№ 17/17

Ревизия биологических вех

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. 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, 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.

Рафаил Нудельман

Научный взгляд

  • Звездные карты галактики «Человечество»
    В генетическом плане человеческий вид — континуум, где между расами нет четких границ. Границ нет, но континуум неоднороден, в нем наблюдаются «сгущения родства»: популяции, типы, расы, стволы.
  • Игра в жизнь, или Не сотвори себе микроба
    Кого же призовут к жизни создатели генетического алфавита? Возможно, на свет появятся организмы, готовые питаться радиоактивными отходами, словно травой на лугах. Другие микробы примутся расщеплять молекулы воды, изготавливая водород — источник энергии будущего.
  • Еще один важный шаг
    Израильские исследователи идентифицировали ген, ответственный за одну из неизлечимых наследственных болезней. В сущности, во всем мире ею страдают лишь несколько тысяч человек, однако это открытие явилось еще одним важным шагом на пути постижения генетики человека
  • Немецкие ученые утверждают: теория относительности Эйнштейна лжива!
    Большинство людей убеждены в том, что Альберт Эйнштейн был одним из величайших гениев в истории человечества, а его частная теория относительности явилась одним из крупнейших достижений науки. Неужели теперь всем нам впору «сжечь все, чему мы поклонялись»?
  • Прав ли Эйнштейн?
    Вряд ли какое-нибудь из научных свершений ХХ века можно сравнить по масштабам воздействия не только на ученый мир, но и на «широкие народные массы», с теорией относительности Эйнштейна.
  • Поведение клетки, слезающей с ветки
    Одна из великих загадок биологии — сложные целенаправленные движения клеток. Клетки путешествуют, изменяют форму, охотятся — порой ведут себя, как «разумные» существа.
  • Давайте подождем, доктор Антинори!
    Доктор Джонатан Хилл из Корнельского университета, который занимается клонированием крупного рогатого скота, говорит, что примерно треть подсаженных в матку эмбрионов отторгается уже на первом месяце.
  • Вечная молодость мозга
    Разумеется, ученые нашли объяснение, почему у ящериц и других примитивных созданий мозг всю жизнь прирастает нейронами, а мы этого прибытка лишены. Каждый наш нейрон со всеми его связями, материализующими опыт, неповторим.
  • Кто бы мог подумать?
    Американские ученые вот уже который год подряд привязывают к серьезной и торжественной стокгольмской процедуре вручения высочайших научных наград свою насмешливую и веселую затею вручения «Иг-Нобелевских» знаков отличия за самые смешные исследования и бесполезные открытия года.
  • Космический мирок микробов
    С помощью генетических манипуляций можно заранее, еще при подготовке к полету, изменить ДНК этих микроорганизмов, приспособив их к марсианскому образу жизни. Со временем, когда климат на Марсе удастся изменить, а бактерии взрыхлят его почву и насытят ее питательными веществами, можно будет выселять на Марс высшие растения.
  • Зеркальные нейроны
    Тот факт, что зеркальные нейроны именно «повторяли» наблюдаемое действие, а не просто возбуждались при его наблюдении, подтвердился, когда экспериментаторы поощряли обезьян проделать то же действие своими руками.
  • «Make love, not war»
    «Наивысшей точкой их интеллектуальной жизни является умение решать конфликты и чуткость в отношениях с близкими».
  • Мы не обезьяны. И обезьяны — не мы
    Человек — венец природы. Это принимается «for granted» и приятно щекочет наше человечье самолюбие. Хотя у тех из нас, кто имеет склонность к сомнениям и самоанализу, нередко возникает вопрос: не льстим ли мы себе?
  • Феномен Пригожина
    Фундаментальные характеристики мироздания, утверждает он — нестабильность, неравновесность, нелинейность, ни к чему простому не сводимая сложность.
  • И все-таки — Африка!
    В давнем и яростном споре «африканистов» и «мультирегионалистов» произошло очередное важное событие.
  • О предках, потомках и друзьях человека
    Рыцарские замки нашей фантазии украшены залами, где взорам гостей предстают блистательные портреты хозяев, а по обе стороны от них тянутся ряды предков, поражающие проблесками фамильного сходства, но уводящие к портретам совсем незнакомым
