Странности нашей эволюции Харрисон Кит

Родословная человека

История человеческого тела начинается далеко не с того момента, как наши обезьяноподобные предки слезли с деревьев. К тому времени их эволюция насчитывала по меньшей мере 500 миллионов лет, начиная с эпохи первых рыб, от которых и произошли все когда-либо существовавшие позвоночные животные, от маленьких лягушек и ящериц до огромных слонов и динозавров.

После того как в первобытных морях появились рыбы, они быстро распространились по всей планете. Некоторые заселили пресные водоемы, другие даже выбрались на сушу. Естественный отбор не прекращался ни на мгновение, и благодаря ему со временем возникли первые земноводные. Некоторые из земноводных превратились в первых наземных животных, пресмыкающихся, часть видов которых становились все крупнее и крупнее, пока не стали динозаврами. Другие виды пресмыкающихся эволюционировали в млекопитающих, животных более мелких размеров. Когда динозавры исчезли, оставив после себя только своих потомков в виде птиц, установивших господство в небе, млекопитающие стали полноправными хозяевами земли и деревьев. Время шло, и одна из популяций млекопитающих встала на задние ноги и вышла из леса. Далее, как говорится, началась история.

Здесь мы поведем речь о том, что послужило подоплекой этой истории. Мы вернемся к временам рыб и проследим развитие отдельных частей человеческого тела через прохождение стадий развития земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих. Каждая из этих стадий оставила свой след в организме человека. Ответить на вопрос «Почему мы выглядим так, а не иначе?» можно, только узнав об особенностях нашей эволюции.

У нас, как у позвоночных, много общих особенностей с рыбами, но в целом принцип строения нашего тела гораздо древнее. Пятьсот миллионов лет назад моря планеты, как и сейчас, кишели разнообразными животными, но все они были беспозвоночными. Всем нам знакомы их родственники: насекомые, паукообразные и ракообразные (тела которых заключены в твердую оболочку); моллюски (включая устриц с двумя створками, улиток со спиральной раковиной, садовых слизней и кальмаров с внутренней раковиной, а также осьминогов без раковины); иглокожие, названные так из-за иголок на теле (морские звезды, морские ежи, морские огурцы); кольчатые черви и их родственники (дождевые черви, нереиды, пескожилы, пиявки); круглые и плоские черви; морские анемоны, коралловые полипы, медузы и другие животные, менее известные и слишком многочисленные, чтобы их здесь перечислять.

И вот в тех древних морях у некоторых животных, предков рыб, появилось одно приспособление, которому суждено было навсегда изменить облик природы. Это была хорда — жесткая струна, проходящая по всему телу. Позже эта хорда в процессе эволюции превратилась в ряд костей, то есть позвонков, по которым все подобные животные и получили свое название. Ученые до сих пор не выяснили, какой именно группе беспозвоночных мы обязаны этим важным приобретением, которое называем одним словом — «позвоночник» (или «хребет»), хотя на самом деле он состоит из 26 разных костей. Но для начала стоит сделать несколько важных замечаний о строении тел беспозвоночных животных.

Что мы унаследовали от своих беспозвоночных предков

Тела животных имеют самые разнообразные формы. Некоторые как бы устремляются во все стороны из центра, как у морских звезд или коралловых полипов, но в большинстве случаев одна сторона тела служит зеркальным подобием другой стороны. Все внешние черты, расположенные на одной стороне, имеют свое отражение на другой; внутренние органы также часто бывают парными, а то, что существует в одном экземпляре (например, кишечник), обычно расположено вдоль центральной линии.

Беспозвоночные, ставшие впоследствии рыбами, обладали как раз такой двусторонней симметрией. Любое когда-либо существовавшее позвоночное животное, в том числе и мы, следовало тому же самому образцу. У нас две руки, две симметричные ноги, два симметричных глаза, два уха, две ноздри, два легких, две почки, по два яичника или яичка, а вдоль центральной линии расположен один мозг (с кое-какими парными деталями), один позвоночник, одно сердце (слегка сдвинутое к левой стороне), один репродуктивный орган и один кишечник (с большим количеством витков и изгибов, поскольку его длина до шести раз превышает наш рост) с одним входом и одним выходом.

Кроме того, наши беспозвоночные предки явно передвигались в своей среде обитания, поскольку мы унаследовали от них переднюю и заднюю части тела (правда, после того, как мы встали на две ноги, они превратились в верхнюю и нижнюю часть). Любое движущееся животное — будь то червь, креветка или улитка — имеет органы чувств спереди, то есть на том конце тела, которым оно движется вперед и которым в первую очередь воспринимает окружающую среду. И в самом деле, органы восприятия, расположенные, допустим, на хвосте, вряд ли представляют большую эволюционную ценность. Животному жизненно необходимо заранее знать, не движется ли оно в сторону пасти хищника, потому что, когда оно туда попадет, будет слишком поздно. По той же причине рот животного обычно расположен в передней части тела, потому что именно здесь происходит первый контакт с пищей. Особенно важно это для хищников, ведь потенциальная пища убегает, завидев своего преследователя (если бы львы прыгали на зебр задом, то вряд ли бы им удавалось так часто лакомиться мясом).

Все это способствовало тому, что в процессе эволюции животные почти всех групп приобрели головы, у нас голова закреплена посредством шеи над туловищем, но у других животных она находится спереди тела. На ней расположены органы зрения, обоняния, вкуса и слуха; через нее же мы поглощаем пищу. Внутри головы также расположен обрабатывающий информацию мозг, связанный нервами с находящимися поблизости органами чувств. Так что вовсе не удивительно, что в процессе эволюции он сформировался именно здесь. Всеми этими чертами нашего тела мы обязаны своим беспозвоночным предкам.

Шкала времени

Книга едва началась, а я уже вовсю разглагольствую об эволюции, почти ничего не рассказав о ней. Прежде чем продолжить историю рыбы, давайте остановимся и немного поговорим о масштабе времени, о научности и о естественном отборе, важнейшем принципе эволюции. Начнем с временной шкалы, которой оперируют все, кто изучает эволюцию.

Земле примерно 4 550 000 000 (четыре с половиной миллиарда) лет. Если сжать все это время в один год и представить, что Земля сформировалась 1 января, а сегодня полночь 31 декабря, то первые микроскопические клетки появились 1 марта, тогда как наши рыбы-предки — ранние позвоночные — появились не ранее 21 ноября. Для того чтобы жизнь из простых химических соединений эволюционировала до клетки, потребовалось 750 миллионов лет, а затем еще 3 миллиарда (две трети возраста Земли) на то, чтобы из клеток возникли рыбы. После этого дело пошло быстрее, но все равно первые рыбы освоили сушу лишь в декабре. Земноводные возникли 2 декабря, а вслед за ними, 8 декабря, появились рептилии. Млекопитающие возникли 13 декабря, но оставались на заднем плане, пока 26 декабря, ближе к вечеру, не вымерли все динозавры. Люди же появились лишь за несколько часов до конца года.

Наука, религия и камни

В этой книге мы исследуем историю человеческого тела. Поскольку все открытия в этой области сделали несколько поколений ученых, то стоит поподробнее разобраться с тем, что же представляет из себя наука.

Наука, как это следует из самого слова, означает то, чему учатся и посредством чего получают знания. На протяжении человеческой истории способы получения знаний неоднократно менялись и не всегда были одними и теми же. В средневековой Европе, например, тоже были любознательные люди, которые задавались вопросами о происхождении мира, но вместо наблюдения за окружающей действительностью и опытов они предпочитали искать знания в старых книгах или обсуждали свои теории в ходе споров на абстрактные темы, пытаясь убедить друг друга в своей правоте. Постепенно такие споры и методы теоретического убеждения вышли из моды, в XVII столетии уступив место научным методам.

Научный метод можно схематически представить в виде треугольника. Сначала мы наблюдаем мир (или ту его часть, которая нас интересует). Затем мы составляем теорию, объясняющую наблюдаемые явления — гипотезу. Пока что это не слишком сильно отличается от прежнего подхода, но после этого мы переходим к совершенно иной, третьей, стадии. Вместо того чтобы обсуждать сильные и слабые стороны теории, мы ставим эксперименты и проверяем все на практике. Наблюдая за результатами эксперимента, мы возвращаемся к первой стадии, то есть к наблюдению за окружающим миром.

Так мы можем кружить по этому треугольнику столько раз, сколько потребуется для того, чтобы убедиться в истинности теории и в том, что мы действительно понимаем принципы происходящего; при этом могут возникать новые догадки и ставиться новые опыты.

Такой научный метод служит основным способом получения знаний в современной цивилизации, но это далеко не новое изобретение. Это лишь развитие того принципа, каким мы руководствуемся в своей повседневной жизни. Представьте, например, что вы идете по улице и замечаете перед собой ворсистый коричневый шар. Это наблюдение (стадия 1). Вы задумываетесь над тем, что же это такое, и вам в голову приходит, что это кокосовый орех, закатившийся сюда с ближайшего рынка. Теперь у вас есть теория: «Это кокосовый орех» (стадия 2). Вы нагибаетесь, чтобы поближе исследовать шар и пробуете сдвинуть его с места ногой. Так вы проводите эксперимент для проверки своей теории (стадия 3). Но тут вы видите (снова стадия 1), как шар вскакивает и быстро убегает в кусты. Ваша теория неверна, и вы разрабатываете новую: «Это небольшое животное» (снова стадия 2). Затем вы идете к кустам, чтобы получить новые данные об этом явлении. Пусть вы даже и не догадываетесь об этом, но вы используете научный метод познания мира. Вы уподобляетесь ученому. Все мы практически ежедневно пользуемся научным методом в своей жизни. Допустим, мы забыли ключи, но нам кажется, что мы оставили их в кармане куртки, которую надевали прошлым вечером. Мы идем к куртке и проверяем свою догадку — наблюдение, теория, эксперимент. Все мы в той или иной степени ученые. В наши дни словом «ученый» принято называть человека, занимающегося какой-то строго определенной академической деятельностью с «научным» названием — астрономия, геология, химия, генетика и десятки других, — а также того, кто получает за эту свою деятельность деньги, но в действительности все мы ученые.

