Борис Медников - Аксиомы биологии

• Название: Аксиомы биологии
• Автор: Борис Медников
• Издательство: Знание
• Жанр: Биология
• Год: 1982

Современная биология – это совокупность научных дисциплин, с разных сторон и на разных уровнях изучающих все многообразие живой материи. Можно ли, опираясь на сумму накопленных знаний, построить некую систему теоретических положений, необходимых для понимания специфических отличий живого от неживого? Можно, считает автор, и в доступной форме излагает основные принципы, которые играют в биологии такую же роль, какую в геометрии – аксиомы.

Для широкого круга читателей.

---

Иногда же ответов несколько, причем они отнюдь не равноценны. Вот хороший пример. Представьте разреженный лес или саванну, где трава выжигается солнцем. У крупных копытных в этой зоне есть хороший источник питания – листва деревьев. Но как до нее добраться? Самый прямой ответ – отбор на увеличение размеров тела. По этому пути пошли гигантские безрогие носороги олигоцена – индрикотерии. Нельзя сказать, чтобы решение было удачным. Ведь если рост увеличивается, то вес также возрастает пропорционально третьей степени роста. Размеры возросли вдвое, а расходы на питание – в восемь раз.

Рис. 45. А вот еще один способ добраться до листьев на деревьях. Гигантские южно-американские ленинцы поднимались на дыбы и подгибали дерево, охватывая ствол передними лапами с мощными когтями. На рисунке скелет ленинца – милодона, раскопанный в Аргентине еще Чарлзом Дарвином, справа (2) скелет современного ленинца. По-видимому, так же вели себя халикотерии, о которых упоминалось выше в связи с ошибкой Кювье.

Другие животные вставали на задние ноги, а передними (нередко с мощными загнутыми когтями) подгибали ветки с листьями и плодами. Так вели себя, очевидно, халикотерии, о которых уже упоминалось. Предел этой тенденции – гигантские ленивцы, мегатерии, вымершие в Южной Америке сравнительно недавно, может быть, не без содействия человека.

Рис. 43. Как мы уже видели, пропорциональное увеличение размеров тела для того, чтобы достать листья с высоких деревьев, энергетически невыгодно. Большего успеха в жизненной борьбе достигли животные со специализированными приспособлениями. Слон дотягивается до веток хоботом (это продукт разрастания носа и верхней губы), у жирафы удлиняются шея, ноги и язык. Геренук (она же жирафовая газель, или антилопа Уэллера) также добирается до листьев на высоких кустарниках с помощью длинной шеи и ног; к тому же она отлично стоит на задних ногах, балансируя передними.

У слона появляется длинный хобот, с помощью которого он дотягивается до листвы. Но, по-видимому, наиболее перспективный ответ – удлинение шеи. У всем известной жирафы длинная шея и длинные ноги, что позволяет ей объедать листву на высоте, для других копытных недоступной. К этому еще добавляется длиннейший язык (жирафа и ее родственница окапи могут облизывать себе уши).

Рис. 44. Внешний вид жирафы известен каждому. Но не каждый знает, что в миоценовом периоде в Северной Америке обитали жирафоподобные верблюды – альтикамелюсы (на рисунке реконструкция внешнего вида). По-видимому, жирафоподобный тип строения оказался очень удачной эволюционной находкой, если повторялся по меньшей мере два раза. И, однако, альтикамеллос остался верблюдом, на жирафу он похож только внешне.

Этот удачный тип строения был использован эволюцией не один раз. В миоценовом периоде в Северной Америке обитали жирафоподобные верблюды – альтикамелюсы. А в Сомали, в самых жарких и бесплодных местностях, и сейчас благоденствует удивительная жирафовая газель (она же геренук, или антилопа Уэллера). У нее длинная шея и ноги; кроме того, геренук может объедать листья на высоком кустарнике, стоя на задних ногах.

Рис. 48. Животные, обитающие на деревьях, также дают нам яркие примеры конвергенции. Сходный образ жизни приводит к возникновению сходных приспособлений. Слева – хамелеон, справа – цейлонская древолазящая ящерица агама. Их связывает весьма отдаленное родство, но внешний вид сходен. Этого мало: многие детали структуры, например охватывающая ветвь конечность, возникают и у пресмыкающихся и у млекопитающих (внизу скелет конечности хамелеона и лапа кус-куса – древолазящего сумчатого, обитающего на Новой Гвинее). Есть и лягушки с подобными лапами.

