Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Есть ли в природе общая идея?

• Рене Магрит «Чудесный остров»

Пришло время платить по счетам. В первой статье («Знание — сила», 1997, № 2) автор изложил свой взгляд на теорию Ч. Дарвина в свете современных знаний. Во второй статье («Знание — сила», 1997, № 3) познакомил читателя с системным подходом к эволюции и нарисовал общую картину совместных изменений планеты Земля и живой материи. В этой, заключительной статье автор, известный палеонтолог, дает свои ответы на «проклятые вопросы» эволюционной теории: — есть ли в живой природе общая идея? — «курица или яйцо» что было раньше? — что отбирает естественный отбор? — чем человек «лучше» бактерии?

Считается, что только повторяющиеся явления (или повторенные в эксперименте) позволяют обнаружить объективные закономерности. Единичное остается за пределами научных обобщений. Поскольку эволюция свершается единожды, то можно ли говорить об эволюционных закономерностях?

К счастью, для эволюционистов существует множество параллельных линий развития; кроме того, подобные процессы повторяются от эпохи к эпохе — на разных уровнях организации природных систем, и наконец, существует (пусть ограниченная) возможность начать все сначала.

У близких видов возникают одни и те же варианты признаков, причем параллелизм изменчивости проявляется с таким постоянством, что можно предсказать существование еще не обнаруженных вариантов. Следовательно, генетическая система направляет и ограничивает мутации генов. В этом сущность открытого Н. И. Вавиловым закона гомологических рядов.

Менее очевидный параллелизм неродственных организмов выражается в общности основных эволюционных тенденций- Так, млекопитающие животные и цветковые растения развивались пол знаком заботы о потомстве. У тех и других основное эволюционное новшество — это специальный продукт питания, молоко и эндосперм, укрепивший связь потомства с материнским организмом. Повышенная активность процессов обмена веществ способствовала развитию терморегуляции в одном случае и эффективной проводящей системы в другом. Наконец, возросшая (по сравнению с предками — рептилиями и голосеменными) пластичность дала широкие спектры жизненных форм, в том числе водных

Еще в додарвиновскии период был обнаружен удивительный параллелизм: «лестницы природы»,

развития эмбриона высших животных, проходящего ряд стадий, которые на поминают более примитивные формы, и палеонтологической последовательности организмов от более древних слоев к более молодым. Это явление, названное Л. Агассисом «тройственным параллелизмом», доказывало, что есть в природе какая-то универсальность, некая общая идея.

Повторение исторического развития в индивидуальном было сформулировано как особый «биогенетический» закон. В идеале зародышевое развитие должно быть чем-то вроде ускоренного прокручивания киноленты, на которой мелькают сначала некие черви и моллюски, затем рыбы, амфибии, рептилии и, наконец, млекопитающие, все более похожие на человека. В этой киноленте часть кадров вырезана, неразборчива или даже смонтирована в обратном порядке. Наследственная программа развития, как компьютер, уплотняет и сбрасывает информацию. Нередко наблюдается снятие конечных стадий, при котором взрослый организм сохраняет младенческие черты, повторяющие более или менее отдаленных предков (обезьяньи черты у человека).

Сейчас известен и четвертый тип параллелизма — биоцеиотический. Развитие биотическою сообщества на первой — пионерной — стадии характеризуется невысоким разнообразием и небольшой биомассой при высокой продуктивности и значительных «отходах» — накоплениях отмершего вещества (мортмассы). На последующих стадиях разнообразие, отношение биомассы к продуктивности и мортмассе возрастает, сообщество входит в равновесную климаксную фазу.

Совершенно так же на ранних этапах эволюции биосферы примитивные микробные сообщества характеризовались исключительно высокой продуктивностью и накоплением огромных объемов мортмассы (железорудные формации, строматолитовые постройки и другие) при относительно небольшой биомассе. Сквозная тенденция от появления жизни до наших дней заключалась в увеличении биомассы и биологического разнообразия, тогда как отношение продуктивности к биомассе и накопление мортмассы сокращались.