Начиная с XVII века слово «наука» приобрело некий налет загадочности и мистичности, но на самом деле в науке нет ничего мистического и загадочного, это всего лишь описанный выше треугольник. Загадочность по большей части ей придают два фактора. Во-первых, предмет изучения ученых непрофессионалам кажется очень сложным («Как возникли звезды?», «Из чего состоит атом?», «Как континенты перемещаются по поверхности твердой Земли?»); во-вторых, в каждой отрасли науки используется своя терминология, непонятная для непосвященных и потому кажущаяся загадочной и даже подозрительной.

Когда ученые изучают такие сложные явления, как образование звезд, они разбивают общую тему на несколько сотен различных наблюдений, строят сотни отдельных теорий и проверяют каждую из них по отдельности. Иногда для проверки даже простой теории требуются сложные инструменты, но в конечном итоге сложными оказываются только технология и общая тема. Что же касается терминологии, то свой жаргон присущ практически любой человеческой деятельности. Кто сможет понять все, о чем говорят между собой механики, или перечислить названия всех плотницких инструментов? Разве что сам механик или плотник. Наука — это настолько широкое занятие (в действительности даже целый ряд занятий), что немногие ученые понимают то, о чем говорят другие ученые даже близкой к ним области знаний. Можно даже утверждать, что биолог, занимающийся классификацией птиц, и биолог, изучающий физиологию птиц, говорят на совершенно разных языках, так как пользуются в своей работе разными терминами, хотя и работают с одной и той же группой животных. Науку не следует рассматривать как некую однородную сферу деятельности, представители которой знают все и смотрят свысока на «простых людей». Большинство профессиональных ученых узнают о том, что происходит в современной науке, из газет и по телевидению, точно так же, как и большинство из нас.

 Что не является наукой?

Некоторые виды познавательной деятельности не подпадают под категорию науки, поскольку не следуют описанному выше «правилу треугольника». Например, наблюдая за окружающим миром, некоторые приходят к мысли о существовании сверхъестественной силы или бога. В данном случае перед нами две стадии из трех: наблюдение и объясняющая факты теория. Если же мы попытаемся провести эксперимент, то столкнемся с определенной проблемой. Какой эксперимент, по вашему мнению, может однозначно доказать существование бога? Пока что никто не дал ответа на этот вопрос. Следовательно, религия это не наука.

Распространено мнение, что наука противоречит религии и пропагандирует атеизм. Это неверно. Научные эксперименты не опровергают и даже не могут в принципе опровергнуть существование бога. Согласно давно известному принципу, «отсутствие доказательств не есть доказательство отсутствия». Если что-то не удается доказать с научной точки зрения, то наука попросту ничего об этом не говорит. Существование или несуществование бога — это вопрос веры. Атеист, с уверенностью отрицающий существование бога, верит в свою теорию точно так же, как и человек, утверждающий, что бог есть. Никому из них наука помочь не может и в этом вопросе вынуждена стоять на позициях агностицизма (от греческого gnstos — недоступный познанию). Единственный серьезный ответ на вопрос о боге из уст ученого звучит так: «Я не могу с помощью научного метода найти какое-либо достоверное доказательство существования бога, следовательно, я не берусь за это». Многие ученые верят в бога, но для них это, опять-таки, вопрос веры. В этом нет никакого противоречия. Наука исследует только физический мир, но поскольку ученые тоже люди, то им присущи две стороны человеческой личности — логика и интуиция — эти параллельные методы познания Вселенной. Наука и религия являются отражением этих двух методов. Они прекрасно могут не только уживаться вместе, но и дополнять друг друга.

Окаменелости

Применять научный метод к исследованию современного нам окружающего мира не так уж и сложно, но как быть, если мы хотим исследовать прошлое? (Ученые же не могут, например, записать на пленку брачный зов динозавров.) Оказывается, прошлое тоже поддается исследованию при помощи научного метода. Пока теорию можно проверить на практике, она остается научной; проверка не обязательно должна быть лабораторным экспериментом, она может принимать и форму предсказания. Например, если птицы в ходе эволюции произошли от динозавров, то где-то в твердых породах должны остаться окаменелые останки существ, совмещающих признаки пресмыкающихся и птиц. Рано или поздно палеонтологи должны будут их найти. Отсюда следует, что теория происхождения птиц от пресмыкающихся вполне поддается поверке, даже если никто изначально не знает, сколько времени понадобится на эту самую проверку. На самом деле такая окаменелость уже была найдена в 1861 году в каменоломне на территории Германии. Так называемый археоптерикс совмещает признаки обеих групп животных. Правда, в поисках окаменелостей ученым приходится полагаться скорее на везение, чем на логику. Большинство животных и растений не оставляют следов после своей гибели — их пожирают другие животные или разрушают микроорганизмы в процессе разложения. Останки животных и растений сохраняются в камне только в очень редких случаях, и даже тогда большинство окаменелостей разрушается в ходе эрозии или залегает слишком глубоко, где их никто никогда не найдет. Окаменелости находят только тогда, когда кто-нибудь специально интересуется ими, а поэтому замечает в разрушающихся горных породах или обнаруживает в ходе раскопок шахт или каменоломен. Получается, что вероятность обнаружить останки древних животных и растений крайне мала, и мы никогда не составим полной картины того, какие животные существовали в данной местности в определенное время. Таким образом, изучать палеонтологию это все равно что анализировать игру футболистов по теням на поле, да и то при облачной погоде.

Эволюция, Дарвин и естественный отбор

Идея эволюции далеко не нова, в Европе ее можно проследить до древних греков, живших более двух с половиной тысяч лет назад. В течение столетий христианская церковь отвергала идею эволюции, потому что она противоречила начальным словам Библии, в которой говорится, что Бог создал Землю и всех населяющих ее существ, в том числе и нас, за шесть дней. В этом, кстати, и заключается подоплека предполагаемого конфликта между наукой и религией. Пусть наука ничего не имеет против идеи существования Бога, но она вполне может доказать, что мир не был создан за шесть дней.

К концу XVIII века, благодаря развитию науки и многочисленным трудам изучавших окружающий мир натуралистов, предположение о том, что виды животных и растений со временем изменяются, казалось все более и более убедительным. Но кроме религиозных возражений существовали еще две проблемы, мешающие принять идею эволюции: возраст мира и то, что никто пока не предложил объяснения механизма такой эволюции. В то время считали, что Земле не более нескольких тысяч лет, а этого недостаточно, чтобы живые организмы претерпели значительные изменения. К началу XIX века ученые стали приходить к мысли, что сложную геологическую структуру планеты можно объяснить, только признав, что она образовалась в ходе невероятно долгих процессов — вулканической деятельности, отложения пород и выветривания, — а отсюда следует, что возраст Земли гораздо больше, чем предполагалось ранее. В таком случае и к идее эволюции следует относиться уже более серьезно.

И в самом деле, временной масштаб эволюции поистине огромен и с трудом поддается осмыслению. Даже в наши дни, когда мы в своих рассуждениях с легкостью оперируем миллионами лет (как я на первых страницах этой книги), наш разум не до конца понимает весь смысл этих цифр. Если читатели-нехристиане позволят мне такой пример, то большинство из нас признает тот факт, что между нынешним моментом и рождением Христа более 2000 лет назад прошло очень много времени. Христос жил в эпоху так называемой древней истории, но, закрыв глаза, мы, вероятно, без особого труда представим себе этот временной отрезок. Если я попрошу вас подумать о том, что происходило 10 000 лет назад, то вам придется представить себе пять таких временных отрезков. Тогда еще не произошло ни одного события, описанного в каких бы то ни было исторических книгах. Нашим предкам предстояло раскалывать куски кремния еще как минимум тысячу лет. Такую временную шкалу вообразить труднее, но возможно. Ну а теперь попробуйте представить себе промежуток времени, превышающий отрезок между нами и Христом в 2000 раз! Это практически невозможно, такое время не поддается восприятию и находится где-то за горизонтом нашего восприятия. А ведь это всего лишь 4 миллиона лет назад. Тогда наши предки слезали с деревьев и, расхаживая по африканской саванне, оставляли отпечатки следов, почти идентичные нашим. С геологической точки зрения прошло не более нескольких часов. Огромные динозавры вымерли 65 миллионов лет назад, после того как были полноправными хозяевами на протяжении 140 миллионов лет, а ведь и они появились сравнительно «недавно». Жизнь существует на нашей планете более трех с половиной миллиардов лет. Эволюция и в самом деле происходит очень медленно — но ведь торопиться ей некуда, не правда ли?

Дарвин

В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал книгу «Происхождение видов путем естественного отбора». Именно естественный отбор был предложен Дарвином в качестве рабочего механизма эволюции. В своей книге ученый перечислил несколько важных наблюдений: ограниченность природных ресурсов (таких как пища или жизненное пространство), конкуренция между видами и особями за эти ресурсы и существование небольших различий между отдельными представителями одного вида.

