Марк Мосевицкий - Распространенность жизни и уникальность разума?

Исследование самых ранних осадочных пород показывает, что клеточные формы жизни присутствовали на Земле около 3.85 млрд лет тому назад, т. е. появились вскоре после создания совместимых с жизнью условий. Это означает, что доклеточная эволюция при всей ее сложности могла быть осуществлена в очень короткий срок (10–50 млн лет). Согласно другой версии, доклеточная эволюция происходила вне Земли (панспермия). В любом случае пример Земли позволяет предполагать широкое распространение жизни везде, где созданы подходящие для ее развития условия. С другой стороны, палеонтологическая летопись, начатая около 3.5 млрд лет тому назад, позволила выявить многочисленные кризисы (вымирания), приводившие к крутым разворотам в ходе эволюционного процесса. В основе эволюционных кризисов лежали природные катастрофы, вызванные падениями астероидов, глобальными оледенениями, длительными (в течение миллионов лет) истечениями лавы, изменениями газового баланса в океане и атмосфере. Бесчисленные воздействия на эволюцию оказывали также происходившие спонтанно мутации и горизонтальные обмены генетическим материалом. Благодаря наложению большого числа случайных факторов эволюционный процесс каждый раз является уникальным. На Земле после почти 4-х млрд лет существования жизни эволюционный процесс дал единственную ведущую к разуму ветвь гоминин (прямоходящих наследников шимпанзе). После многих критических ситуаций на этой ветви сохранился один побег — современное человечество. Отсутствие признаков существования других цивилизаций в доступном для общения космосе подтверждает весьма низкую вероятность выхода эволюции на маршрут, ведущий к разуму. Понимание природы кризисных событий, имевших место на Земле в прошлом, необходимо для того, чтобы, опираясь на все возрастающие возможности человечества, предотвратить наступление этих событий в будущем или хотя бы смягчить их последствия. Основной материал доступен широкому кругу читателей. Автор стремился также сделать книгу интересной для специалистов. Этим, в частности, объясняется большое число ссылок на последние публикации в научных журналах.

Посвящаю родителям и Тане

С незапамятных времен человек задумывался над собственным происхождением и возникновением жизни вообще. Библия донесла до нас ответы на эти вопросы, предложенные 2500 лет тому назад. Во многом сходными были воззрения шумеров, населявших Мессапотамию более 3000 лет тому назад. Главным в этих воззрениях было представление о едином акте творения: все живые существа, в том числе человек, были созданы такими, какими остаются и поныне. В течение тысячелетий эти воззрения принимались как нечто само собою разумеющееся, хотя человек издавна владел умением создавать новые породы животных и сорта растений, сильно отличающиеся от исходных. Переломным стал конец XVIII века. Французский натуралист Жорж Кювье часто совершал прогулки вдоль обрывистых берегов рек в окрестностях Парижа. Когда-то там было море. Взбираясь вверх и спускаясь вниз по крутому склону, Кювье собирал коллекцию раковин ископаемых моллюсков, костей животных, семян и листьев растений. При этом он отмечал глубину слоя (отложения), в котором обнаружил тот или иной предмет. Систематизируя свою коллекцию, Кювье неожиданно для себя обнаружил, что окаменелости, казалось бы, принадлежащие одним и тем же животным и растениям, но взятые из разных слоев, на самом деле отличаются. Некоторые окаменелости, в изобилии находившиеся в определенном слое, не обнаруживались ни ниже, ни выше этого слоя. Таким образом, виды в разное время появлялись и затем исчезали. Кювье был на пороге открытия эволюции. Однако его мысли были заняты другим: как совместить сделанное открытие с библейской догмой, утверждавшей неизменность всего живого. Компромисс был найден в созданной Кювье теории катастроф. Согласно этой теории, на Земле периодически происходили катастрофы, охватывавшие значительные пространства, но не всю планету. В зоне катастрофы все или многие обитавшие там виды вымирали. Со временем, когда благоприятные для жизни условия восстанавливались, опустевшее пространство занимали животные и растения, мигрировавшие из других областей Земли. А они могли отличаться от животных и растений, обитавших на этом пространстве ранее, хотя все они возникли одновременно. Для того, чтобы сгладить некоторые углы, Кювье расширил интервал времени от сотворения мира до 75 тысяч лет. Он предположил также, что новые виды животных могли появляться в результате нескольких последовательных актов творения, разделенных значительными промежутками времени.

