Ревизия биологических вех

Рафаил Нудельман • 17 января 2017
Как известно, в ходе биологической эволюции на Земле то и дело происходили перерывы, когда в результате той или иной (климатической, геологической, космической и т.п.) катастрофы погибали многие прежние виды, а освободившиеся жизненные ниши захватывали новые

    Вдохновленные успешной дешифровкой человеческого генома, биологи-эволюционисты, собравшиеся в сентябре в американском Музее естественной истории в Нью-Йорке, заговорили о желательности сделать нечто аналогичное и столь же фундаментальное в своей области, а именно — создать «современное» Дерево Жизни. Задача хоть и изложена скромно, но грандиозна по существу: собрать и проанализировать все имеющиеся в распоряжении современной биологии данные, на основании которых можно было бы построить «дерево биологической эволюции на Земле» от простейших первичных микроорганизмов и до появления человека.

    Такие «деревья эволюции» уже не раз строились раньше, и каждый раз они воплощали в себе всю совокупность знаний соответствующего периода развития науки. Так что предстоит огромная работа, и американская Национальная федерация науки уже признала ее значение, выделив специальные средства для соответствующих исследований. Предстоит объединить — и при этом согласовать друг с другом — найденные исследователями за последние десятилетия десятки небольших таких «деревьев», или субдеревьев, которые показывают развитие друг из друга различных (от 100 до 1000) видов одного и того же семейства или нескольких близких семейств. К сожалению, пока что эти уже построенные субдеревья охватывают лишь историю примерно 50 тысяч видов, а всего этих видов на Земле насчитывается сегодня 1,75 миллионов!

    Одна из важных задач новой программы — окончательно уточнить порядок происхождения одних видов из других и степень их родства (что, кстати, очень важно для генетических исследований и медицинских целей); но, опять же к сожалению, это порой трудно сделать — и чем дальше в глубину миллионолетий, тем труднее. Оказывается, уже растения очень трудно выстроить в строгом и однозначном эволюционном порядке, а происхождение друг из друга бактерий, архей, сине-зеленых водорослей и т.п. порой вообще представляет собой неразрешимую (пока) головоломку. Вот один из множества примеров такого рода трудностей: клетки одного из видов водорослей имеют два хлоропласта (фотосинтезирующих органа), причем один из них явно появился в этой клетке, когда какой-то ее предок сожрал другую клетку, уже содержавшую в себе свой хлоропласт. Все вместе это напоминает матрешку, с той разницей, что тут неизвестно, кто именно кого съел первым, то есть кто из кого произошел.

    Биологи-эволюционисты уже потирают плотоядно руки, предвидя, что их новая программа потребует больших денег, множества исследований и большого числа новых рабочих мест. Они даже придумали уже название для той новой науки, которая возникнет на основе этой программы — она будет называться «филоинформатика», от слова «филиалис» — сыновний. Но мы сейчас хотели бы обратить внимание на еще одну принципиальную трудность, стоящую на пути становления новой науки.

    Речь идет о так называемых биологических катастрофах. , зачастую возникшие именно в ходе этого катаклизма. Эти катаклизмы повторялись с такой частотой, что два биолога, Нильс Элдридж и Стивен Дж.Гулд, выдвинули даже гипотезу, согласно которой эволюция вообще происходит не совсем по-дарвиновски — не путем медленного и постепенного появления все новых и новых видов, а «пунктирно», через посредство биологических катастроф: именно эти короткие (в масштабе истории Земли) отрезки времени являлись, по мнению Элдриджа-Гулда, периодами бурного появления новых видов, тогда как сотни миллионов лет между ними были промежутками относительного эволюционного «затишья», дарвиновской «постепенной и медленной» эволюции уже возникших (в ходе катаклизмов) видов.

    Пунктир таких «биологических вех», или, если угодно, «километровых столбов эволюции», начинается, несомненно, со знаменитого «Кембрийского взрыва» , когда примерно 550 миллионов лет назад разом возникли предки многих нынешних форм жизни. Во всяком случае, современная наука не знает ничего о катаклизмах, которые предшествовали бы этому. Зато она знает много последующих: пять «главных» биологических катастроф (Фресне-Фаменнианскую, или Ф-Ф, — 364 миллиона лет назад, Пермско-Триассову — 250 миллионов лет назад, Мелово-четвертичную, или динозаврову, — 65 миллионов лет назад и т.д.) и еще с полдюжины рассеянных между ними более мелких, вроде Сеноманьянско-Туронианской (С-Т), произошедшей 94 миллиона лет назад и уничтожившей, как считается, 26 процентов существовавших в ту пору видов морской жизни. Понятно, что точные данные о результатах каждой такой катастрофы: какие виды погибли в результате нее, какие возникли — чрезвычайно важны также для построения обсуждавшегося выше Дерева Жизни. И до сих пор считалось, что такие данные, в общем, уже имеются.