Дарвин предположил, что в условиях конкуренции, когда между особями наблюдаются небольшие различия (например, один леопард бегает немного быстрее другого; цвет шерстки одной мыши бледнее цвета шерстки другой), некоторые признаки одной особи дают ей преимущество над другой особью, а другие признаки, напротив, не дают преимуществ. В «борьбе за существование», как это назвал Дарвин, благоприятные признаки повышают вероятность выживания и, следовательно, того, что данная особь оставит после себя потомство. Таким образом, природа производит отбор по некоторым признакам, которые передаются следующему поколению. В ходе такого естественного процесса, когда одни признаки закрепляются, а другие исчезают, происходит эволюция, то есть изменение вида.

Дарвина часто называют «отцом теории эволюции», хотя его скорее следует назвать «отцом теории естественного отбора», предложившим объяснение механизма эволюции. Его идеи многократно проверялись с момента выхода его книги в свет, так что теория давно перестала быть теорией. В настоящее время эволюция и естественный отбор стали признанными фактами.

Естественный отбор

В ходе естественного отбора меняется общий облик вида, а не черты отдельных животных. В упрощенном виде это можно показать на следующем примере: представьте себе стадо газелей, в котором длина ног одних особей слегка отличается от длины ног других особей. Иными словами, существуют высокие газели и низкие газели (можно, конечно, представить себе комнату, заполненную высокими и низкими людьми, только продемонстрировать преимущество в росте тогда было бы не так просто). Если всех газелей с короткими ногами, бегающих не слишком быстро, легко ловят и съедают львы, то выживут газели с длинными ногами. Коротконогие газели не проживут достаточно долго, чтобы оставить потомство, поэтому все следующее поколение газелей, скорее всего, будет обладать длинными ногами. Заметьте, что ни у одной отдельной газели ноги ничуть не удлинились, но средняя длина ног всех газелей стала больше. Иными словами, газели эволюционировали. Таким образом, естественный отбор проявляется в потомстве и влияет на облик последующего поколения.

Естественный отбор поведения

Некоторые признаки, отбираемые природой, могут быть особенностями поведения, а не чертами облика, определяемыми генами. Например, группа животных (в том числе и первобытные люди), которые решили приходить на водопой в то же место, что и хищники, причем в одно время с ними, и которые толкаются между собой вместо того, чтобы не терять бдительности, вряд ли проживут достаточно долго, чтобы передать эту особенность поведения своим потомкам в качестве примера. С другой стороны, группа, которая выжидает, пока хищники не напьются, а потом выставляет наблюдателей и пьет по очереди, скорее всего, передаст эту особенность поведения следующему поколению.

Конечно, не все так просто, ведь некоторые особенности поведения могут контролироваться и генами. В таком случае это унаследованное, а не усвоенное поведение. В качестве примера можно привести способности новорожденных младенцев сосать и издавать крик, а также хватательный рефлекс. Младенец в самом раннем возрасте какое-то время очень цепко хватается за пальцы взрослых и может даже висеть на руках задолго до того, как обучается делать это сознательно. Наблюдая за другими приматами, которые переносят на спине своих новорожденных, крепко цепляющихся за шерсть родителей, нетрудно понять происхождение этого рефлекса у человека.

Практически универсальный страх человека перед темнотой также можно объяснить унаследованным поведением. Сотни тысяч лет назад, когда люди жили под открытым небом в окружении хищников, страх перед темнотой был очень даже благоприятным признаком. Склонность ходить посреди ночи, когда ничего вокруг не видно, или бродить в потемках по пещере вряд ли можно назвать выигрышной стратегией. Особи, боявшиеся темноты и стремившиеся найти укромное место после наступления сумерек, передавали страх перед темнотой своим детям (если он действительно заложен в генах), и в конечном итоге он дошел до нас. В настоящее время находиться у себя дома после захода солнца, как правило, не намного опаснее, чем днем, но заложенный природой страх остается и нещадно эксплуатируется практически в каждом фильме ужасов.

Выживание наиболее приспособленных

Когда в обычной беседе заходит речь об эволюции, часто всплывает фраза «выживание сильнейших». На самом деле естественный отбор предполагает, что выживают не самые «здоровые» или самые «сильные» особи, а выживают те растения и животные, которые лучше других приспособлены к окружающей среде. В примере про газелей и львов газели с длинными ногами выживали по той причине, что их организм оказался более приспособленным к условиям, когда на них охотились хищники.

Иногда в ходе эволюции случалось и так, что некоторые группы животных выжили и оставили потомство не потому, что оказались наиболее приспособленными, а только потому, что что-то произошло с их конкурентами. В таком случае можно говорить уже о «выживании самых везучих». В качестве примера можно привести популяцию северных морских слонов, обитающих в северной части Тихого океана. В XIX веке охота на этих животных привела почти к полному их исчезновению, так что к 1890 году в живых оставалось менее 20 особей. Эти животные не обладали какими-то особенными чертами, позволявшими им лучше скрываться от охотников, просто они случайно остались самыми последними.

Получилось так, что их все-таки не уничтожили, и сейчас, после введения запретов на отстрел этих животных, их численность превышает 30 000 особей. Но весь генофонд этой популяции унаследован от тех самых нескольких морских слонов, так что в наше время их генетическое разнообразие гораздо беднее, чем было изначально. Генетический набор этой популяции как бы пропустили через фильтр, в результате чего большая часть генов отсеялась. Материал для естественного отбора значительно сократился, что, несомненно, сильно повлияет на дальнейшую эволюцию морских слонов.

В Африке через тот же эффект «бутылочного горлышка» несколько тысяч лет назад, похоже, прошла популяция гепардов. Генетическое разнообразие современных гепардов настолько мало, что очень вероятным кажется предположение о былом сокращении их численности до нескольких особей.

Вкратце данную главу можно изложить следующим образом: естественный отбор (иногда в сочетании с катастрофами) служит эффективным механизмом изменения признаков вида в последующих поколениях. Путем естественного отбора удаляются некоторые особи до того, как они успеют дать потомство, у одних возникают препятствия с продолжением рода, у других, наоборот, благоприятные условия. Таким образом, следующее поколение наследует больше полезных признаков, способствующих выживанию вида. Поскольку большинство этих признаков определяется генами, то важно знать, что же представляют собой эти самые гены.

Гены

Слово «ген» происходит от древнегреческого слова, обозначающего «род, происхождение» (тот же корень присутствует и в слове «генеалогия»). Гены — это передаваемые из поколения в поколение единицы наследственности, своеобразные инструкции, согласно которым организм формируется и поддерживает свое существование. Такие инструкции определяют внутренние свойства, например производство ферментов в кишечнике или такие очевидные признаки, как величина роста, форма носа.

Каждый ген представляет собой отрезок длинной молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), названной так потому, что эта молекула кислоты находится в ядре клетки («нуклеус») и включает в себя сахарид рибозу без одного атома кислорода («дезокси» означает отсутствие кислорода). Цепочки ДНК содержатся в ядрах большинства клеток, а всего в человеческом теле насчитывается примерно сто триллионов клеток (100 000 000 000 000, или 10¹⁴), в каждой из которой присутствует полный набор генов, определяющий признаки организма. Таким образом, клетка в глазу содержит те же гены, что и клетка желудка или колена, даже если большинство из этих генов никогда не используются. Это все равно как если бы в каждой библиотеке мира хранились точные карты каждого города на земле с указанием домов и улиц, даже если большинство жителей приходили бы в библиотеку только для того, чтобы посмотреть карту своей местности.

В ядре клетки человека содержится 46 цепочек ДНК, общей длиной более 2 метров и насчитывающих примерно 24 000 генов. Эти 46 цепочек расположены парами, потому что все мы получаем по одному экземпляру парных молекул от каждого из родителей: 23 из яйцеклетки матери и 23 из сперматозоида отца. Это все равно что получить 23 пары носков на день рождения, по одному правому носку от матери и одному левому — от отца. Если расположить их попарно, то получится как раз полный набор.

Каждая цепочка в паре содержит гены, определяющие признаки и свойства нашего тела (цвет волос, цвет глаз, длину рук), но и в другой парной цепочке содержатся гены тех же признаков и свойств. Эти цепочки — своеобразные близнецы. Отсюда следует, что мы получаем по два гена, отвечающих за большинство свойств организма. На практике, конечно, все немного сложнее, но вам, читателям этой книги, необязательно вникать во все эти тонкости.

В определенный период жизни клетки каждая цепочка ДНК сворачивается спиралью словно веревка или канат и образует более плотную и короткую структуру под названием «хромосома» (от греческих слов, обозначающих «цветное тело», потому что раньше, когда ученые только начали исследовать клетки под микроскопом, они для наглядности окрашивали их разными красителями, и хромосомы иногда проявлялись в виде коротких темных лент. В наши дни мы называем эти цепочки хромосомами вне зависимости от того, плотно они упакованы или нет). Такие «цветные тела» образуются в клетке, когда она готовится к делению в ходе роста ткани или зарастания ран.

Большинство клеток постоянно сменяется клетками следующего поколения. Наша кожа постоянно отслаивается, и под ней вырастает новая кожа; красные кровяные тельца, переносящие по организму кислород, живут примерно 120 дней. В каждом из нас содержатся миллиарды миллиардов красных кровяных телец (только в одной большой капле крови их примерно 500 миллионов), а каждый день из костного мозга образуется 170 миллиардов (170 000 000 000) новых красных кровяных телец, приходящих на смену разрушенным или, лучше сказать, переработанным селезенкой, печенью и (опять-таки) костным мозгом. При сдаче крови организм донора теряет пол-литра крови, в которых содержится примерно два с половиной триллиона (2 550 000 000 000) красных кровяных телец, и для их восстановления требуется 50 дней. (Исходя из формулы: 2 550 000 000 000 : 170 000 000 000 = 15, могло бы показаться, что для восстановления такого количества клеток требуется 15 дней, но на самом деле эти клетки потеряны для организма, и их материал не может использоваться. Доноры вынуждены получать «сырье» для новых клеток из пищи.)

