Карл Циммер - Эволюция: Триумф идеи

Для скелета лопастепёрых рыб характерны некоторые особенности, сближающие их с четвероногими. К примеру, их крепкие мускулистые плавники устроены примерно так же, как наши ноги и руки: одна длинная кость, ближайшая к телу, которая соединяется с парой длинных костей, а те в свою очередь соединяются с группой более мелких косточек. Сегодня двоякодышащие рыбы и целаканты — единственные представители лопастепёрых, но 370 млн лет назад лопастепёрые были в числе самых разнообразных групп рыб. Палеонтологи обнаружили, что некоторые из вымерших лопастепёрых были даже больше похожи на четвероногих, чем ныне живущие виды.

Что касается древнейших четвероногих, палеонтологам тогда был известен всего один вид: существо под названием Ichthyostega, жившее 360 млн лет назад. Это почти метровое четвероногое существо, найденное в 1920-е гг. в горах Гренландии, очевидно, было четвероногим, но его приплюснутый череп напоминал скорее череп лопастепёрой рыбы, чем черепа более поздних четвероногих.

Палеонтологи сделали вывод: Ichthyostega — продукт долгой борьбы за адаптацию на суше. Американский палеонтолог Альфред Ромер разработал доскональный сценарий такого происхождения четвероногих. Их лопастепёрые предки жили в пресноводных реках и озерах, но изменение климата принесло с собой сезонные засухи, и места обитания этих рыб каждый год стали пересыхать. Уцелели те рыбы, которые смогли переползти по суше в соседнее озеро, остальные погибли. Вообще, больше всего шансов уцелеть было у самых подвижных лопастепёрых рыб, поэтому их плавники постепенно эволюционировали в ноги. Со временем эти рыбы стали так хорошо передвигаться по суше, что смогли охотиться на насекомых и других беспозвоночных, ползавших вокруг по земле; в результате они совсем отказались от жизни в воде.

Сценарий Ромера представлялся достаточно логичным — по крайней мере до тех пор, пока в Гренландии не было найдено второе древнейшее четвероногое. В 1984 г. Дженнифер Клак, палеонтолог из Кембриджского университета, ознакомилась с бумагами кембриджской геологической экспедиции 1970 г. Так получилось, что ученые нашли окаменелости животных, похожих на Ichthyostega, и оставили их буквально перед носом у Клак. В 1987 г. Клак вернулась на место работы первой экспедиции и обнаружила там полный скелет еще одного четвероногого возрастом 360 млн лет; животное получило название Acanthostega.

У Acanthostega есть все необходимые признаки четвероногого, такие как ноги и пальцы на них, но жить это животное могло только в воде. Во-первых, Клак с коллегами обнаружила на шее животного кости, которые при жизни животного поддерживали жабры. Во-вторых, его ноги, плечи и бедра были слишком слабыми и просто не выдержали бы на суше вес его тела.

Acanthostega совершенно не вписывалась в сценарий Ромера, но палеонтологи уже понимали, что по крайней мере некоторые из его предположений были ошибочны. На самом деле Acanthostega и другие древнейшие четвероногие жили вовсе не в засушливых суровых условиях, а во влажных и пышных прибрежных зарослях; тогда подобные места обитания только появились на Земле, и берега морей и рек начали зарастать большими деревьями. Засух, которые вроде бы подталкивали рыб к превращению в четвероногих, там не было и быть не могло.

Теперь Клак и другие палеонтологи утверждают, что ноги и пальцы появились у рыб не для того, чтобы ходить по суше, а чтобы лучше передвигаться под водой. При помощи нескольких небольших изменений в работе регуляторных генов, управляющих формированием плавников, эволюция превратила плавники в пальцы. Рыбы с ногами могли теперь карабкаться среди подводных зарослей, цепляться за растения, перебираться через упавшие деревья и другие препятствия. Они могли таиться в засаде, удерживаясь на камнях и поджидая добычу. Такой способ передвижения может показаться нам странным, но некоторые из современных рыб ведут себя почти так же. Рыба-клоун, к примеру, имеет на плавниках пальцевидные выросты и пользуется ими при передвижении по коралловым рифам.

