Эдвард Осборн Уилсон
Эусоциальность
Примером относительно быстрой эволюции был рост мозга у гоминид: с 900 см3 у Homo habilis до 1400 см3 у их потомков – Homo sapiens. Напротив, виды цикад и крокодилов по большинству признаков почти не изменились за последние 100 млн лет. Поэтому их обоснованно называют «живыми ископаемыми».
Теперь рассмотрим вопрос социобиологии, имеющий принципиальное значение для понимания эволюции биологической организации. Это фенотипическая пластичность, то есть объем изменчивости фенотипа (совокупности признаков, предписываемых генотипом), определяющийся средовыми различиями. Тип и пределы пластичности, поскольку они также являются генетическими признаками, тоже могут эволюционировать. В одной из крайних точек предписывающие пластичность гены могут определяться естественным отбором, допуская только один признак из множества возможных, например цвет глаз, наследуемый конкретным человеком. В другой точке пластичность также может эволюционировать, порождая множество возможных исходов, соответствующих тем вызовам, которые ставит перед видом среда.
В этом случае фенотипическая пластичность все равно предписывает строго генетическое правило, например: ешь свежую еду, избегай испортившихся продуктов (если только ты не падальная муха или стервятник).
Запрограммированная фенотипическая пластичность может иметь гораздо больше нюансов, чем способно передать любое краткое определение. Например, генотип представителей вида может измениться таким образом, чтобы предписывать то, что психологи называют подготовленным обучением, – склонность к тому, чтобы быстро учиться и отвечать на определенные стимулы сильнее в сравнении с другими подобными стимулами. Здесь часто используется термин «импринтинг». Детеныш может за один раз запомнить определенную форму или запах из множества ему подобных и впоследствии давать нужную реакцию только на него. Вылупившиеся гусята могут привязываться не только к своей матери-гусыне, а к первому увиденному ими быстро движущемуся объекту. Новорожденная антилопа запечатлевает по запаху свою мать, а та, в свою очередь, тоже реагирует на запах своего детеныша. Муравей запоминает запах своей колонии в течение нескольких дней – от вылупления из яйца до полного созревания – и сохраняет лояльность к своей колонии до конца жизни. Если рабочий муравей, будучи еще несозревшей куколкой, оказывается захвачен муравьями-рабовладельцами, то происходит импринтинг запаха чужой колонии, и муравей будет атаковать своих сестер по колонии, в которой появился на свет.
Крайне важным примером фенотипической пластичности является нильский бишир (Polypterus bichir) – один из видов рыб, имеющих два органа дыхания и способных выбираться из воды и ползать по суше. Бишир и другие двоякодышащие рыбы часто упоминаются как близкие родственники животных, вышедших из воды на сушу около 400 млн лет назад, в палеозойскую эру, и впоследствии эволюционировавших в наземных амфибий. Другими словами, это та эволюционная линия, что перешла из одного мира в другой. Серия экспериментов, недавно проведенных исследовательской группой Эмили Станден из Университета Оттавы, добавляет достоверности этому сценарию. Исследователи восемь месяцев содержали только что вылупившихся мальков бишира на суше, после чего сравнивали их с другими биширами, выращенными в воде. Выросшие на суше биширы ползали более быстро и ловко, чем выросшие в воде. Они держали голову выше и меньше размахивали хвостом. Изменилась даже их анатомия: кости в передней части тела росли так, что плавники стали лучше исполнять функцию ног.
Пример этого и других ныне живущих видов показывает, как пластичная экспрессия генов в анатомии и поведении может облегчать значительные адаптационные перемены – и вполне могла делать то же самое в ситуации главных эволюционных переходов.