У большинства животных в красных кровяных тельцах содержится ДНК, точно так же, как и в остальных клетках тела, но у млекопитающих, в том числе и у нас, эти клетки в процессе формирования теряют свои ДНК. Поэтому судебные медицинские эксперты могут с легкостью отличить пятна крови птицы (оставленные, например, в ходе приготовления ужина) от пятен крови человека.

Поскольку клетки тела постоянно размножаются, образуя новые клетки кожи, крови или других тканей, то копии хромосом (а следовательно, и генов)переходят во все последующие клетки. В женских яичниках образуются яйцеклетки, а в мужских яичках — сперматозоиды, имеющие по одному набору хромосом. При их слиянии образуется клетка, которая начинает делиться как обычно. К тому времени, как ребенок полностью сформируется, его гены успевают подвергнуться копированию огромное количество раз.

Мутации

В научно-фантастических произведениях мутацией называется нечто очень плохое и страшное. На самом деле слово «мутация» означает просто «изменение». В процессе роста и развития организма, а также в ходе образования нового организма, гены постоянно копируются, и иногда случается так, что в ходе копирования происходит ошибка. В качестве аналогии можно привести анекдот времен Первой мировой войны. Говорят, что один офицер с передовой приказал солдату передать сообщение в штаб: «Вышлите подкрепление, мы собираемся наступать». Но в спешке тот не успел записать его на бумаге, а в устной форме передал посыльному. Посыльный в свою очередь устно передал его дежурному по штабу. Так оно переходило из уст в уста, пока начальство с удивлением не услышало: «Примите поздравления, мы отправляемся танцевать». В данном случае примечательно то, что конечное сообщение имеет свой смысл. Оно не превратилось в набор ничего не значащих слов и звуков, а вместе с тем оно не имеет никакого отношения к текущей ситуации и не связано с исходящей информацией. Проблема заключается в том, что сообщение несколько раз копировалось с ошибками, как это бывает и с генами.

Мутация гена может либо привести к тому, что он полностью утратит свою важную функцию (если это ошибка, допущенная при образовании яйцеклетки или сперматозоида, то организм может погибнуть еще на стадии зародыша), либо не иметь серьезных последствий. Иногда бывает и так, что изменения в гене идут на пользу организму. Поскольку изменения носят случайный характер, то результат бывает самый разный. В некоторых случаях информация искажается, как в приведенном выше примере из военной жизни, но не превращается в полную бессмыслицу. Ген не уничтожается, но перестает выполнять свою работу. В зависимости от того, какой вред или какую пользу приносит ген в своей новой форме, эти изменения со временем закрепляются в популяции организмов одного вида или исчезают из нее. Ген, из-за которого погибают зародыши, погибает вместе со своими носителями и не передается последующим поколениям. Но если мутация оказывается полезной, то такой ген быстро распространяется в популяции.

Приведем другую аналогию. Гены — это своего рода инструкции или кулинарные рецепты, а организм — выпекаемый торт. Представьте, что в одном рецепте написано, что торт нужно посыпать кокосовой стружкой, но она не всем приходится по вкусу. Кое-кому такой торт нравится, и его покупают, но не в больших количествах; рецепт тоже не пользуется особенной популярностью. Однажды кто-то просит переписать ему рецепт, но ему дают клочок бумаги с очень неразборчивым почерком. Вместо «100 г кокосовой стружки» он записывает «100 г шоколадной стружки». Торт получается восхитительным. Все, кто его пробует, просят переписать им рецепт. В результате очень скоро появляется 500, затем 5 тысяч и, наконец, 5 миллионов копий рецепта. Ошибка в копировании, то есть «мутация», оказалась благоприятной для этого рецепта, и изготовленные по нему торты стали популярны во всем мире. То же самое может произойти и с генами, которые, казалось бы, не доставляют никаких особых преимуществ своим носителям. Так, например, в гене крови человека однажды произошла мутация, которая не принесла никаких преимуществ, но тем не менее обрела самое широкое распространение. Для большинства из нас именно она определяет группу крови.

Группы крови

На поверхности красных кровяных телец имеются молекулы под названием «антигены». Они бывают двух типов: А и В. Эти типы мы наследуем от наших родителей, и именно они определяют нашу группу крови.

Для обозначения групп крови используется система АВ0. Иногда можно услышать, что это «трехбуквенная система», но на самом деле «0» это не буква, а цифра «ноль». Она обозначает отсутствие антигенов А и В.

На заре истории нашего вида было две разновидности гена группы крови: А и В. Если ребенок наследовал ген А от матери и ген А от отца, то у него была группа крови А. Если же он наследовал ген В от обоих родителей, то у него была группа крови В. А если он наследовал по одному из генов А и В, то у него была группа АВ. Но однажды один из этих генов мутировал таким образом, что вообще перестал производить антигены. И хотя эта мутация не предоставляла никаких преимуществ ее носителям, она настолько широко распространилась во всем мире, что в настоящее время это самая частая разновидность гена группы крови. Получается, что сейчас возможных сочетаний генов гораздо больше, чем было изначально.

Если ребенок получает по гену а от каждого из родителей («АА»), то у него, разумеется, будет группа крови А, как и раньше. Но сейчас может случиться и так, что от одного родителя он получит ген, производящий антитела А, а от другого ничего не производящий ген — сочетание «А0» (А плюс 0). Поскольку анализ крови будет давать положительную реакцию на антиген А, то его кровь также принадлежит к группе А. Таким образом, мы имеем два сочетания для одной и той же группы крови А (а если считать гены отца и матери разными, то даже три — АА, 0А и А0). То же относится и к группе крови В. Кроме этого, ребенку по-прежнему могут достаться два разных варианта гена, А и В. В таком случае у него будет группа крови АВ. Наконец, и от отца, и от матери ему могут достаться гены, не производящие ничего, то есть гены 0. В результате у него будет группа крови 0 («00»). Получается, что единственный способ получить группу 0 — это получить по нулевому гену от отца и матери, но, несмотря на это, такая группа самая распространенная. А все потому, что большинство родителей с группой крови А имеют гены «А0» или «0А», а не «АА». Также и большинство людей с группой крови В имеют гены «В0» или «0В», а не «ВВ». Если добавить к ним людей с генами «00», то получается, что носителей гена «0», не производящего никаких антигенов, большинство.

В результате мутации гена крови возникла ситуация, когда группа крови детей может отличаться от группы крови каждого из родителей. Например, оба родителя имеют группу А, а у их ребенка группа 0: 

Или же у одного родителя может быть группа А, у другого группа В, а у их ребенка группа АВ или 0:

В последнем примере у ребенка могла быть также группа А («А0») или группа В («0В»), но не «АА» и не «ВВ». Какой из вариантов окажется в действительности — исключительно дело случая. Это зависит от того, какой из генов матери, «А» или «0», окажется в яйцеклетке при оплодотворении, а также от того, какой из генов отца, «В» или «0», окажется в оплодотворившем яйцеклетку сперматозоиде (в яйцеклетке или сперме остается только одна хромосома из парных). Если у таких родителей несколько детей, то группы крови у них могут отличаться.

Процентное соотношение групп крови среди населения современной Великобритании таково (в квадратных скобках указано процентное соотношение групп крови среди населения США): Группа 0 — 45 % [45 %]; группа А — 43 % [40 %]; группа В — 9 % [11 %]; группа АВ — 3 % [4 %]. Но среди жителей как США, так и Великобритании много иммигрантов. (Те, кто жалуется на засилье иммигрантов в современной Англии, забывают, что они сами являются потомками англосаксонских мигрантов. Без миграции вообще не было бы никакой англосаксонской культуры и никакой Англии). Следовательно, процентное соотношение групп крови в Великобритании и США не отражает изначального распределения групп крови среди кельтского населения Британских островов или североамериканских индейцев.

У коренных жителей Северной Америки практически не было группы В, и это дало повод предположить, что они являются потомками одной немногочисленной группы, мигрировавшей в Северную Америку из Азии через Берингов пролив в конце ледникового периода. Так получилось, что в той популяции не нашлось представителей группы В, и в целом ситуация походит на описанный выше случай с северными морскими слонами, за исключением того, что остальное человечество не вымерло. Эффект «бутылочного горлышка», когда образуется отдельная группа внутри одного вида, ученые называют «эффектом основателя».

Взаимодействие генов

Случай с группами крови довольно сложен, хотя с другими генами дело обстоит еще сложнее. Некоторые признаки действительно зависят от одного-единственного гена (точнее, от одной генной пары), который получает удобное название, вроде «гена цвета глаз» или «гена высоты роста». Но в большинстве случаев признаки зависят от многих взаимодействующих друг с другом генов. В настоящее время известно, что цвет глаз определяют по меньшей мере три разные генные пары, причем есть подозрение, что их гораздо больше. Цвет кожи также зависит не от одного гена, что верно и для многих других особенностей нашего организма.