Теория катастроф немедленно вступила в конфликт с первой эволюционной теорией современника Кювье Ламарка. По Ламарку живой мир после его создания не оставался неизменным. Животные приспосабливались к переменам в среде обитания, приобретая на протяжении жизни новые признаки. И эти признаки передавались по наследству. Классическая иллюстрация теории Ламарка — превращение антилопы, вынужденной тянуть шею к высоко растущим побегам, в жирафа. Сказка Редьярда Киплинга о любопытном слоненке, которому крокодил вытянул нос, превратив его в хобот, также вполне в духе классической эволюционной теории Ламарка.

Ставшая основой современной генетики эволюционная теория Чарльза Дарвина создавалась в полемике как со сторонниками катастрофизма по Кювье, так и с эволюционистами по Ламарку.

В этой теории, сформулированной Дарвиным в вышедшем в 1859 г. труде “Происхождение видов путем естественного отбора” (Дарвин, 1937), главными являются два положения:

1. У особи могут проявиться наследуемые признаки (мутации), отсутствовавшие у родителей. Эти признаки являются случайными как в отношении свойств, которые они непосредственно характеризуют, так и в отношении направления, в котором эти свойства изменяются из-за происшедшей мутации. По Дарвину новые признаки могут оказаться в конкретных условиях обитания как полезными, так и ненужными и даже вредными. Если мутация оказалась полезной, то несущая ее линия потомства приобрела некоторые преимущества, и у нее больше шансов оставить потомство. И так в каждом поколении.

2. Полезность или вредность для продолжения рода той или иной мутации выявляется во взаимодействии организма со средой обитания. Это и есть знаменитый естественный отбор по Дарвину: случайные изменения отбираются по критерию лучшего соответствия условиям среды. В частности, если условия среды изменились, то все преимущества получает та линия, которая несет мутации, оказавшиеся полезными в новых условиях.

В настоящее время хорошо известна молекулярная природа случайных изменений признаков у живых организмов: они отражают на уровне физиологии изменения в составе азотистых оснований дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), являющейся носителем генетической (т. е. наследуемой) информации. Эти изменения (а их тоже называют мутациями), если не брать во внимание разные варианты перераспределения материала ДНК в потомстве (генетические рекомбинации), являются, как правило, точечными. Они происходят, главным образом, как случайные ошибки при синтезе (репликации) ДНК. Возможны также случаи, когда химические изменения азотистых оснований являются следствием воздействия внешних факторов, главным образом радиации, а также некоторых химических веществ. В таких случаях репликация ДНК только фиксирует уже происшедшее изменение. Если мутация произошла в ДНК половых клеток, то она имеет шанс проявиться в потомстве. Сейчас все эти истины известны (или должны быть известны) старшекласснику. Их установление — результат прогресса науки после открытия Эвери с сотрудниками в 1944 г. значения ДНК как материала наследственности и расшифровки молекулярной структуры Криком и Уотсоном десять лет спустя. Дарвин ничего этого знать не мог, как и многого другого касательно состава клетки и происходящих в ней процессов. Эволюцию он изучал на организменном уровне, начиная с клетки. Однако из этого отнюдь не следует, что Дарвин не задумывался над вопросом, откуда взялась сама клетка. Более того, судя по некоторым его высказываниям, Дарвин понимал, что клетка является плодом эволюции, т. е. что у нее были доклеточные предшественники. Полемизируя с современными ему виталистами, Дарвин писал: если бы сейчас из солей аммония и фосфора под воздействием света, тепла, электричества химически образовался белок, способный к все более сложным превращениям, то этот белок был бы немедленно разрушен или поглощен (съеден), что было бы невозможно в период до возникновения живых существ (для точной цитаты см. Bernstein, 2006). Из этого высказывания следует, что Дарвин, рассматривая клетку в качестве элементарного носителя жизни, понимал, что сама она является плодом эволюции, а в доклеточной эволюции признавал необходимость чисто химического этапа. Очевидно, Дарвин не включил в свою теорию представление о доклеточной эволюции лишь потому, что сознавал недостаточность накопленных современной ему наукой данных для аргументированных выводов [1].