  • Время прощаться с квазарами
    Некоторые открытия впору назвать «закрытиями». Одно из последних событий в астрономии к таковым и относится. В течение десятилетий астрономы изучали квазары, и вот объект их научной страсти исчез.
  • Наши кремниевые коллеги
    А в одном английском университете города Абериствит пошли еще дальше и объявили о создании первого робота-микробиолога. Робот осуществляет эксперименты, разработанные программой ASE-Progol на компьютере в Йоркском университете.
  • Апокалипсиса не будет?
    На Западе защитники окружающей среды и антиглобалисты своими поступками часто напоминают тени знакомого прошлого — русских социалистов ХIХ века. Живя в благополучном обществе, они всячески расшатывают его из сочувствия к «падшим и угнетенным».
  • Как человек сам себя сотворил
    Современный человек — создание во всех отношениях необычное. Оказывается, еще и тем, что генетические различия между всеми людьми Земли ничтожны. Чего не скажешь о внешности — наверное, нет в природе еще одного такого же пестрого вида! Что же сделало возможным такое разнообразие?
  • Химия и жизнь: опасные связи
    В древности основным материалом было дерево; еще и сейчас запах деревянного дома кажется нам «удивительно здоровым». Теперь мы выбираем пластик, прессованные плиты, лаки и краски с их неповторимо резким запахом и надписью на этикетке: «Следует избегать попадания в пищу». А в дыхательные пути?
  • Могущественная крупица
    В известном смысле можно сказать, что гомеопатия лечит ядами, однако берутся они в таких микродозах, что само вещество уже почти не присутствует в растворе. На уровне десятого — двенадцатого разведения исходная субстанция практически отсутствует.
  • Запишите на ваши водофоны!
    Вода не похожа на другие жидкости. Возможно, она обладает памятью! Быть может, в таинственных свойствах воды коренится загадка гомеопатии?
  • Между чумой и эболой
    Болезнь, вызвавшая Черную смерть, бушевала в Европе в течение 300 лет, до 1666 года. За это время вспышки болезни наблюдались в самых отдаленных местах континента почти каждый год.
  • Возбудить ось сверхсознания
    Внушение, зомбирование, программирование поведения требуют измененных состояний сознания. Одна из дверей, ведущих туда, — психоактивные вещества, наркотические снадобья. Но далеко не единственная.
  • Конец прекрасной эпохи?
    Фундаментальная загадка, о которой упоминалось вначале, связана с движением галактик. Эти огромные звездные скопления демонстрируют явные отклонения от законов движения Ньютона.
  • Петербургский десант
    Семиотика — наука о знаках и знаковых системах — давно стала для гуманитарных наук «всем», она помогает навести порядок в изобилии фактов и фактиков.
  • Зигфрид и лесные врачи
    Изучение животных долго сводилось к их изгнанию из естественной среды обитания и последующему наблюдению за ними в неволе. Когда же ученые вошли в глубь леса, в племя обезьян, им предстала чужая — нечеловеческая — культура.
  • Чем человек отличается от обезьяны
    Чем генетически отличается человек от обезьяны и как это отличие возникло — скачком, благодаря нескольким считанным и резким мутациям, или постепенно, посредством накопления многочисленных мелких мутационных изменений?
  • Вторая жизнь генома: от структуры к функции
    Уотсон и Крик в апрельском номере журнала «Nature» за 1953 год сообщили о трехмерной структуре ДНК. Это было официальным началом современной молекулярной биологии, ее мощным стартом.
  • Большой климатический спор
    Вечна ли вечная мерзлота? В чем особенность вечномерзлых пород? Она заключается в том, что из-за наличия в них льда характер грунтов резко меняется при изменении температуры.
  • Новая напасть
    Со времени отказа США участвовать в «Киотском протоколе» — международном договоре о сокращении количества «тепличных» газов, выбрасываемых в атмосферу, — борьба вокруг вопроса о возможных последствиях такого выброса стала еще острее, чем прежде.
  • Селектроны, струны и симметрия
    Когда сложность и запутанность физической картины мироздания стали нетерпимыми, ученые ХХ века предприняли беспрецедентные попытки ее упорядочивания.
  • Левый-правый мозг
    В отличие от краба, человек предпочитает работать не клешнями, а мозгом — который и приобретает у нас наибольшую асимметрию. Причем она неодинакова у разных отделов мозга — и тем выше, чем более «человеческую» функцию этот отдел выполняет.