Теперь уже ясно, что пальцы и ступни, для чего бы они первоначально ни предназначались, возникли отнюдь не потому, что животным захотелось побегать по земле, хотя в настоящее время они используются именно для этого. И вообще, палеонтологи нашли около десятка видов ранних четвероногих, и все они, судя по всему, жили в воде. (Клак и ее коллеги присмотрелись к останкам Ichthyostega более внимательно и пришли к выводу, что это существо, скорее всего, могло, подобно тюленям, перетаскивать свое тело по суше). Тед Дешлер из Академии естественных наук в Филадельфии даже нашел окаменелость совершенно отдельной линии лопастепёрых рыб, у которых пальцевидные кости появились независимо от наших предков. Затем — начиная с 370 и до 360 млн лет назад — у способных ходить по дну лопастепёрых произошел подводный эволюционный взрыв — возникло невероятное разнообразие, что-то вроде многочисленных цихлид с ногами. И только позже одна из ветвей четвероногих вышла на сушу, и ноги взяли на себя новые функции.

Эволюция часто использует для выполнения новой задачи свойства и органы, возникшие ранее и приспособленные для выполнения совсем других задач (этот процесс носит название «преадаптации» или «экзаптации»). На этот факт, как и на многое другое в эволюции, первым обратил внимание Дарвин. «Когда говорят, что та или иная часть тела приспособлена к выполнению какой-то определенной задачи, не следует полагать, что и первоначально она формировалась единственно для выполнения этой задачи, — написал он в 1862 г. — Похоже, обычно все происходит иначе, и часть тела, которая первоначально выполняла одну задачу, адаптируется путем медленных изменений к выполнению совершенно иных задач».

Представление о том, что эволюция размеренно движется вперед, к прогрессу, хорошо согласовывалось с викторианской концепцией исторического процесса. Благодаря науке и промышленной революции люди в Европе в конце XIX в. жили лучше, чем в его начале, и считали, что так все и будет продолжаться. Казалось, что сама история — не только человечества, но и жизни вообще — свидетельствует о непрерывном прогрессе.

Но викторианские биологи уже знали, что если некий императив относительно прогресса и существует, то многие животные его игнорируют. К примеру, так называемые морские уточки произошли от свободно плавающих ракообразных, но отказались от вольной жизни ради беззаботного существования на корпусе корабля или портовых сваях. Если эволюция двигалась вперед, то с таким же успехом она могла в любой момент повернуть и вспять. Биологи викторианской эпохи не отказались от представлений о прогрессе — они просто стали рассматривать развитие как улицу с двусторонним движением и назвали движение в одну сторону прогрессом, а в другую — дегенерацией. Британский биолог Рей Ланкестер очень беспокоился о том, что человеческое общество, если не проявит осторожности, тоже может пасть жертвой вырождения. «Возможно, все мы движемся к состоянию разумных ракушек», — писал он.

Но эволюция, хотя и не является торжественным маршем прогресса, двигаться вспять тоже не умеет. Эволюция — это изменение, ни больше ни меньше. Четвероногие героически выбрались из воды на сушу 360 млн лет назад, но их потомки не один десяток раз отказывались от сухопутной жизни и возвращались в морскую стихию. Оказавшись снова в воде, они не дегенерировали до состояния ланцетника или хотя бы лопастепёрой рыбы. Вместо этого они превращались в нечто совершенно новое — например, в китов.

Киты мешали ученым жить со времен первой современной систематики Карла Линнея (1735). «Среди величайшего внешнего беспорядка виден величайший порядок», — писал Линней о классификации, однако киты не позволили ему почивать на лаврах. Долгое время попытки их классификации только еще больше запутывали дело. Рыбы это или млекопитающие? «Эти животные необходимым образом связаны с царством млекопитающих, — решительно заявлял Линней, — но их привычки и поведение скорее напоминают рыб». У китов, указывал он, сердце снабжено клапанами и предсердием, как у млекопитающих, имеются легкие; эти теплокровные животные, как и млекопитающие суши, воспитывают своих детенышей. Что еще важнее, у них есть даже веки.

Вообще, широкой публике трудно было принять классификацию Линнея. В 1806 г. натуралист Джон Бигленд жаловался, что никакая классификация «не заставит большую часть человечества относится к киту как зверю, а не как к рыбе». Вероятно, Измаил, герой «Моби Дика», высказал точку зрения большинства людей XIX в., когда заявил: «Я присоединяюсь к мудрому старинному взгляду, согласно которому кит — рыба, и призываю святого Иону засвидетельствовать мою правоту».