    А теперь это поставлено под сомнение.

    Вот как это произошло. Группа английских палеонтологов во главе с Эндрью Смитом из Музея естественной истории в Лондоне задумалась над тем, насколько в действительности достоверны сведения о масштабах С-Т катастрофы. Их сомнения вызывали два обстоятельства. Во-первых, все эти сведения получены из изучения осадков в двух местах — в Западной Европе и Северной Америке, и не потому, что катастрофа произошла именно там, а потому что эти места ближе всего к крупным научным центрам. Совпадут ли эти сведения с данными из других мест? Во-вторых, эти данные получены при изучении осадков, отложившихся, когда уровень Мирового океана был высок и Европа почти вся была покрыта морями. Моря эти были мелкими, и при опускании уровня воды быстро высохли, так что эрозия имела много времени (почти 90 миллионов лет), чтобы разрушить останки существ той эпохи. По всему по этому группа Смита решила изучить аналогичные осадки в других местах и сравнить результаты с уже имеющимися данными.

    Оказалось, что расхождения не просто велики, а принципиальны. Вот один пример. Из 29 видов морских существ, считавшихся погибшими во время С-Т катастрофы, свыше половины были обнаружены в более поздних слоях, через 20 миллионов лет после события. Это означает, что они «погибли» только в тех осадках, которые изучались раньше, проще говоря — там они были уничтожены эрозией. Еще семь новых видов, появившихся после катастрофы, оказались так похожи на виды, жившие до нее, что исследователям пришлось заключить, что они в действительности никуда не исчезали, а всего лишь «трансформировались». В целом, это говорит о том, что масштабы катастрофы были далеко не такими радикальными, как это думалось раньше на основании не вполне надежных, как теперь очевидно, данных.

    Значение этой «переоценки ценностей» выходит за рамки одной лишь С-Т катастрофы. Поскольку многие другие аналогичные события и даже некоторые из пяти «больших катастроф», вроде Пермско-Триассовой, тоже происходили в период «высокого стояния» Мирового океана, данные об их размахе тоже могут быть преувеличены. И действительно, на недавней конференции в Эдинбурге американский палеонтолог Джонни Уотерз доложил результаты своего исследования в северо-восточном Китае, которые показывают, что масштабы одной из «большой пятерки» — Ф-Ф катастрофы — наверняка были много меньше, чем думалось раньше.

    С другой стороны, появились работы, ревизующие и «основу основ» — знаменитый Кембрийский взрыв. В американском журнале «Science» были опубликованы результаты исследования, проведенного группой палеонтологов под руководством Д. Сиветера в раннекембрийских отложениях в английском графстве Шропшайр (эти отложения примерно на 40 миллионов лет предшествуют собственно кембрийским). Исследователи обнаружили там хорошо сохранившиеся останки ракообразного существа, которое, по прежним данным, появилось только в результате пресловутого Кембрийского взрыва. Но если это существо появилось уже за 40 миллионов лет до «взрыва» новых биологических форм, то те артроподы (предшественники современных ракообразных, насекомых и т.п.), которые ему предшествовали, сформировались, по-видимому, еще раньше. Крайне любопытно, что открытие группы Сиветера получило независимое подтверждение в работах Л. Бромэма, который подошел к тому же вопросу с иной стороны. Пользуясь методами, разработанными для расшифровки генома, Бромэм сравнил белковые молекулы родственных существ, имевших общего древнего предка, и таким образом установил приблизительное время существования такого предка. Этот метод «молекулярных часов» показал, что семейное дерево ракообразных начало ветвиться уже 700, а может быть — и все 1500 миллионов лет тому назад, то есть задолго до Кембрийского взрыва.

    Суммируя эти новые открытия, можно сказать, что их общий результат состоит в «сглаживании» и «растягивании» острых и резких, как считалось доселе, пиков биологических катастроф. И исчезновения живых существ были не такими уж гигантскими, и время появления новых форм и видов — не таким уж коротким. Иными словами, идея резких «биологических вех», пунктиром разделяющих историю эволюции жизни на Земле, видимо, нуждается в серьезном пересмотре: картина эволюции оказалась ближе к дарвиновскому «градуализму», к постепенности, нежели к «новому катастрофизму» Элдриджа-Гулда (к «новому», потому что теория катастроф когда-то, еще в начале ХХ века, уже выдвигалась Жоржем Кювье). Какие изменения это внесет в программу построения «современного Дерева Жизни», можно пока только гадать, но несомненно, что такая ревизия существенно снизит оптимизм в отношении однозначности данных, на которых это Дерево может сегодня быть построено.