На открытых пастбищах в Кении бродят стада зебр и слонов, а вблизи прогуливаются одинокие жирафы, страусы и гепарды. Полосатые лошади, гигантские серые звери с полутораметровыми носами и пятнистые кошки, способные обогнать джип. Если бы этих созданий не было на свете, в их существование было бы почти невозможно поверить.
В дождевых лесах водится множество более мелких животных. В пятнах солнечного света, проникающего через просветы в кронах деревьев, танцуют яркие бабочки, такие как красно-желтый геликониус или отсвечивающая металлическими искрами голубая морфо. Внизу, в лесной подстилке кричат покрытые красными и бирюзовыми пятнами ядовитые лягушки-древолазы, а ярко-зеленые муравьи-листорезы поглощены масштабным проектом по сбору урожая. Крупные хищники выходят ночью. Я никогда не забуду ужаса, охватившего меня при встрече с полутораметровой смертельно опасной копьеголовой змеей в полной темноте и тишине ночных джунглей в Белизе, как раз в тех местах, где водятся ягуары (мы видели лишь свежие следы, но хищники были совсем близко!).
Еще более странные и удивительные существа обитают в море. Попробуйте нырнуть — не слишком глубоко — вблизи кораллового рифа у берегов Австралии, и разнообразие рыб, кораллов и ракушек буквально бросится вам в глаза. Повсюду неоновые цвета, тела всех форм и размеров, фантастические рисунки, а время от времени мелькают тени гигантской морской черепахи, осьминога или стремительной акулы. Невероятное разнообразие размеров, строения и цвета тела животных вызывает серьезные вопросы, касающиеся происхождения форм животных. Как появилась каждая из форм? И как эволюционировало их разнообразие? Эти вопросы волновали биологов уже очень давно, еще во времена Дарвина, Уоллеса и Бейтса, да даже и раньше. Но лишь совсем недавно ученые нашли убедительные ответы на эти вопросы, и многие из них оказались настолько удивительными и глубокими, что в корне изменили наш взгляд на формирование мира животных и на наше место в нем. К написанию книги меня подтолкнул тот интерес, который все мы испытываем к формам живых существ, но моей целью было распространить этот интерес и восхищение на процесс создания формы, то есть на наши новые знания о биологических процессах, определяющих планы строения животных и их разнообразие. В основе многочисленных видимых элементов формы живых существ лежат удивительные процессы, которые прекрасны своей способностью превращать одну-единственную крошечную клетку в большое, сложное, высокоорганизованное, отличное от других существо; процессы, которые с течением времени создали мир, населенный миллионами существ с ярко выраженной индивидуальностью.
Эмбрионы и эволюция
Пытаясь разобраться в огромном многообразии животных, натуралисты первым делом попытались разбить их на группы, такие как позвоночные (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие) и членистоногие (насекомые, ракообразные, паукообразные и др.), однако между животными из разных групп, да и внутри одной и той же группы наблюдалось множество отличий. Что разнит рыбу и саламандру? Или насекомое и паука? Понятно, что леопард — это кошка, но ведь что-то отличает его от домашнего кота? А что отличает нас от наших двоюродных братьев шимпанзе?
Ключ к ответу на подобные вопросы — это четкое осознание того, что форма каждого животного является продуктом двух процессов: развития из яйца и эволюции от предковой формы. Для понимания того, как появилось все наблюдаемое разнообразие форм живых организмов, необходимо понять механизмы этих двух процессов и осознать их неразрывную связь. Попросту говоря, развитие — это процесс превращения яйцеклетки в эмбрион, а затем во взрослую особь. Эволюция формы происходит за счет эволюционных изменений самого процесса ее развития.
Оба эти процесса поразительны. Подумайте только, развитие сложного многоклеточного существа начинается с одной-единственной оплодотворенной яйцеклетки. А всего через день (у личинки мухи), через несколько недель (у мыши) или через несколько месяцев (у нас с вами) яйцеклетка превращается в миллионы, миллиарды или, как у человека, в триллионы клеток, формирующих органы, ткани и отдельные части тела. На свете не так много явлений (если они вообще есть), которые вызывали бы у нас такое удивление и благоговение, как превращение яйцеклетки в эмбрион, а затем во взрослый организм. Один из крупнейших биологов, последователь Дарвина Томас Гексли (Хаксли) писал:
Человек, изучающий Природу, восхищается все больше и удивляется все меньше по мере того, как знакомится с ее законами; но среди всех чудес, которые она представляет для изучения, возможно, наиболее достойным восхищения является развитие растения или животного из зародыша.
