидами — это виды, которые размещаются вместе с нами на крошечном побеге эволюционного древа, — считался вид Ardipithecus ramidus. Возраст его окаменелых останков, найденных в Эфиопии, насчитывает 4,4 млн лет. Но если верить молекулярным часам, это, возможно, далеко не самое древнее подобное существо. Возможно, на самом деле гоминиды появились на 2,5 млн лет раньше.

В 2001 г., когда «Эволюция: триумф идеи» вышла первым изданием, эти 2,5 млн лет представлялись обширным белым пятном. Однако всего через пять лет эти громадные пустоши оказались заселены тремя различными видами гоминид. В 2004 г. от той же группы ученых, что ранее открыла Ardipithecus ramidus, поступило сообщение об открытии в том же районе Эфиопии еще более древнего вида. Ardipithecus kadabba, как назвали новый вид ученые, жил 5,7 млн лет назад. Примерно в это же время в Кении другая группа ученых обнаружила окаменелости возрастом б млн лет. Вид, которому принадлежали окаменелости, получил название Orrorin tugenensis. Наконец, на пустынных просторах Сахары третья группа ученых обнаружила чудесно сохранившийся череп третьего вида, жившего, согласно оценкам, 6–7 млн лет назад. Его назвали Sahelanthropus tchadensis.

Эти открытия весьма наглядно демонстрируют, как биологи-эволюционисты выдвигают и проверяют гипотезы. В 2001 г., имея данные по исследованиям ДНК, можно было сделать по крайней мере одно предсказание — а именно, что в будущем палеоантропологи обнаружат окаменелости гоминид возрастом от 5 до 7 млн лет. Более того, можно было с уверенностью предположить, что эти останки будут найдены в Африке — ведь все окаменелости гоминид возрастом старше 2 млн лет находят именно там, да и ближайшие современные родственники человека — шимпанзе и бонобо — обитают там же. Оба предположения оказались верными.

Тем не менее открытия ученых не только подтверждают уже существующие гипотезы, но и порождают новые споры. Некоторые ученые считают, что вновь найденные окаменелости гоминид — всего лишь первая ласточка громадного разнообразия ранних видов. У гоминидной ветви древа жизни, утверждают они, пышное кустистое основание, но большинство побегов его оказались тупиковыми и вымерли. Другие ученые с этим не согласны и утверждают, что эволюция гоминид вовсе не была такой экстравагантной, и относят ардипитека, оррорина и сахелантропа к одному роду. Этим ученым основание гоминидной эволюционной ветви представляется едва ли не прямой линией.

Новые находки поднимают еще один не дающий покоя вопрос: как выглядели первые гоминиды? Вероятно, ростом они не уступали шимпанзе и мозг их по размеру тоже напоминал мозг шимпанзе (примерно втрое меньше нашего). Но они, возможно, отличались от шимпанзе и других современных человекообразных обезьян одной принципиальной особенностью: прямохождением. Строение бедренной кости оррорина позволяет предположить, что ему приходилось поддерживать вес всей верхней части тела гоминида. От сахелантропа пока обнаружен лишь череп, но и у него есть признаки возможного прямохождения. В основном они имеют отношение к отверстию в основании черепа, через которое проходит спинной мозг (foramen magnum). У ныне живущих видов человекообразных обезьян положение этого отверстия соответствует характеру походки. У шимпанзе, которые ходят на двух ногах, опираясь на костяшки пальцев, спина при ходьбе наклонена вперед и отверстие расположено в задней части черепа. Человек ходит прямо, держа голову непосредственно над туловищем, и соответствующее отверстие находится в основании человеческого черепа. Так вот, у сахелантропа это отверстие расположено как у человека, что позволяет предположить, что при ходьбе это существо держалось прямо. Похоже, что даже самые древние гоминиды, останки которых обнаружены, ходили на двух ногах. Вполне возможно, таким образом, что именно эволюция в способе передвижения стала первым серьезным новшеством, отделившим гоминид от других высших приматов.

Пока палеоантропологии искали в Африке окаменелые свидетельства нашей эволюции, другие ученые исследовали нашу ДНК. Эти поиски сильно ускорились после публикации в 2001 г. расшифрованного генома человека. Теперь ученые, вместо того чтобы разглядывать несколько разрозненных коротких фрагментов ДНК, могут анализировать кодовое слово из 3 млрд букв целиком. Они также могут сравнивать геном человека с геномами сотен других видов, включая крыс, цыплят, рыбок даниорерио и шимпанзе. Поскольку каждый из этих видов располагается на собственной ветви древа жизни, ученые, сравнивая геном человека с другими геномами, могут узнать больше о нашей генетической истории.

Исследования ДНК лишний раз подтвердили, что ближайшие родственники человека из ныне здравствующих видов — шимпанзе. Большие участки двух геномов просто совпадают. В некоторых случаях на этих участках располагаются гены, ответственные за производство того или иного протеина. Но еще интереснее поврежденные гены, общие для человека и шимпанзе.

Самые поразительные, наверное, примеры таких поврежденных генов можно обнаружить… у нас в носу. Вообще, у каждого из млекопитающих имеется по несколько сотен генов, отвечающих за рецепторы нервных окончаний носа. Возникали эти гены постепенно, при случайном дублировании. Когда вместо одного гена в цепочке оказывалось два, то поначалу оба они производили одинаковые рецепторы. Но затем в одном из генов происходила мутация, и способность его рецептора улавливать запахи случайным образом изменялась. Если после мутации рецептор начинал работать хуже, мутировавший ген, как правило, исчезал в результате естественного отбора. Но в некоторых случаях мутировавший ген получал способность улавливать новую молекулу запаха, расширяя тем самым спектр ароматов, которые могли различать млекопитающие. За миллионы лет в результате этого процесса сформировалась громадная семья генов, отвечающих за обонятельные рецепторы.