В том и Другом случае главенствующая роль переходит от видов с пионерной стратегией — активных колонизаторов, быстро размножающихся при высоком уровне смертности и резких колебаниях численности,— к более эффективным в использовании ресурсов среды, способным стабилизировать численность на оптимальном уровне. В том и другом случаях не происходит полного вытеснения пионерных видов, которые в зрелом сообществе выполняют функцию аварийной службы, восстанавливая локальные нарушения.

Хотя слишком прямолинейное сопоставление сообщества с организмом неоднократно подвергалось критике и климакс в отличие от дефинитивной стадии организма в природе выступает большей частью в качестве потенциального состояния, все же повторение эволюционных закономерностей в развитии сообщества позволяет провести аналогию с биогенетическим законом — повторением исторических стадий в индивидуальном развитии.

Далее, повторяют друг друга пучки расходящихся эволюционных линии, образуемые в последовательные геологические эпохи сменяющими друг друга группами организмов. Сначала рептилии, а затем млекопитающие, заполняя жизненное пространство, разделялись на вегетарианцев и хищников, сухопутные, водные, летающие формы, приобретая при этом заметное сходство со своими предшественниками (рыбами, ихтиозаврами, китообразными). Все эти виды параллелизма имеют общую природу: в них проявляются общие закономерности эволюции систем, и неудивительно, что развитие человеческого общества во многом, подобно биологической эволюции, укладывается в систему параллелизма. Оставив иллюзию собственной исключительности, мы увидим, что законы эволюции действительны и для человеческого вида.

Человек появился на поздней стадии эволюции биосферы как элемент ее биологического разнообразия. Подобно другим биологическим видам, человек на первых этапах своей эволюции взаимодействовал со средой обитания по принципу управления с обратной связью с неизбежными при этом резкими колебаниями численности Численность регулировалась «сверху» — хищниками и паразитами, «сбоку» — конкурирующими видами, «изнутри» — людоедством и умерщвлением детей, инфантицидом (следы которого остались в мифах) и «снизу» — истощением пищевых ресурсов. По мере того как первые три способа отступали на задний план, последний приобретал все большее значение.

У примитивных организмов стратегия выживания основана на росте численности, у высокоорганизованных — на поддержании популяционного равновесия. Для многих поколений людей прогрессивное общественное развитие прочно ассоциировалось с популяционным и экономическим ростом. Этому способствовало постоянное военное противостояние. Сейчас открывается возможность пересмотреть стратегию роста в пользу равновесия. Настоятельной необходимостью становится стабилизация численности. Если человечество хочет избежать регуляции численности «снизу» — истощением ресурсов, то необходима регуляция «изнутри» и по возможности не людоедскими методами.

Благая весть становится убедительнее, если засвидетельствовать се четыре раза кряду. Параллелизм — это многократное свидетельство общности всех открытых систем, закономерной направленности их эволюции.

Говоря о происхождении жизни, мы чаще всего имеем в виду какие-то структуры. Но жизнь, по верному замечанию Л. Берталланфи,— это скорее процесс, чем структура, процесс сохранения неравновесного состояния органической системы извлечением энергии из среды. Органические вещества, попадавшие в океан, вероятно, накапливались в виде нефтеподобной пленки. Основываясь на модельных опытах, можно предположить, что при высокой температуре и под действием ультрафиолетовых лучей здесь возникали протейнойдные микросфсры (вроде тех, которые получал американский исследователь С. Фокс, нагревая прозеиноидную смесь), полинуклеотиды и многослойные мембраны. Считают, что первичной матрицей была РНК, так как ее удается синтезировать без участия специализированных энзиматических систем.

Отношения между РНК-овыми частицами и протеиноидными микросферами могли складываться по типу хищник — жертва. На это указывает агрессивность вторгающихся в клетку нуклеиновых кислот РНК-овых вирусов, может быть, наиболее древних из сохранившихся до наших дней организмов, способных в то же время вступать в симбиотические отношения с генами хозяина. Первичные РНК-овые частицы также, вероятно, могли превращаться из хищников в симбионтов микросфер. Они таким образом приобретали белковый футляр и благодаря высокой избирательной способности по отношению к продуктам обмена стабилизировали внутреннюю среду микросферы.