Соответственно, если следовать этой логике, разделение на касты среди муравьев и термитов было достигнуто эволюцией за счет предельных форм фенотипической пластичности. Такое открытие сделал Дарвин, и, по его словам, именно оно помогло сформулировать теорию эволюции путем естественного отбора. Рабочие муравьи – значительно измененные стерильные самки – весьма озадачили великого натуралиста. В «Происхождении видов» он пишет: «Я не стану останавливаться здесь на этих различных случаях и ограничусь разбором одной особой трудности, которая сначала казалась мне непреодолимой и действительно роковою для всей теории. Я имею в виду бесполых, или стерильных, самок в сообществах насекомых, ибо эти бесполые особи нередко очень сильно отличаются по инстинкту и строению как от самцов, так и фертильных самок и, будучи стерильными, не могут производить себе подобных»[1].
Идея, представленная Дарвином в «Происхождении видов», – это первое упоминание понятия об эволюции пластичности генов. В этой работе также впервые вводится теория группового отбора, при котором под действием наследственных признаков происходит расширенная социальная эволюция целых колоний, а не только отдельных особей внутри колоний, которые (колонии), в свою очередь, становятся целью естественного отбора:
Однако эта трудность, хотя и кажется непреодолимой, уменьшается и, по моему мнению, даже совершенно исчезает, если вспомнить, что отбор может быть применен к семье так же, как и к отдельной особи, и привести к желательной цели. Так, обладающий приятным вкусом овощ оказывается в котле и погибает; но овощевод сеет семена того же вида и ожидает получить примерно такой же урожай… Отсюда мы должны заключить, что слабые модификации в строении и в инстинкте, стоящие в связи со стерильностью некоторых членов сообщества, оказались полезными: фертильные самки и самцы благодаря этому процветали и, в свою очередь, передали своим размножающимся потомкам склонность производить стерильных особей с теми же модификациями. Этот процесс должен был повторяться много раз, прежде чем образовалось это удивительное различие между фертильными и стерильными самками одного и того же вида, которое мы наблюдаем у многих социальных насекомых[2].
Дарвин предвосхитил открытие этих двух процессов – контролируемой пластичности в экспрессии генов и группового отбора – и создал теорию эволюции путем естественного отбора. Далее я продемонстрирую, как все это приводит нас к современному пониманию величайших достижений эволюции, в том числе происхождения сообществ и нашего места в мире.
2
Великие эволюционные переходы
Биологическая история Земли началась со спонтанного возникновения жизни, которая развивалась миллиарды лет в процессе формирования клеток, органов и организмов и в ходе последнего этапа – относительно короткого, он начался около 2–3 млн лет назад – создала вид, способный разобраться в том, как все это происходило. Человечество, наделенное постоянно развивающимся языком и силой абстрактного мышления, сумело отчетливо представить себе этапы, приведшие к появлению человека. Эти этапы называют «великими эволюционными переходами». Вот они:
1. Возникновение жизни.
2. Появление сложных (эукариотических) клеток.
3. Возникновение полового размножения, что создало условия для управляемой системы обмена ДНК и воспроизводства видов.
4. Появление организмов, состоящих из множества клеток.
5. Возникновение сообществ.
6. Возникновение языка.
В наших с вами телах есть следы каждого из этих великих переходов; история жизни записана в нас. Первыми появились микробы, представленные современными видами бактерий, обитающих в нашем пищеварительном тракте и других органах, – численность этих микроорганизмов в 10 раз выше, чем клеток, несущих нашу собственную ДНК. Далее идут генетически-человеческие клетки, предки которых были созданы путем слияния микробных клеток, впоследствии трансформировавшихся в митохондрии, рибосомы, ядерные оболочки и другие компоненты, обеспечивающие эффективную работу современных клеточных формаций. Эти клетки называют эукариотическими, отличая их от прокариотических клеток бактерий. Следующими в нашем личном телесном «учебнике истории» идут составленные из массы эукариотических клеток органы – первыми их обладателями стали медузы и губки, обитавшие в древних морях. Далее – человеческая личность, запрограммированная на формирование сообществ, организуемых посредством сложного сочетания языка, инстинкта и социального опыта. И вот мы стоим, ходим, а когда взволнованы – бегаем. Каким-то образом, не имея определенной цели, за 3,8 млрд лет мы во всей этой суматохе дошли до нашего нынешнего состояния и продолжаем нести в себе следы перипетий мутаций и естественного отбора – прямоходящие, двуногие, поддерживаемые костями мешки с соленой водицей, движимые системами управления, возникшими еще в эру рептилий. Многие химические соединения, циркулирующие в наших водянистых телах (на жидкости приходится 80 % от общей массы тела человека), примерно такие же, как и те, что наполняли воды древнего океана. Философия и литература зачастую все еще подпитываются широко распространенным представлением о том, что все доисторические и исторические события – каждый великий переход – служили для того, чтобы на Земле появились мы. Некоторые утверждают, что все, произошедшее за 3,8 млрд лет, с момента зарождения жизни, было предназначено исключительно для нас. Исход Homo sapiens из Африки и распространение по всему обитаемому миру якобы были неким образом предопределены. Нам было предначертано править этой планетой; обращаться с ней так, как мы пожелаем – наше неотчуждаемое право. Это заблуждение, как я полагаю, и определяет мировоззрение человечества.
