Неудивительно, что многие эволюционисты ведут родословную остальных животных именно от личинок, а не от взрослых губок – каменных труб7, 11. Согласно этой версии получается, что все животные – это вариации личинки губки, точно так же как все эукариоты, строго говоря, – ветвь архей.
Базовая форма «желудок»
Японское искусство складывания бумаги, оригами, основано на бесконечной сложности, которая возникает, если простые изменения простых форм имеют возможность накапливаться. Самолетик можно сложить хоть из салфетки. Чтобы сложить журавля, нужна бумага, которая лучше держит складки, то есть лучше сохраняет историю произведенных с ней изменений. Самые сложные модели – реалистичные лошади, драконы, насекомые – требуют особой бумаги со слоем фольги, способной удержать сотни мелких складок.
Суть оригами не в геометрии отдельных складок и не в разнообразии способов сгибать бумагу (хотя бывает и такое). Суть оригами – в наложении одних складок на другие. Здесь принципиальна последовательность событий. Этим фигура оригами отличается, например, от скульптуры: в какой последовательности лепить уши, нос и рот гипсовому бюсту – не так важно.
Развитие животных можно сравнить с оригами. Это тоже процесс возникновения сложности из простоты в результате последовательности простых изменений. Точно так же как новые модели оригами возникают путем добавления складок, новые модели животных возникают путем добавления новых этапов развития. В эволюции животных новые планы строения не появляются с нуля и не замещают старые, а надстраиваются над ними.
В результате возникает типичная в зоологии ситуация: чем животные моложе, тем они больше похожи друг на друга, а с каждой новой «складкой» различия между ними становятся более очевидными. Все животные начинаются с зиготы, точно так же как все модели оригами начинаются с квадрата бумаги. Каждая новая складка – это новая развилка, новая степень свободы, новая возможность для развития, которую можно продолжать видоизменять в разных направлениях.
Многие модели оригами начинаются с одних и тех же «базовых форм» – простых последовательностей складок, задающих квадрату бумаги самые общие очертания будущей модели. Сами же базовые формы происходят из других, более базовых форм. Из базовой формы «двойной квадрат» можно сложить простую корзинку, а можно добавить к ней несколько складок и получить базовую форму «лягушка», у которой больше возможностей – из нее складываются не только лягушки, но и, например, лилии.
Эволюция животных – это прежде всего эволюция «базовых форм». Поскольку эти базовые формы не возникают с нуля каждый раз, а надстраиваются друг над другом, в эмбриональном развитии одних видов часто угадываются другие виды. Все мы проходим через стадию, напоминающую личинку губки, стадию, напоминающую медузу, стадию, напоминающую червяка, и стадию, напоминающую рыбу. От этого создается впечатление, что губки – это недоразвитые медузы, а медузы – недоразвитые люди. Это не совсем так. Бумажная коробочка, сложенная из «двойного квадрата», это не недоделанная бумажная лягушка. Просто она основана на базовой форме, требующей меньшего количества складок.
Прелести полости
Личинки губок под названием амфибластулы – это замкнутые, полые сферы толщиной в одну клетку (бывают у губок и другие личинки, заполненные клетками внутри, но нас интересует именно этот, полый вариант). Обычно они ничего не едят и выживают за счет питательных веществ, накопленных сидячим родителем-фильтратором12. Стенка такой личинки состоит из непрерывного частокола клеток, крепко связанных, плотно прижатых друг к другу и как бы наклеенных на подошву из белка коллагена
[15]. Такая замкнутая оболочка из клеток называется эпителием.
Эпителий – это нечто очень знакомое. Мы уже сталкивались с идеей изоляции внутреннего от внешнего при помощи тонкой, полупроницаемой, герметично замкнутой капсулы. Эпителий – это как бы клеточная мембрана, сделанная из клеток.
Зоологи обожают эпителии и полости, которые этими эпителиями замкнуты. На лекции по зоологии можно подумать, что животные состоят исключительно из полостей. Но эта страсть возникла не на пустом месте. Полость, ограниченная эпителием, как опять-таки показывает пример клетки, окруженной мембраной, – вещь действительно полезная. Точно так же как мембрана создает физический барьер, позволяющий ДНК, РНК и белкам сотрудничать, эпителий создает физический барьер, позволяющий сотрудничать клеткам в организме. Например, без эпителиев сложно представить гормоны: чтобы они работали, нужно замкнутое пространство, иначе бы гормоны просто утекали наружу. Личинке губки замкнутая полость тела нужна, например, чтобы удерживать внутри симбиотических бактерий, помогающих с пищеварением или добычей энергии, совсем как эукариотические клетки удерживают внутри митохондрии и хлоропласты14.
Параллели между клетками и личинками губок на этом не заканчиваются. В истории одноклеточных главная революция – эукариогенез – произошла, когда мембрана превратилась из стационарного барьера в подвижный элемент клеточного строения, который гнется, почкуется и обволакивает. Эукариотическая клетка набита многочисленными слоями, пузырями, цистернами и прочими полостями из мембран. Именно благодаря этому эукариотические клетки достигают невообразимой по бактериальным стандартам сложности строения.
Очень похожая революция произошла и в царстве животных. Согласно наиболее популярной версии происхождения «настоящих метазой» (Eumetazoa – так называются все животные, помимо губок), на каком-то этапе шарообразная губка-личинка, будто бы вдохновившись легендарными подвигами своих одноклеточных предков, вогнулась своим эпителием сама в себя – точь-в-точь как эукариот, приспособивший свою мембрану под эндоцитоз.
Вогнувшись внутрь с одной стороны, как сдавленный шарик для пинг-понга, личинка губки одним этим маневром изобрела кишку (главную полость животного организма – не зря же в слове «животное» корень живот) и рот – специальный клапан, который, закрываясь, делает кишку замкнутой полостью. О том, насколько важными были последствия этого пируэта, свидетельствует тот факт, что его на каком-то этапе до сих пор проделывает каждое «настоящее» животное, включая любого из нас. Это ключевой этап нашего эмбрионального развития. Он называется гаструляцией, то есть «ожелудочиванием»
[16].