На этом сложности не заканчиваются. Было бы неверно рассматривать организм как запрограммированную генами машину, собираемую по четким инструкциям, подобно тому, как собирают машины на заводе. В отличие от них в биологических системах, таких как наш организм, многие «детали» не имеют жесткого крепления. Взаимодействующие между собой гены определяют не столько конечные признаки организма, сколько его развитие от зародыша до взрослой особи. Например, кожа вырастает не потому, что в ее гене заложена «инструкция по сборке кожи», а потому что ее клетки получают сигналы от соседних клеток, направляющие действие их генов в определенном порядке. Если это участок кожи на голове, то включаются гены роста волос, если это участок во рту, то гены роста волос выключаются. Гены, ответственные за рост волос, имеются во всех типах кожи, ведь по большому счету один и тот же набор генов присутствует практически во всех наших клетках. Наивно было бы полагать, будто гены в клетках рта и гены на макушке головы «знают», где они находятся. Многие виды тканей развиваются так, а не иначе не из-за содержащихся в них генах, а в ходе взаимодействия с другими окружающими их тканями. Наше тело — это не просто собранный на конвейере механизм, а скорее результат непрерывного взаимодействия и развития всего сообщества клеток и тканей, растущих и влияющих друг на друга на протяжении всей нашей жизни, особенно на тех порах, когда мы еще находимся в утробе матери.

Принимая во внимание всю сложность взаимодействия генов и учитывая то, что конечный результат зависит от огромного количества самых разных факторов, действующих в период развития организма, все известия о том, что в какой-то лаборатории удалось открыть «ген облысения» или «ген гомосексуальности» (эти сообщения в последнее время неоднократно появлялись в средствах массовой информации), можно смело причислить к жанру научной фантастики.

Эволюция на практике

Форма тела особи любого вида представляет собой набор признаков, переданных ей по наследству от предков. Для того чтобы выжить в текущей среде обитания или приспособиться к новым условиям окружающей среды, популяции необходимо пройти через естественный отбор тех признаков, которые имеются в генофонде вида. Поскольку каких-то идеальных генов, соответствующих данным условиям, чаще всего не бывает, природа обходится тем, что есть. Здесь можно привести очередную аналогию.

Представьте себе, что вы совершали морское путешествие и потерпели кораблекрушение. Вам повезло, и вы выбрались на необитаемый остров, где вам придется полагаться только на то, что находилось в ваших карманах на момент кораблекрушения. Понятно, что идеальными в данных условиях были бы набор всевозможных инструментов и «Справочник по выживанию на необитаемом острове» (Автор Робинзон Крузо, 4-е издание). Но у вас ничего такого нет. Значит, нужно использовать то, что есть, иначе вы погибнете.

В кармане у вас завалялась монетка. Вы затачиваете ее края на камне и пользуетесь ею для обстругивания веток, с целью создания стрел для охоты и гарпунов для ловли рыбы. Конечно, для этого гораздо лучше подошел бы нож, но его у вас не было. Впрочем, с этим неплохо справляется и монетка, а благодаря выпуклым буквам и цифрам на поверхности она не так сильно скользит в руках. Позже вы придумываете еще один способ затачивать стрелы. Вам уже не нужен нож, но нужно грузило для удочки. Идеально для этого подошел бы кусочек свинца, но его у вас нет. Поэтому вы сгибаете монету пополам и прикрепляете ее к леске. Теперь выпуклые буквы помогают ей крепче держаться на леске. Итак, вы уже нашли два применения тому, что предназначалось совершенно для других целей и не имело никакого отношения к жизни на необитаемом острове. При этом монета — не самый совершенный инструмент, но он работает. Вы ловите рыбу и поддерживаете свое существование. Тем временем на монете остаются отметки, повествующие об ее истории. На ней до сих пор видны отчеканенные буквы с цифрами, она сохраняет округлую форму, а также острые края с того времени, когда служила режущим орудием. В данный момент чеканка используется совсем для другой цели, нежели изначально, а острые края уже не нужны, хотя никакого вреда от них тоже нет.

То, что мы проделали с монеткой, эволюция автоматически делает с различными органами тела в ходе естественного отбора. Результат же получается примерно тот же. Тела многих животных сохраняют черты, которые сейчас используются совсем для других задач, нежели раньше. Зубы акулы — это видоизмененные чешуйки; крылья птицы — видоизмененные передние конечности; мембраны на крыльях летучих мышей сначала прикрывали тело, но позже стали использоваться для увеличения аэродинамической поверхности и т. д. Кроме того, некоторые черты, подобно заостренным краям монеты в нашем примере, сейчас не имеют никакого полезного свойства, хотя в прошлом были полезны для предков нынешних особей и передавались из поколения в поколение. Вы, вероятно, сейчас сидите на остатках хвоста, который возник у ваших предков и выполнял полезные функции, но в настоящий момент представляет собой лишь несколько костей на конце позвоночника. Другой пример — рудиментарный палец собак, который можно заметить у них высоко на ноге и который не касается земли. У предков собак было пять полноценных пальцев, но в процессе эволюции они стали бегать быстрее, так что один палец уменьшился в размерах и поднялся выше (сокращение числа пальцев на ноге распространено среди животных, которые быстро передвигаются по земле; см. рис. в гл. 12, раздел «Ступни»). Сейчас у собак только четыре функциональных пальца. Пятый палец ничего полезного не дает, и собаководы иногда даже удаляют его хирургическим путем. Вполне вероятно, если бы собаки и дальше жили сами по себе, а не рядом с человеком, который подвергает их искусственному отбору, и если бы естественный отбор среди них продолжился, то их пятый палец или совсем исчез бы, или не был бы виден снаружи, как остатки хвоста у людей.

Эволюция не стремится к совершенству

Если какой-то признак в ходе эволюции утрачивается, то восстановить его почти невозможно.

Естественный отбор действует только в отношении тех признаков, которые имеются в данный момент, так что изменения условий влияют только на те части тела особи, которые есть сейчас. Например, птицы произошли от древних пресмыкающихся, которые произошли от древних земноводных, а те в свою очередь произошли от древних рыб. У древних рыб, земноводных и пресмыкающихся были длинные хвосты, которые участвовали в движении, когда животные плавали. В процессе своей эволюции птицы утратили длинные костистые хвосты и приобрели вместо них хвосты в виде перьев. От первоначальных хвостов у них осталась только так называемая гузка. Когда некоторые птицы (например, пингвины) вернулись в водную среду обитания и начали плавать, у них не вырос такой же хвост, как был когда-то. Для плавания пингвины использовали конечности, с помощью которых ранее летали, то есть крылья, так что теперь они как бы летают под водой. В результате кости их крыльев стали больше и крепче, чем кости крыльев других птиц, ведь плотность воды значительно больше плотности воздуха и для передвижения в ней требуется больше усилий. Как следствие, пингвины утратили способность летать в воздухе. Они плавают на поверхности моря, но хвост для плавания у них так и не появился. Вместо этого пингвины гребут в воде перепончатыми лапами подобно тому, как отталкиваются ими, передвигаясь по земле.

Идеальным решением для передвижения птиц в воде был бы хвост, подобный хвосту рыб, но эволюция ничего не планирует и не продумывает заранее. Эволюция просто происходит в результате естественного отбора; это следствие, а не причина. Пингвины приспособились к новой среде обитания и выжили, потому что естественный отбор понемногу изменял облик особей каждого поколения. Благодаря долгой череде небольших изменений общая форма тела пингвинов изменилась так, как требуется для птиц, которые ловят рыбу в воде. Природа не требует идеального решения, она довольствуется тем, что работает.

Так мы подходим к ответу на давний вопрос, который задают себе многие женщины: «Почему рожать так больно?» Беспощадный в своей прямоте ответ звучит следующим образом: «Потому что роды вовсе не обязаны быть безболезненными». Эволюции все равно, доставляют роды боль или удовольствие; пока они выполняют свою задачу, все остается так, как есть. Пока рождается достаточное количество здоровых малышей, сопутствующая родам боль не имеет никакого значения для естественного отбора, вне зависимости от того, что думает по этому поводу мать. Та степень боли, которую испытывают женщины при родах, — это, скорее всего, относительно недавнее новшество, возникшее всего несколько миллионов лет назад с увеличением объема человеческого мозга. Голова современных младенцев крупнее голов их предков, а появляться на свет им приходится примерно по тому же родовому каналу. Пока большинство родов заканчиваются удачно, нет никаких предпосылок для того, чтобы путем естественного отбора увеличились размеры родового канала. В результате сохраняются родовые боли.

«Природа не терпит пустоты»

Биологи часто повторяют эту фразу, но ее значение не всегда так очевидно. Как заметил Дарвин, виды борются между собой за существование. Но лучше всего жить тем, у кого нет никаких конкурентов, поэтому, как только в природе появляется неисследованная возможность, кто-то обязательно ею воспользуется.

Мир природы похож на современный деловой мир. Если работники в офисах слишком заняты, чтобы ходить на обед, то обязательно появится тот, кто предлагает услуги по доставке обеда прямо на рабочие места. Торговцы сандвичами получают прибыль, заняв свою нишу на рынке, — можно придумать сотни подобных примеров из области коммерции, которая как нельзя лучше подходит для сравнения с тем, что происходит в природе. Такая «коммерческая ниша» это своего рода «пустота», которую ищут все вокруг. Это может быть идея, до которой еще никто не додумался, или монополия на производство какой-нибудь продукции. Наткнувшись на какую-нибудь «жилу», до которой еще не добрались конкуренты, можно получить значительную прибыль. Когда же появляются конкуренты, то основатели бизнеса меняют стратегию, стараясь выполнять свою задачу более эффективно (например, продавать сандвичи по более низкой цене), вносят изменения в свои действия (например, заодно предлагают и напитки) или просто пытаются пережить конкуренцию. Это и есть то, что в теории Дарвина называется «борьбой за существование» (в нашем примере выраженное через мир бизнеса). Бизнес эволюционирует так же, как и биологические виды.

