Перед наукой зачастую встают сложные задачи, и, хотя мы до сих пор не понимаем, как возникла каждая из биохимических систем, с каждым днем мы узнаем об этом все больше. В конце концов, изучение эволюции биохимических процессов – пока еще очень молодая область исследований. Если история науки нас чему и учит, так это тому, что победить наше неведение можно, лишь продолжая исследования, но не сдавшись и не приписывая наше невежество чудесной работе верховного творца. Если услышите, что кто-то утверждает обратное, просто вспомните слова Дарвина: «Невежество гораздо чаще приводит к самоуверенности, нежели знание: малознающие, а не многознающие любят так уверенно утверждать, что та или иная задача никогда не будет решена наукой». Таким образом, оказывается, что, в принципе, эволюции ничего не стоило создать сложные биохимические системы. Но как насчет времени? Действительно ли естественному отбору хватало времени на то, чтобы создать и сложные адаптации, и разнообразие форм жизни? Конечно, мы знаем, что у организмов было достаточно времени на то, чтобы эволюционировать – это подтверждается хотя бы палеонтологической летописью, – но достаточно ли силен был естественный отбор, чтобы производить такие перемены?
Один из возможных подходов состоит в том, чтобы сравнить темп эволюции в палеонтологической летописи с темпом, который мы наблюдаем в лабораторных экспериментах, где применяется искусственный отбор, или с историческими сведениями об эволюционных изменениях, которые произошли, когда виды колонизировали новую среду обитания в исторически установленные промежутки времени. Если эволюция, регистрируемая в палеонтологической летописи, оказалась бы намного быстрее, чем в лабораторных экспериментах или в ситуациях с колонизацией (в обоих случаях происходит сильный отбор), то возможно, нам пришлось бы задуматься, а вправду ли отбор может объяснить изменения, наблюдаемые у ископаемых. Но на самом деле результаты прямо противоположны. Филип Джинджерич из Мичиганского университета показал, что в лабораторных экспериментах или по результатам изучения случаев колонизации темп изменения размеров и формы тела животных оказывается во много крат быстрее, чем изменения ископаемых видов. При этом в случае отбора во время колонизации перемены происходят в 500 раз быстрее, чем у ископаемых, а в случае лабораторного эксперимента, имитирующего отбор, – почти в миллион раз быстрее. И даже самым быстрым изменениям в палеонтологической летописи не сравниться по темпу с самыми медленными изменениями, которые наблюдаются, когда человек производит отбор в лабораторных условиях. Более того, средний темп эволюции, наблюдаемый при исследованиях случаев колонизации, достаточно велик, чтобы при таком темпе всего за 10 000 лет мышь выросла до размеров слона!
Какой из этого следует вывод? Естественный отбор совершенно адекватно объясняет изменения, которые мы видим в палеонтологической летописи. Одна из причин, по которой этот вопрос вообще задают, состоит в том, что люди не способны оценить и понять, в каких колоссальных масштабах времени приходится работать естественному отбору. В конце концов, мы эволюционировали таким образом, чтобы справляться с тем, что происходит в течение нашего жизненного срока – возможно, на протяжении большей части нашей эволюционной истории этот срок составлял около 30 лет. Поэтому временной отрезок в 10 миллионов лет нам просто невозможно представить.
Наконец, можно ли достаточно убедительно объяснить естественным отбором такой по-настоящему сложный орган, как глаз? Глаз-«камера» позвоночных (и таких моллюсков, как кальмар и осьминог) некогда был излюбленным объектом креационистов. Обратив внимание на сложное строение зрачка, роговицы, хрусталика, сетчатки и т. д. (все это должно слаженно работать вместе, чтобы создавать зрительный образ), противники естественного отбора провозгласили, что глаз не мог сформироваться постепенно, шаг за шагом. Какая польза могла быть от недоглаза?
Дарвин в «Происхождении видов» ответил на это утверждение и блистательно опроверг его. Он проанализировал существующие биологические виды, чтобы проверить, не найдутся ли среди них обладатели функциональных, но не столь сложных глаз, которые бы не только работали, но и могли бы быть выстроены в гипотетическую последовательность, показывающую, как мог эволюционно развиться глаз-«камера». Если это возможно (а это возможно), тогда аргумент, что естественному отбору не под силу создать глаз, рушится, потому что глаза существующих видов очевидно функциональны. Каждое улучшение глаза несет очевидные преимущества для особи, потому что помогает ей успешнее находить пищу, избегать хищников и ориентироваться в окружающей среде.
Возможная последовательность таких изменений начинается с простых глазных пятен, состоящих из светочувствительного пигмента, какие встречаются у плоских червей. Затем кожа собирается в складки, создавая углубление, которое защищает глазное пятно и позволяет ему лучше определять источник света. Такие глаза у моллюсков – морских блюдечек. У головоногого моллюска под названием наутилус, или кораблик, мы наблюдаем дальнейшее сужение устья этого углубления, что позволяет получать более качественное изображение, а у многощетинковых червей семейства нереид углубление прикрыто прозрачной пленкой, защищающей устье. У брюхоногих моллюсков морских ушек (галиотисов) часть глазной жидкости сгустилась и образовала хрусталик, который помогает фокусировать свет, и у многих видов, в том числе у млекопитающих, близлежащие мышцы перепрофилировались, чтобы изменять форму хрусталика для фокусировки зрения. Эволюция сетчатки, оптического нерва и всего остального осуществляется с помощью естественного отбора. Каждый шаг этой гипотетической серии переходных этапов демонстрирует увеличение степени адаптации у обладателя глаза, потому что она позволяет глазу собирать больше света или формировать более четкие зрительные образы, а ведь и то и другое помогают выживанию и размножению. Каждый шаг этого процесса правдоподобен, потому что его можно наблюдать у отдельно взятого ныне существующего биологического вида. В конце этой последовательности получаем глаз, работающий по принципу камеры, чья адаптивная эволюция кажется до невозможности сложной. Однако сложность этого окончательного варианта глаза можно разложить на последовательность маленьких адаптивных шагов.
Но мы можем не только выстроить адаптивную последовательность, анализируя строение глаз существующих видов. Можно сделать кое-что еще более убедительное: начав с простого предшественника, смоделировать эволюцию глаза и посмотреть, превратит ли естественный отбор этого предшественника в обладателя более сложных глаз за разумный срок. Дан-Эрик Нильссон и Сюзанна Пелджер из Лундского университета в Швеции создали подобную математическую модель, начав с пятна светочувствительных клеток, снабженных пигментным слоем (сетчаткой). Затем они позволили тканям вокруг этой структуры произвольным образом деформироваться, ограничив объем изменений до 1 % размера или толщины на каждом из шагов. Чтобы имитировать естественный отбор, модель принимала только «мутации», которые улучшали качество изображения и отвергала ухудшавшие.
За поразительно короткий срок модель развилась в сложный глаз, пройдя стадии, сходные с развитием глаз у настоящих животных, описанные выше. Глаз начал формироваться внутри, создавая чашу, которая, в свою очередь, прикрылась прозрачной тканью, а внутренность чаши приобрела гелеподобную консистенцию, а затем сформировался не просто хрусталик, но хрусталик с параметрами, которые давали изображение наилучшего качества.