Вот такие примеры конвергентного, независимого возникновения сходных признаков до сих пор многим кажутся убедительным доказательством направленности эволюционного процесса. Причем направленным считается даже не действие отбора, с чем можно согласиться, а сама изменчивость.

Самые последовательные из сторонников такого толкования полагают, что абсолютно идентичные формы могут возникать из несходных, что один вид может иметь двух, а то и более предков. Это равносильно утверждению, что первоначально несходные последовательности ДНК в результате накопления мутаций станут идентичными и приведут к возникновению идентичных фенотипов. В свете наших сегодняшних знаний о структуре ДНК и механизме ее генетических изменений подобная декларация не заслуживает опровержения. Вероятность того, что два романиста из разных стран независимо друг от друга напишут одинаковые до последней запятой романы, куда выше вероятности конвергентного возникновения видов.

Рис. 47. Один из популярнейших примеров конвергенции – глаз осьминога (А) и глаз человека (Б). Одинаковыми цифрами показаны аналогичные части. Казалось бы, сходство идеальное (у осьминога хрусталик более округлый из-за того, что у воды больший коэффициент преломления, чем у воздуха). Но глаз осьминога «наводится на фокус» приближением или удалением хрусталика от сетчатки, как объектив фотоаппарата. У человека фокусное расстояние изменяется путем изменения кривизны самого хрусталика. Несмотря на внешнее сходство, принципы работы этих оптических приборов совершенно различны.

Еще одно следствие, вытекающее из четырех наших аксиом: конвергентными могут быть только признаки, части структур, но не целые структуры, а тем более не сами организмы. Много пишут об удивительном конвергентном сходстве глаза человека и осьминога. Внешне они действительно похожи, вплоть до выражения. Но принципы действия совершенно различны. Глаз осьминога, как объектив фотоаппарата, «наводится на фокус» приближением или удалением к сетчатке. У человека фокусное расстояние регулируется изменением кривизны самого хрусталика (представьте оптический прибор с эластичной линзой, фокусное расстояние которой изменяется, например, при накачке в линзу жидкости, сильно преломляющей свет; насколько я знаю, подобный принцип в технике не был использован). Сумчатый крот, обитающий в Австралии, удивительно похож на нашего крота, но у него имеется сумка для вынашивания детенышей и задние концы нижней челюсти, как у всех сумчатых, загнуты внутрь. Это вполне понятно: отбор приводит к конвергентному сходству по признакам, которые полезны в конкретных условиях (например, к подземному образу жизни), но оставляет те, которые могут быть разными без нарушения их функций. Поэтому на Земле нет двух видов с одинаковыми генетическими программами.

Рис. 49. Конвергенция может сыграть злую шутку с исследователем. Что изображено на этом рисунке? Кроты, скажете вы и будете правы. Только это не наши обычные кроты: вверху изображен златокрот из Южной Африки, тоже насекомоядное, но из другого семейства, а внизу сумчатый австралийский крот. Еще раз подчеркнем: конвергентные формы – это книги разного содержания в одинаковых переплетах.

Этого мало: можно утверждать, что каждый вид уникален и, раз исчезнув с лица Земли, не возникает вновь. Нельзя воссоздать заново мамонта и Стеллерову корову, среднеазиатского тигра и гепарда, вымерших в последние годы. Даже когда мы научимся сами создавать новые виды, мы можем сделать их лучше вымерших, но идентичных не получим. Потеря каждого вида безвозвратна.

Возможности человека уничтожить любой вид, включая себя, безграничны, возможности исправить содеянное равны нулю. И дело тут не в ограниченности наших знаний, а опять же во втором начале термодинамики, запрещающем воссоздать утерянную генетическую программу.

Рис. 50. Еще раз напомним: конвергентными могут быть лишь детали строения организма, но не сами организмы. Здесь изображены тазовые кости динозавра (I), американской птицы тинаму (II) и американского страуса нанду (III). Сходство действительно большое. Но даже самого птицеподобного динозавра струтиомимуса (само название его – подражающий страусу) нельзя спутать ни с тинаму, ни со страусом. Так же различаются тинаму и нанду. Один и тот же болт может быть использован и в самолете и в автомобиле, но эти структуры легко различаются.

Обратное положение из этого тезиса: если в геномах двух видов найдется хотя бы одна нуклеотидная последовательность достаточной (более 50 нуклеотидных пар) протяженности, они связаны родством, ведут начало от одного предка. Ибо вероятность возникновения одной последовательности из двух первоначально несходных слишком мала, чтобы ее можно было принимать во внимание. С большей вероятностью вода, выплеснутая из стакана, сама, самопроизвольно соберется в него.