В природе многие виды птиц питаются летающими насекомыми — пищей, богатой белкми, но существуют насекомые, которые летают ночью, когда птицы спят. Природа не терпит пустоты, и эту нишу на рынке заполнили ночные млекопитающие, которые в процессе эволюции приобрели способность летать, — летучие мыши. У них даже возникли крылья, преобразовав передние конечности. Внешне летучие мыши походят на птиц, потому что ведут примерно такой же образ жизни.

В мире бизнеса происходит примерно то же самое — предприятия, ведущие похожие дела, организованы идентично, даже если между ними нет прямой связи. Благодаря одинаковым условиям среды они приобретают схожие признаки. В работе продавцов сандвичей, например, неизбежно много общего, даже если их места находятся на противоположных концах света: для производства сандвичей они используют хлеб и наполнители; у них должны быть помещения и повара для изготовления сандвичей; у них должны быть транспортные средства для доставки продукции клиентам; чтобы ее разносить, у них должны быть корзинки или тележки; нужно принимать оплату деньгами. Все это следствие выбранного продавцами образа жизни. Природа в этом отношении ничем не отличается от бизнеса.

Животные, занимающие схожие ниши в разных частях света, как правило, похожи друг на друга. Морские птицы Южного полушария, загребающие воду лапами, ныряющие за рыбой и перемещающиеся под водой при помощи своих крыльев (пингвины), имеют общие черты с морскими птицами Северного полушария, загребающими воду лапами, ныряющими за рыбой и перемещающимися под водой при помощи своих крыльев (кайры и гагарки). Млекопитающие, постоянно обитающие в воде, плавающие с большой скоростью и добывающие рыбу (дельфины), похожи на хищных рыб, ведущих такой же образ жизни, хотя и не являются рыбами. Вымершие ихтиозавры также походили на дельфинов и на хищных рыб, потому что вели схожий образ жизни, даже несмотря на то, что были пресмыкающимися (их название переводится как «рыба-ящерица»).

Таким образом, разные группы животных, обитающие в схожих условиях, уподобляются друг другу, даже не будучи близкими родственниками. Биологи называют такой эволюционный процесс сближения «конвергенцией», то есть «схождением», потому что разные животные обретают примерно одну и ту же форму тела независимо друг от друга, не наследуя признаки от своих общих предков.

Эволюция никогда не дремлет

Эволюция не прекращается ни на мгновение, она происходит всегда, хотя и не стремится к какой-то цели; это пассивная реакция на естественный отбор, который также не прекращается ни на мгновение. Люди никоим образом не являются «венцом творения», хотя некогда это было общепринятым мнением. У эволюции нет «венца», нет конечной точки, она продолжается всегда. Нас даже нельзя назвать самым совершенным видом современности, эволюция которого заняла больше всего времени. Каждый ныне существующий вид эволюционировал столько же времени, сколько и мы (начиная с момента появления жизни на планете), и все существующие ныне виды в равной степени выиграли борьбу за существование.

Время от времени ученые находят окаменелые останки предков некоторых современных видов (например, папоротников, акул или крокодилов), которые, как кажется, ничуть не изменились за прошедшие миллионы лет. Распространено даже мнение, что это своего рода примитивные формы жизни, застывшие во времени. Но эволюция определяет не только внешние черты животных или растений, она меняет и внутренние органы, а также их функции. Со временем меняется даже биохимический состав организма. То, что современные животные или растения выглядят примерно так же, как и их предки, обитавшие миллионы лет назад, еще не значит, что эволюция обошла их стороной Любой садовник скажет, что папоротники очень устойчивы ко многим болезням и вредителям, обладая прекрасной химической защитой. Вполне вероятно, что у их предков не было такой защиты. За миллионы лет внутренние защитные механизмы папоротников могли очень сильно измениться, чего не скажешь об их внешней форме. Акулы также страдают лишь от некоторых заболеваний, как и крокодилы, раны которых на удивление быстро затягиваются в грязной воде. Сейчас медики даже пытаются найти особые вещества в крови этих животных, сражающиеся с бактериями и уничтожающие их подобно пенициллину.

Нельзя также утверждать, что современные виды в чем-то превосходят виды, жившие в прошлом. Каждый вид приспособлен к своей специфической среде обитания, поэтому мнение о том, что вымершие виды были лишь «переходным звеном» к современным, ошибочно. Для примера возьмем людей, живших 10 000 лет назад. Да, у них не были развиты технологии, у них было накоплено меньше знаний, они не могли похвастаться достижениями в области медицины или строительства, но, прежде чем называть их «примитивными», подумайте, каким мир будет через 10 000 лет. Люди будущего будут обладать знаниями и способностями, какие нам даже не снились. Станут ли они называть нас всего лишь «переходным звеном» от каменного века к их современности? Не думаю. Мы не существуем для того, чтобы проложить дорогу будущим поколениям. Мы реагируем на современные условия и пытаемся выжить, как можем, в окружающих условиях. То же самое происходит и в процессе эволюции. Каждый вид приспособлен к своему времени. Время это может быть коротким или долгим, но сам факт существования вида говорит о том, что он все-таки победил в борьбе за существование. Вспомним, для того чтобы появилась птица дронт, потребовалось три с половиной миллиарда лет. Птицы этого вида были прекрасно приспособлены для условий острова Маврикий в Индийском океане и вымерли только после того, как европейцы завезли туда виды животных со своего континента, к сосуществованию с которым дронт оказался неприспособлен. Это все равно что выпустить стаю львов в местном торговом центре — мы тоже окажемся неприспособленными для существования в новых условиях (дронты гнездились прямо на земле, и завезенные моряками свиньи быстро пожрали их яйца).

Без вмешательства человека дронт, возможно, выжил бы и существовал по сей день. Но что значит «выжить»? Ответ на этот вопрос тоже неоднозначен. Ни один вид из обитавших на планете 400 миллионов лет назад сегодня не существует, но если бы все они вымерли, то никакой жизни сегодня не было бы. Виды исчезают по двум причинам: либо численность их представителей постепенно сокращается, пока не умрет самый последний (классический пример вымирания), либо вид постепенно эволюционирует и становится непохожим на своего дальнего предка. Примерно 4 миллиона лет назад в Африке обитал один вид, представители которого покинули ветви деревьев и принялись расхаживать по саванне. Сейчас этого вида не существует (если бы такое существо встретилось нам на улице, мы бы сразу поняли, что перед нами нечто непохожее на то, что мы видели до сих пор), но нельзя и сказать, что этот вид вымер. Как и многие другие виды, он выжил благодаря тому, что изменил свой облик, приспособившись к современным условиям. А теперь речь пойдет о его потомках.

Когда мы были рыбами

Человек, продемонстрировавший такую удивительную способность к приспособлению, произошел от первых позвоночных. Это были бесчелюстные рыбы, фильтровавшие ил и появившиеся в древних морях более 500 миллионов лет назад. Бесчелюстные миксины и миноги (похожие на угрей, но с круглым ртом-присоской) существуют и в наше время, но они мало походят на своих древних бесчелюстных предков.

Твердая струна, идущая вдоль спины первых позвоночных, строго говоря, представляла собой не кость, а хорду — трубку из жесткой мембраны, заполненную жидкостью под давлением. Первые рыбы с костями появились лишь 100 миллионов лет спустя. Ученые так и называют их «костными», отличая их от акул и скатов, скелет которых состоит в основном из более мягкого хряща, который хорошо разгрызают хищные животные. Большинство же современных рыб — костные.

До появления рыб беспозвоночные имели ряд приспособлений для поддержки своего тела. Кольчатые черви, например, поддерживают постоянную форму тела, регулируя давление внутренней жидкости слоями мышц под кожей. У ракообразных имеется внешний скелет — своего рода броня, к которой изнутри прикреплены мышцы. У рыб же мышцы крепятся к внутреннему жесткому скелету.

Мышцы — это всего лишь группы клеток, которые в процессе эволюции приобрели способность сокращаться. Сокращаясь, мышца приближают ту структуру, что прикреплена к ее концу, и это единственная ее работа. Самостоятельно растягиваться и толкать что-либо она не умеет. В этом отношении мышцы можно сравнить с веревками, с помощью которых можно тянуть тяжелые объекты, но толкать эти объекты нельзя. Для того чтобы вернуть скелет позвоночного животного в исходное положение, мышцы должны работать парами: одна группа мышц сокращается с одной стороны центральной твердой струны, сгибая ее в одном направлении, другая сокращается с другой стороны, сгибая струну в другом направлении. Когда сокращается одна группа мышц, другая отдыхает и растягивается, подготавливаясь к последующему сокращению. Этот принцип сохранился и получил дальнейшее развитие во всех последующих поколениях позвоночных животных (особенно после того, как они покинули воду), но у древних рыб он прежде всего обеспечивал S-образное сгибание тела, благодаря чему они перемещались в воде, то есть плавали.

Рыба плавает, сгибая тело в противоположные стороны и отталкиваясь от воды боками. Это похоже на свободную с одного конца веревку, которую трясут так, чтобы она изгибалась из стороны в сторону. Для такого движения у животного должны по очереди сокращаться группы мышц, расположенные с противоположных сторон позвоночника. Вода поддерживает тело рыбы в вертикальном положении, так что единственная функция позвоночника — это не дать рыбе изогнуться подковой или сложиться пополам, когда сократятся мышцы с одной стороны тела. На этой стадии эволюции центральная струна тела была довольно слабой и исполняла роль опоры для мышц совершавших волнообразные движения. Древние рыбы плыли вперед исключительно благодаря волнообразным движениям, но движения рыб не были особенно точными, да и положение в пространстве не отличалось устойчивостью, ведь они могли легко перевернуться. Вскоре у рыб появились новые приспособления для передвижения и для сохранения равновесия, а именно плавники, и некоторые из них впоследствии преобразились в руки и ноги.