Эволюционное решение известного парадокса «курицы и яйца» (для воспроизведения белков нужны нуклеиновые кислоты, для воспроизведения нуклеиновых кислот — белки, так что же было раньше — РНК, ДНК или белки?), по- видимому, заключается в том, что раньше не было ни «курицы», ни «яйца» в том виде, в каком мы их знаем сейчас.

Взаимоотношении между РНК-овыми, ДНК-овыми и белковыми частицами в ходе их совместной эволюции не оставались постоянными. Не только возрастала взаимозависимость, но происходила переоценка ценностей, превращение цели в средство и наоборот. Белковые тельца служили всего лишь футлярами нуклеиновых кислот. Но от футляров требовалась устойчивость, способность приспосабливаться к различным условиям. Со временем их самоценность возрастала, и теперь уже мысль о том, что ДНК избрала для своего воспроизведения трубкозубов и людей, звучит гротескно.

Мы, «футляры», считаем ее не более чем средством нашего воспроизведения и не без оснований, хотя следы прежних отношений еще различимы в механизмах, обеспечивающих устойчивость воспроизведения генетической матрицы в ущерб «футлярам». Один из таких архаичных механизмов — естественная смерть.

Мы располагаем лишь косвенными данными о начальных стадиях органической эволюции, но можем предположить, что уже тогда протекали процессы, неоднократно повторявшиеся в будущем, а именно переход антагонистических отношений в сотрудничество, «сборка» сложных конструкций из готовых блоков и «переоценка ценностей» со смешением отношений «цель — средство» в сторону формирующейся системы высшего ранга.

Как и в эволюции промышленного производства, решающее значение имело совершенствование технологии, позволявшее осваивать новые источники энергии и переходить на менее дефицитное сырье. Первые фотосинтетики, вероятно, использовали в качестве донора водорода не воду, а сероводород или другие высоковосстановленные соединения. Умение расщеплять воду давало независимость от сырья, запасы которого ограничены. Отходы жизнедеятельности — кислород, например,— вначале губительные для жизни, все больше вовлекались в воспроизводство, становясь жизненно необходимыми.

Одно из затруднений, с которым сталкивается теория эволюции, состоит в том, что естественный отбор, повышая приспособленность, ведет в одних случаях к усложнению, в других к упрощению, и если первое считается прогрессом, то второе по требованиям логики должно быть признано регрессом. Это противоречие также разрешается с помощью системного подхода.

В экологической системе с устойчивой структурой па первый план выдвигается взаимодействие элементов, которое ведет к разграничению функций и специализации. У согласованно развивающихся видев при этом складываются отношения дополнительности, сопровождающиеся утратой функций, которые передаются партнерам (упрощение), совершенствованием специализированных органов и появлением механизмов взаимодействия, как у растений и насекомых (усложнение). Интеграция в ряде случаев доходит до симбиоза и превращения как бы в один организм (лишайники). Есть основание полагать, что клеточные органеллы развились на основе симбиоза

В те годы, когда великие русские писатели-моралисты изливали свое презрение на естественные науки, которые открыли борьбу за существование, и разум, который не мог открыть любовь, русские ученые открыли природу лишайников - слившихся в единый организм представителей двух царств, растений и грибов (А. С. Фоминцын), а также происхождение клеточных органелл, хлоропластов и митохондрий от бактерий (К. С Мережковский, Б. М. Козо-Пслянский). Однако русская духовность больше ассоциировалась с писателем Д. С. Мережковским, чем с его братом—биологом, и до последнего времени никто не замечал, что в тени Толстого и Достоевского была осуществлена мечта гностиков сделать двух одним: впервые было произнесено слово «симбиогенез». Много лет спустя американская исследовательница Лин Маргулис обосновала симбиогенетичсское происхождение клетки эукариот, а другая американка, Ьарбара Макклинток, обнаружила подвижные генетические частицы вирусного происхождения, указывающие на симбиогенетическую природу генома.

Многоклеточный организм все еще несет следы симбиотического объединения различных простейших. Не случайно же мы имеем клетки со жгутиками и ресничками. Так в результате самопожертвования — упрощения и утраты самостоятельности — вражда превращается в любовь.