  • Опасности года 2020
    Какое же будущее ждет нас, обреченных болеть и в 2020 году? Его попытались очертить Кристофер Мюррей из Гарвардского университета и Алан Лопес, представитель Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
  • Филлотаксис – это расположение листьев
    Филлотаксис — это по-латыни. А по-русски — расположение листьев. Вроде, что тут сложного? Ан, нет. Интерес к этому отнюдь не случаен. Он вызван прежде всего тем, что повторяющиеся элементы создают симметричные структуры — паттерны, а в них совершенно четко прослеживаются числовые закономерности.
  • Миры в столкновениях, века в хаосе
    На что же замахивался Великовский своей теорией столкновений? В 1955 году он опубликовал свою третью книгу — «Земля в конвульсиях», — в которой развернуто изложил свои общенаучные взгляды.
  • Обесславленные науки возвращаются в новом обличье
    Френология, или наука о черепах была создана кипуче талантливым человеком, двоюродным братом Дарвина Франсисом Гальтоном. Он утверждал, что все наши качества поддаются количественному описанию, и разъезжал по всей Англии, измеряя людям черепа.
  • Игры всерьез и понарошку на поле любви и секса
    Вообще-то это не удивительно: размножение, продолжение рода — главное, ради чего природа производит нас на свет. Удивительно другое: как ярко и с каким разнообразием игровое начало проявляет себя на поле любви и секса.
  • Пришел, пометил, победил. Вокруг да около секса
    Всего важнее репродуктивное поведение, обеспечивающее виду само существование. Оно отнюдь не ограничивается сексом. Нужны еще три компонента: поиск брачного партнера, ухаживание и забота о потомстве. Как они выглядят у человека?
  • В постели с человеком
    Вопреки известной пословице, далеко не все, что естественно, не безобразно. Например, секс — несмотря на явный потенциал удовольствия, он считается весьма и весьма «безобразным». Почему? Поищем ответ в недрах эволюции культуры и поведения.
  • Запах теплых отношений
    Особые вещества — одоранты — вызывают различные эмоции, от ярости до наслаждения, а феромоны могут даже управлять работой организма, влияя на тонус нервной системы, баланс гормонов, циклические процессы.
  • Этос — значит «дикий нрав»
    Сегодня этологией называют любые исследования поведения. Похоже, споры между разными направлениями в этой области становятся достоянием истории. Но так было не всегда.
  • Кратчайшая история космоса
    В предельно кратком изложении они сводятся к утверждению, что существует бесконечное множество бесконечных во времени «малых вселенных», подобных той, в которой живем мы сами.
  • Сражаться или спариваться —вот в чем вопрос!
    Если не поступает иной команды, самцы мыши готовы спариваться с кем угодно — с самкой, с другим самцом и даже с самцом-кастратом, в точном соответствии с призывом: «Make love, not war».
  • Картинки мироздания из коллекции палеонтолога
    Что же касается концепции стабилизирующего отбора, то сегодня у подавляющего большинства биологов представление о ней весьма смутное. А уж в учебниках — просто уголовное безобразие: там пишут ровно противоположное тому, что говорил Шмальгаузен.
  • Запрет на клонирование Христа?
    Некая дама спросила у известного физика начала прошлого века, в чем ценность сделанного незадолго до того открытия. На что тот ответил вопросом на вопрос: а в чем ценность рожденного младенца? Никто не может знать, кто вырастет из мальчика, который «маленький с кудрявой головой»…
  • Земной шар: грядет время игр
    Время не милосердно ни к людям, ни к планетам. Через шесть миллиардов лет Солнце превратится в «красного гиганта». Его диаметр неимоверно увеличится. Край Солнца будет почти задевать Землю. Наша планета покроется тягучим, раскаленным месивом. Все на ней будет выжжено дотла. Таким окажется финал земной цивилизации.
  • Берегите голову
    Мозг - это десятки миллиардов нейронов, каждый из которых связан с другими 10-20 тысячами связей, В секунду в мозгу возникает 200 тысяч сигналов. То есть это такая система, которую, наверное, никогда нельзя будет воспроизвести, и все разговоры об искусственном интеллекте носят спекулятивный характер.