Плавники

У древних бесчелюстных рыб плавники располагались вдоль срединной линии. Ученые предполагают, что у некоторых рыб вдоль всего тела по бокам шли непрерывные складки кожи. Со временем эти складки сократились до одной пары плавников у переднего края и одной пары плавников у заднего края. 

_{Рисунок, изображающий, как складки кожи древних бесчелюстных рыб могли превратиться в две пары плавников.}

Даже в наши дни у современных рыб, разнообразные плавники которых могут располагаться на спине, в нижней части тела и на хвосте, сохраняется только по два вида парных плавников — грудные спереди и брюшные сзади (хотя у некоторых видов рыб брюшные плавники «переместились» вперед и теперь находятся ниже и спереди от грудных плавников). Современные рыбы используют парные плавники в качестве тормоза или для совершения медленных движений. Именно из-за того, что продольные складки кожи сократились до двух пар плавников, у всех других позвоночных, включая нас, имеются две пары конечностей — передние и задние. От этих парных плавников в процессе эволюции произошли наши руки и ноги; они начинают формироваться еще у маленького зародыша не более 5 мм длиной и представляют собой поначалу по две полукруглые складки с обеих сторон тела. Если бы у древних рыб сформировалось три пары плавников, то сейчас бы у нас было шесть конечностей, но четырех оказалось достаточно для того, чтобы придать древним рыбам равновесие — одна пара перед центром тяжести и одна пара позади него.

Челюсти

К тому времени, как образовались грудные и брюшные плавники, естественный отбор привел также к значительным изменениям в передней части многих рыб. Внутри головы, сформированной у древних рыб внешними костяными пластинами, начали формироваться челюсти. У самых древних рыб, как и у современных акул, с обеих сторон головы располагались ряды жаберных щелей. Между этими щелями кожу в растянутом состоянии поддерживали косточки, называемые жаберными дугами. Со временем первая дуга в каждом ряду постепенно растягивалась вдоль рта, до этого представлявшего собой простое отверстие. Благодаря этим костям рот обретал форму, и так появились первые челюсти. 

Благодаря такому приспособлению рыбы получили возможность питаться более твердой пищей, захватывая и удерживая ее ртом. До этого они питались мелким планктоном, процеживая его из воды. Скорее всего, это преимущество и позволило закрепиться такому ярко отличительному признаку. После этого произошло еще одно важное изменение: у части пластин, располагавшихся вокруг рта, начали формироваться острые зазубренные края, позволявшие еще крепче удерживать добычу. Так в ходе естественного отбора из пластин, в придачу к недавно образовавшимся челюстям, сформировались зубы.

От плавников к конечностям

У современных рыб мышцы, контролирующие движения парных плавников, находятся внутри тела. Наружу выступают только тонкие мембраны, поддерживаемые тонкими костистыми подпорками. Мы же произошли от кистеперых рыб — древнего типа костных рыб, у которых мышцы, контролирующие движения парных плавников, располагались снаружи, в мясистых отростках, заканчивающихся плавниками. Сегодня такой тип рыб представлен лишь немногими дожившими до наших дней видами, вроде целаканта в Индийском океане или тропических пресноводных двоякодышащих рыб, но в древности, примерно до 255 миллионов лет назад, они были очень широко распространены в пресноводной среде обитания.

Биологи пока не знают, почему у кистеперых рыб возникли такие мясистые плавники. По мере того как некоторые виды рыб покидали моря и осваивали новые места обитания, реки, озера и болота, они все чаще попадали в мелкие водоемы. Мясистые плавники, скорее всего, помогали им пересекать самые мелководные участки, поросшие растениями. Во время плавания такие плавники помогали рыбам увереннее двигаться вперед, отталкиваясь от камней или водорослей. На небольшой скорости движения этих плавников дополняли движения хвоста.

В любом случае мясистые плавники оказались весьма удачным нововведением для пресноводной среды обитания. У некоторых групп рыб плавники на конце выростов и вовсе утратились, сменившись рядом костей. Ими можно было цепляться за камни и растения; возможно, благодаря им увеличивалась поверхность выростов, а следовательно, и сила отталкивания от воды. Какова бы ни была причина, но эти костистые отростки позже превратились в пальцы рук и ног.

Такие древние рыбы, передвигавшиеся по озерам и болотам с помощью своих примитивных мышечных «конечностей», постепенно приспосабливались к жизни на мелководье, но здесь их поджидали опасности, с которыми их морские предки ранее никогда не сталкивались.

Легкие

Пресные водоемы, особенно мелкие, во время жары катастрофически теряют кислород. Даже при 15 °C вода содержит лишь треть кислорода от того количества, что содержится в атмосфере. Сегодня многие пресноводные рыбы реагируют на его недостаток так: они всплывают к поверхности, где содержание растворенного кислорода выше. Там некоторые виды рыб даже приспособились хватать насекомых, летающих над поверхностью воды, заглатывая при этом немного воздуха. От этого остается лишь один шаг к потреблению кислорода непосредственно из воздуха, необходим только способ усваивать его.

У современных рыб дыхательные органы развивались несколько раз независимо у разных групп, живущих в пресных водоемах с резкими сезонными колебаниями уровня содержания кислорода. В качестве примера можно привести электрического угря, который заглатывает воздух и впитывает кислород через тонкую кожу в ротовой полости, а также хоплостернума из семейства панцирных сомов, который тоже заглатывает воздух и усваивает его в кишечнике, где имеются участки с особо тонкими кровяными сосудами. Нетрудно представить, что древние рыбы, обитающие в схожей среде, научились дышать воздухом по той же причине. Чем лучше у них это получалось, тем меньше они зависели от воды и тем больше у них было шансов выжить. У некоторых рыб даже появились специальные органы для усваивания атмосферного воздуха, которые мы называем легкими.

У эмбрионов всех дышащих воздухом позвоночных, в том числе и у нас, легкие развиваются из выроста кишки зародыша, а это дает повод предположить, что наши древние предки-рыбы заглатывали воздух и усваивали его в кишечнике подобно современному хоплостернуму. Это также объясняет, почему мы дышим и поглощаем пищу через одно и то же отверстие, то есть через рот, и почему дыхательное горло ответвляется от пищевода в горле. (Мы также можем дышать носом, но это всего лишь трубка, ведущая к ротовой полости.)

Выход на сушу

Первые рыбы вышли на сушу более 360 миллионов лет назад, в эпоху чередующихся засух и наводнений, когда эволюция создала много новых типов рыб.

Никто точно не знает, почему рыбы вышли на сушу, но сегодняшние позвоночные успешно осваивают различные среды обитания. Некоторые млекопитающие большую часть времени проводят в воде (выдры, бобры), другие очень хорошо приспособились к водному образу жизни (тюлени и морские львы), а некоторые полностью переселились в водную среду (киты, дельфины, дюгони, ламантины). Млекопитающие могут питаться в воздухе и приспосабливаться к воздушной среде обитания (летучие мыши). Птицы также могут находить пропитание в воде (утки, лебеди, пеликаны), а некоторые приспособились к водному образу жизни (пингвины), хотя постоянно живущих в воде птиц не существует. Многие птицы находят пропитание на земле, некоторые даже утратили способность летать (страусы, нанду, киви). Многие рептилии приспособились к водному образу жизни (крокодилы, морские игуаны), а некоторые виды почти всегда обитают в воде (морские черепахи, морские змеи). В доисторические времена некоторые пресмыкающиеся были полностью водными (ихтиозавры, плезиозавры) или летающими (птерозавры) животными. Беспозвоночные также приспособились к самым разным средам обитания. Улитки, ракообразные и черви обитают в океанах, в пресных водах и на суше. Поэтому не стоит удивляться, что некоторые древние рыбы приспособились к «пограничному» образу жизни вдоль берегов древних рек и озер. Для животных, которые уже научились заглатывать воздух и шагать в воде, это был совсем незначительный шаг.

Первые рыбы, скорее всего, вышли на сушу в поисках пищи. Судя по форме зубов, они были не травоядными, а питались насекомыми и другими членистоногими. Преследовать добычу, выбегающую из воды на сушу, — успешная стратегия для выживания. Некоторые касатки (из семейства дельфиновых), охотящиеся за детенышами морских львов, пользуясь приливом, выбрасываются на берег, несмотря на то что вернуться в воду им бывает очень трудно. Если эта стратегия окажется весьма удачной, то можно даже представить, как у потомков этих касаток разовьются более крепкие и гибкие передние плавники, а затем и ноги, на которых они будут передвигаться по суше. В конечном итоге эти китообразные могли бы снова стать полностью сухопутными животными, какими были их предки.