• Анри Руссо. «Девственный лес в Сансете» («Негр, атакованный леопардом»)

• Эдвард Хикс. «Мирное королевство»

• «Состояние, близкое к стационарному, поддерживается за счет внутренних механизмов регуляции численности видов и легко утрачивается при подключении внешних механизмов — прямого истребления или подрыва ресурсной базы».

Когда о тропическом лесе говорят как об устойчивой системе, то имеется в виду достигнутая этой сложной системой устойчивость внутренних условии, а не устойчивость к внешним воздействиям. Смешение этих понятий приводит к серьезным недоразумениям. Состояние, близкое к стационарному, поддерживается за счет внутренних механизмов регуляции численности видов и легко утрачивается при подключении внешних механизмов — прямого истребления или подрыва ресурсной базы. К сожалению, подобные системы не обладают достаточной упругостью, чтобы противостоять природным катастрофам и воздействию человека.

С распадом системы эволюционные тенденции оборачиваются вспять. Гонкие механизмы взаимодействия между видами разрушаются, сменяясь грубыми приспособлениями к абиотическим факторам (насекомоопыление ветроопылением). Так, специалист, сделавший блестящую карьеру в области медицины или юриспруденции, попав на необитаемый остров, утрачивает столь необходимые в прежней системе навыки и осваивает первичные профессии охотника, лесоруба, землепашца.

Виды выхолят из своей системной роли и оказываются лицом к лицу с неукрощенной стихией, которой на первых порах нечего противопоставить, кроме ускоренного развития и увеличения рождаемости. На смену узкой специализации приходит тенденция к расширению экологической ниши, повышению общей устойчивости к широкому спектру воздействий

Ускорение развития происходит таким образом, что организмы становятся половозрелыми, еще не достигнув полного развития, иногда на стадии личинки. Признаки незавершенного телесного развития с опережающим созреванием половой сферы обнаруживают практически все предковые формы крупных групп животного и растительного мира. Свойственны они и человеку, который похож не столько на взрослых человекообразных обезьян, сколько на их детенышей. Ускорение как бы снимает конечную фазу развития, а вместе с нею и признаки высокой специализации. Ибо специализированному виду — верблюду, например,— удобнее пройти сквозь игольное ушко, чем изменить направление эволюции И если не будете как дети, не войдете в следующий виток эволюционной истории.

Уже неоднократно отмечалась тавтологичность теории естественного отбора: выживают наиболее приспособленные, то есть те, что выживают.

Теория естественного отбора предполагает некоторую данность — набор параметров среды, к которой необходимо приспособиться. Если организм выживает и успешно размножается, значит он приспособлен. Она не объясняет, почему существа с ограниченной способностью к размножению, например слоны или люди, находятся в конце, а не в начале эволюционных линий.

Более продуктивно, по-видимому, рассмотрение этой проблемы в плане системных целей, ибо приспособленность — это способность существовать в системе. Если цель состоит в энергетической эффективности, то приспособление заключается в сужении экологической ниши (специализации) и сокращении численности до пределов, позволяющих сохранить устойчивость. Поскольку встречи между брачными партнерами становятся при этом более редкими (а с особями близких видов более частыми), то возникает необходимость в приспособлениях, обеспечивающих эффективность оплодотворения и изоляцию от других видов. Так, сложная система тропического дождевого леса содержит миллионы видов, представленных небольшим числом особей.

Если целью становится устойчивость к внешним воздействиям, то приспособление идет в сторону расширения ниши (деспециализации) и способности быстро наращивать численность. Так, миллионы леммингов периодически наводняют тундру и служат пищей даже северному оленю.

Наиболее очевидная ошибка традиционного эволюционизма состоит в отождествлении приспособленности с ростом численности, тогда как в действительности приспособленность состоит в сохранении равновесия.

Нам придется пересмотреть традиционные взгляды на естественный отбор и приспособление. Панглосовское отношение к эволюции, в которой все, что ни случается, к лучшему, заставляет видеть в естественном отборе положительное явление. Будучи основным эволюционным механизмом, отбор как будто должен совершенствоваться, становиться все более объективным. В действительности все высшие организмы (человек не исключение) располагают средствами для смягчения отбора (взаимопомощь, переадресовка агрессии, замена реальной конфронтации на символическую и т. д.). Прогресс закономерно ведет к уменьшению эффективности отбора. Ослабление отбора в человеческом обществе — не противоестественная, как нередко думают, а вполне естественная и прогрессивная тенденция.