"Афоризмы и размышления", 1907.
О существовании связи между развитием и эволюцией биологам известно давно. И Дарвин в книгах "О происхождении видов" (1859) и "Происхождение человека и половой отбор" (1871), и Гексли в коротком шедевре "О положении человека в ряду органических существ" (1863) в значительной степени опирались на данные эмбриологии (те, что были известны в середине девятнадцатого века) для демонстрации связи человека с царством животных и для подтверждения теории эволюции. Дарвин призывал читателя представить себе, как мельчайшие изменения, происходящие в разные моменты и в разных частях тела, через тысячи или миллионы поколений, за временные промежутки длиной от десятков тысяч до нескольких миллионов лет, приводят к образованию множества форм, адаптированных к различным условиям и обладающих уникальными способностями. Именно к этому в двух словах сводится суть эволюции.
Суть доводов Гексли проста: мы можем удивляться превращению яйца во взрослое животное, но для нас это будничный факт. В таком случае, только отсутствие воображения мешает понять, каким образом изменения в этом процессе, накапливающиеся на протяжении больших временных отрезков, намного превышающих то, что может охватить человеческий опыт, создают разнообразие всего живого. Эволюция столь же естественна, как и развитие эмбриона.
Будучи естественным процессом того же рода, что и появление дерева из семечка или курицы из яйца, эволюция исключает творение и любое другое сверхъестественное вмешательство.
"Афоризмы и размышления", 1907.
Хотя Дарвин и Гексли были правы относительно роли развития в эволюции, на протяжении сотни с лишним лет после публикации их работ приблизиться к пониманию загадок развития практически не удалось. Вопрос о том, как простое яйцо дает начало полноценному организму, оставался одним из самых трудноразрешимых вопросов во всей биологии. Многие считали, что процесс развития безнадежно сложен и что для объяснения развития разных животных требуются совершенно разные подходы. Эта задача казалась настолько неразрешимой, что исследования в области эмбриологии, наследственности и эволюции, которые сто лет назад были тесно переплетены и формировали ядро биологического мышления, разделились и каждая из этих наук принялась изобретать собственные закономерности.
Поскольку развитие эмбриологии задержалось очень надолго, она не принимала никакого участия в так называемом современном синтезе эволюционных идей (другое название этого направления — синтетическая теория эволюции), который возник в 1930-1940-х гг. Десятилетия спустя после выхода в свет трудов Дарвина ученые все еще пытались понять механизм эволюции. В момент создания "Происхождения видов" механизм передачи наследственных признаков не был известен. Работы Грегора Менделя были заново открыты биологами лишь спустя десятилетия после их публикации, и до начала 1900-х гг. генетика не развивалась. Специалисты в разных областях биологии использовали совершенно разные подходы к изучению эволюции. Палеонтологи концентрировались на очень больших временных интервалах, анализе окаменелостей и эволюции крупных таксонов. Систематиков волновали проблемы вида и видообразования. Генетики по большей части исследовали изменчивость признаков лишь у нескольких модельных видов. Эти области научных исследований не были связаны между собой, а порой и соперничали, пытаясь доказать, что каждая из них вносит больший вклад в эволюционную биологию. Гармония была достигнута постепенно, в результате интеграции взглядов на эволюционные процессы на разных уровнях. Книга Джулиана Хаксли "Эволюция: современный синтез" (1942) обозначила возникновение этого союза и признание всеми двух основных идей. Первая идея: постепенная эволюция может быть результатом небольших генетических изменений, создающих вариации, которые становятся материалом для естественного отбора. Вторая идея: эволюция на уровне крупных таксонов и в более крупных масштабах может объясняться теми же постепенными эволюционными изменениями, происходящими за более длительные промежутки времени.