Рассмотрим великие переходы более детально. Первый переход – это собственно возникновение жизни. Представить его наглядно непросто. Хотя в общих чертах это событие описано довольно точно, по части мелких деталей все еще есть неопределенность. Первые организмы на Земле, имевшие значительное сходство с бактериями и археями, самоорганизовались в воспроизводящиеся системы из практически бесконечного набора случайных комбинаций молекул, наполнявшего древний океан. Точное место обитания первых живых организмов неизвестно, однако специалисты склонны полагать, что, скорее всего, этим местом были подводные кратеры вулканов. Сейчас разломы земной коры на океаническом дне постоянно подогревают и перемешивают насыщенную химическими соединениями воду, то же самое происходило и в древних морях. Эта сложная смесь из потоков воды и пены с растворенными в них веществами создает физические и химические градиенты и служит естественной лабораторией для множества случайных «экспериментов» с молекулами.
Как все началось? Мы будем гораздо лучше понимать, где и как зародилась жизнь, когда биологам удастся создать ее из неживой материи – взять синтезированные в лаборатории соединения и сконструировать организмы, сравнимые с ныне живущими.
Мы узнаем еще больше, если найдем жизнь на других планетах, будь то далекие звездные системы или наша собственная. Одним из очевидных мест для поисков в Солнечной системе являются водоносные горизонты Марса, залегающие на глубине около 1 км. Осталось только до них докопаться! Вероятно, более многообещающим местом является покрытый толстым льдом океан Европы – одного из спутников Юпитера. Добраться до его вод можно благодаря глубоким разломам на поверхности. Если мы пробурим лед до жидкой воды, то сможем выяснить, что же там происходит. Инженерное решение подобного масштаба было недавно реализовано в ходе бурения толстого ледника в Антарктике, в результате чего ученые смогли получить образцы воды озера Восток, изолированного от внешнего мира в течение нескольких миллионов лет. Там было обнаружено удивительное многообразие организмов, сейчас ожидающих серьезного биологического исследования.
Также одним из первоочередных кандидатов является спутник Сатурна Энцелад, где жидкая вода может быть не только в подповерхностном океане – определенное количество, вероятно, собирается на поверхности в результате постоянных извержений. Вода немедленно испаряется и входит в состав кольца вокруг Сатурна, формируемого Энцеладом, но (возможно!) успевает на какое-то время сформировать водоемы. А там…
И создание искусственных организмов, и обнаружение внеземной жизни имели бы огромное значение для науки и дали мощный импульс ее развитию – эти события следовало бы назвать седьмым и восьмым великими переходами на этой планете.
Вторым важнейшим достижением эволюции стала трансформация клеток бактерий в значительно более сложные эукариотические клетки – из них состоят собственно части наших тел. На этом этапе, около 1,5 млрд лет назад, клетки приобрели митохондрии, ядерные оболочки, рибосомы и другие органеллы – «маленькие органы», что главным образом происходило за счет захвата одних клеток другими. Ансамбль органелл добился более успешного разделения труда между элементами каждой клетки. Это достижение послужило началом для возникновения более крупных и сложных организмов.