О приспособленности традиционно судят по росту численности. Но быстро размножающиеся организмы могут увеличиваться в числе даже при очень высокой смертности. Их вклад в производство энтропии слишком велик, чтобы и\ можно было считать по-настоящему приспособленными. Повышение приспособленности следовало бы измерять отношением роста численности к уровню смертности. Тогда мы смогли бы, не впадая в порочный логический круг, определить, кто в самом деле наиболее приспособленный. Мы смогли бы также выбрать среди приспособлений, позволяющих сохранить популяцию, те, которые помогают сделать это с меньшими потерями. Это и есть прогрессивные приспособления.

Это противоречивое понятие нередко отождествляют с эволюцией как таковой. Если каждый раз побеждают все более приспособленные, то на сегодняшний день мы имеем самых приспособленных. Однако еще Вольтер высмеял прогрессистов, считавших, что все к лучшему (как Лейбниц, прототип Панглоса). Еще Дарвин заметил, что многие современные виды (брахиоподы, например) проще и, по всей видимости, примитивнее вымерших. У прикрепленных и паразитических организмов взрослые формы примитивнее своих личинок. И если динозавры победили териодонтов, чтобы в свою очередь потерпеть поражение от родственных териодонтам млекопитающих, то в чем же прогресс?

Оценивая прогресс по исходу конкурентной борьбы, мы неизбежно придем к мысли, что само это понятие имеет смысл лишь в отношении более или менее близких, конкурирующих между собой форм: прогресс рыб — это совсем не то, что прогресс пчел, и значит, вообще бессмысленно сравнивать рыбу и пчелу, как это делал когда-то К. Бэр. Прогресс тем самым приравнивается к специализации. И в самом деле, специализация в основном необратима, с нею связано большинство предсказуемых изменений (нетрудно предвидеть, скажем, развитие цепких конечностей у древесного животного или перепонок между пальцами у водного). Даже оценки по принципу «лучше — хуже» здесь не кажутся неуместными. Технологически кисть руки человека явно лучше обезьяньей, так как может выполнять гораздо больше операций. Все же многие считают специализацию эволюционным тупиком («закон Копа») и почти все считают, что она имеет предел. Во время кризисов специализированные формы вымирают в первую очередь. Простейшие в эволюционном плане гораздо долговечнее, чем появившиеся позднее более сложные организмы.

Попробуем определить прогресс не с позиции пчелы, рыбы или человека, а с точки зрения жизни как таковой. Антиподом жизни является смерть. Прогресс жизни, следовательно, заключается во все более успешном противостоянии смерти, а смысл совершенствования состоит в приближении к бессмертию.

В ходе прогрессивного развития жизни организмы становятся все более «живыми», уменьшается вероятность их гибели от непредвиденных причин. Когда сообщают, что после пронесшегося тайфуна пляж покрыт толстым слоем гниющих водорослей, погибли тысячи выброшенных на берег рыб и сотни птиц, несколько человек подучили ранения, им оказана медицинская помощь, то эти цифры сами по себе характеризуют прогресс.

Организмы, которые мы интуитивно (и совершенно правильно) воспринимаем как низшие, обладают почти неограниченными приспособительными возможностями, но приспособление дается им путем огромных потерь. Высшие организмы могут называться так не потому, что они сложнее или эффективнее, или ближе к нам, а потому, что платят меньшую дань смерти.

Лестница природы возникла потому, что и одноклеточные водоросли, и люди способны к устойчивому существованию в пространстве и времени, но первые существуют за счет производства огромного числа почти идентичных копий, большая часть которых неизбежно гибнет до естественного завершения жизненного цикла, образуя «отходы производства», тогда как вторые стремятся сохранить каждое индивидуальное существование и не допустить «отходов» (если не считать рецидивов стратегии одноклеточных в регрессивные периоды войн и революций).

В биосфере непрерывно происходит отмирание, обесценивание живой энергии — производство энтропии. Прогресс, как и в любой развивающейся системе, заключается в сокращении производства энтропии. •

Александр Семенов