Уши

То, что мы воспринимаем как звук, представляет собой колебательное движение частиц окружающей среды. (В научно-фантастических фильмах стараются как можно громче представить взрывы бомб и шум ракетных двигателей в космосе, но в действительности в вакууме звук не распространяется, так что там царит абсолютная тишина). У рыб (в том числе и у наших предков) плотность тела была примерно такой же, как и плотность окружающей воды. Звук, распространяющийся в воде, свободно проходит через тело рыбы, так что никакие специальные органы ей не требуются. У современных рыб имеется небольшое внутреннее приспособление для восприятия вибраций, но внешнего уха у них нет. Когда некоторые из древних рыб стали все больше и больше времени проводить вне воды, им потребовались органы слуха, потому что воздух был гораздо более разряжен по сравнению с плотностью их тканей и звуковые волны, распространявшиеся в воздухе, очень плохо воспринимались их телом. Теоретически эти древние животные могли бы улавливать вибрации земли, но поскольку они первыми из позвоночных животных вышли на сушу, то вокруг них просто не было того, кто мог бы как следует сотрясать землю. Камнепады или огромные растения, конечно, производили ощутимое сотрясение, но к тому времени, как они обрушивались на землю, бедной рыбе было уже поздно убегать от них. У рыб оставалась возможность обнаружить движения других рыб, что давало им преимущество в поисках пищи или помогало спрятаться от хищников. Первые выползающие на землю рыбы проводили почти все время в воде, и на то, чтобы у них сформировались полноценные органы слуха, понадобилось очень долгое время.

Что мы унаследовали от своих предков-рыб

От рыб нам достался позвоночник, две руки, две ноги, челюсти, зубы, легкие, а также рот, которым мы одновременно едим и дышим.

Когда мы были земноводными

Рыбы, со временем научившиеся дышать воздухом, все лучше и лучше приспосабливались к жизни вне воды. Примерно 360 миллионов лет назад некоторые виды изменились настолько, что их уже можно назвать не рыбами, а земноводными животными, хотя ни на одно из современных земноводных они не походили. По форме тела они были ближе всего к современным тритонам, но достигали в длину нескольких метров, а один из видов — даже пяти метров. На конце примитивных конечностей имелись пальцы, хотя их число еще не зафиксировалось, так что у разных групп животных их было разное количество (обычно от шести до восьми). Среди самых известных ископаемых животных, принадлежавших к этому классу, — акантостега и ихтиостега, хотя они и не были нашими непосредственными предками.

Акантостега (в переводе с латинского «колючками покрытая») в длину достигала всего 7 см и выглядела как покрытый броней тритон. Подобно древним рыбам, ее голова была защищена толстыми костными пластинами. Ее передние конечности заканчивались восемью пальцами. Похоже, что она все еще вела полностью водный образ жизни, поскольку у нее был хвост, похожий на хвост тритона, и внутренние жабры, как у рыб.

Ихтиостега (в переводе с латинского «рыба скрытая») представляла собой гораздо более крупное животное, длиной примерно с метр, с семью пальцами на передних конечностях. У нее также был хвост с плавником, как у тритона, и она проводила большую часть жизни в воде. Правда, при этом у ихтиостеги не было внутренних жабр.

Поскольку древние земноводные все больше времени находились на суше, их тела постепенно изменились. Они все еще откладывали икру в воде, где и проводили первые стадии своей жизни, но у взрослых особей исчезли внутренние жабры и плавники вдоль боковой линии, а сами они все больше становились полноценными наземными животными. На брюхе, которым они часто ложились на землю, у них сохранялись чешуйки, но с остальной поверхности кожи чешуя исчезла, как исчезли и костные пластины на голове. Вода уже больше не поддерживала тела этих животных, так что в течение последующих 50 лет кости их конечностей, а также плечевого и тазового поясов постепенно укреплялись, как укреплялся и позвоночник.

Самым первым земноводным, лежащим на земле под тяжестью собственного веса, было трудно открывать челюсть, не поднимая всей передней части тела. По всей видимости, именно поэтому и развилась гибкая шея. Так голова могла подниматься независимо от тела, а также поворачиваться по сторонам. Рыбы, как известно, не могут вертеть головой — ни одна рыба не способна «заглядывать через плечо».

Улучшился также и слух земноводных, хотя никто не знает, какие их окружали звуки и какие звуки они издавали сами.

Конечности

Многие современные земноводные (саламандры и тритоны) передвигаются по суше примерно так же, как и рыбы в воде (и как большинство современных пресмыкающихся). Они изгибают свое тело из стороны в сторону волнообразными движениями в горизонтальной плоскости. При этом они попеременно отталкиваются от земли своими конечностями примерно так же, как рыбы отталкиваются от воды плавниками.

При таком способе передвижения на земле одновременно покоятся только две конечности, передняя и противоположная ей задняя, что, в общем-то, нельзя назвать устойчивой позой. Для устойчивости необходимо опираться на землю третьей точкой — хвостом или брюхом. В результате создается сильное трение на всех соприкасающихся с землей поверхностях, кроме самых гладких, а передвижение замедляется, если только животное не спускается по наклонной плоскости. Эволюция решила эту проблему, изменив способ передвижения наших древних предков. Они стали опираться тремя ногами и за один раз поднимать только одну ногу. Так шагают современные саламандры и рептилии, хотя среди земноводных многие при ходьбе могут до сих пор опираться на землю только двумя конечностями.

Перемены в способе передвижения отражены в форме наших рук и ног. У самых древних позвоночных конечности отходили от тела примерно под прямым углом; впоследствии же они стали сгибаться и благодаря этому прочно опираться о землю. Мышцы конечностей окрепли, позволив образовавшимся ступням сильнее отталкиваться от земли и быстрее перемещаться вперед. Теперь нашим предкам уже не надо было полагаться исключительно на гибкость позвоночника и силу боковых мышц. Изменилось и строение конечностей. У первых наземных позвоночных участок с пальцами был, по большей части, простым продолжением конечности. Позже он стал и сам сгибаться — так появились зачатки запястья и лодыжки.

Пальцы

Примерно 360 миллионов лет на планете произошла очередная смена климата и природных условий. В результате поднятия земной коры образовались огромные болота, ставшие основой современных залежей угля, из-за чего этот период в эволюции называют каменноугольным.

К тому времени естественный отбор, по всей видимости, установил стандартное количество пальцев на ногах большинства, если не всех, земноводных. Отныне у всех последующих четвероногих позвоночных животных их будет по пять на каждой конечности, хотя позже кое-какие группы и утратят несколько пальцев. Любопытно, что у современных земноводных пять пальцев на задних ногах и только четыре на передних; неизвестно, обладал ли их предок только пятью пальцами или же они произошли от той ветви древних земноводных, у которых было более пяти пальцев, и четыре пальца на передней конечности у них развились параллельно нашим пяти.

Что мы унаследовали от наших предков-земноводных

От земноводных нам достались следующие особенности: гибкая шея, локти, колени, запястья, лодыжки и по пять пальцев на руках и ногах (что впоследствии привело к созданию десятичной системы и появлению понятия «процентов»). Тогда же мы утратили плавники, жабры и большинство чешуек.

Когда мы были пресмыкающимися

До сих пор древним земноводным для размножения требовалось возвращаться в воду. Все они начинали жизнь в виде икринок. Все изменилось с появлением яйца, внешняя мембрана которого не давала испаряться находящейся внутри воде, но при этом пропускала кислород из окружающего воздуха. Земноводным, которые откладывали яйца, уже не нужно было возвращаться в воду, и они стали первыми пресмыкающимися. Таким образом, яйцо было настоящим двигателем прогресса, своего рода космической капсулой жизнеобеспечения эмбриона, сохранявшей привычную среду обитания в чужом окружении.

У новых животных, называемых пресмыкающимися (или рептилиями, от латинского слово reptilis, что означает «ползающий»), кожа была покрыта легкими и гибкими чешуйками, состоящими в основном из кератина, в отличие от тяжелой чешуи их предков — рыб и земноводных. Кератин — это вещество, которое входит в состав наших ногтей и волос, а также перьев птиц.

Для таких перемен потребовалось немало времени, так что полностью к жизни на суше пресмыкающиеся приспособились не ранее 280 миллионов лет назад.

Развитие ящеров

Каждое сухопутное животное вынуждено решать проблему, связанную с силой тяжести. В плотной воде рыбы практически не имеют веса. Современные четвероногие животные либо опираются на землю как ящерицы, расставив согнутые ноги по бокам от тела, либо поддерживают вес своего тела на вертикально или почти вертикально вытянутых ногах, как коровы или собаки. Переход к такой вертикальной позе уже начался у некоторых самых древних рептилий, а наши предки и их дальние родственники динозавры значительно ее усовершенствовали.

В то время наши предки, по всей видимости, принадлежали к группе пресмыкающихся с большими кожаными «парусами» на спине. По-научному эта группа ящеров называется «пеликозавры» (от греческих слов, обозначающих «чаша» и «ящерица»). 

Некоторые биологи предполагают, что паруса служили своего рода солнечными панелями, позволявшими этим хладнокровным животным получать максимум тепла (но такие паруса имелись не у всех пеликозавров; некоторые более поздние виды прекрасно обходились без них). Пеликозавры были крупными пресмыкающимися (некоторые достигали 3 м в длину) и в свое время господствовали на суше, хотя большинство из них, по всей видимости, питалось рыбами и земноводными, а это значит, что они обитали близ водоемов.

Почти все пеликозавры вымерли 240 миллионов лет назад, за исключением одной группы, которая изменилась настолько, что получила свое собственное научное название — «терапсиды» (от греческих слов, обозначающих «зверь» и «арка»). Мы произошли как раз от этих терапсид.

Конечности и позвоночник

В процессе развития терапсидов значительно изменились позвоночник с ребрами, а также конечности, то есть наши будущие руки и ноги. У терапсидов, по сравнению с их предками, конечности были уже не так широко расставлены в стороны. По сравнению с пеликозаврами они меньше времени проводили у водоемов, но гораздо больше передвигались по земле, поэтому в строении их тела произошел ряд серьезных изменений. Прежде всего это касается утраты некоторых частей скелета, мешавших быстрой ходьбе. Рептилии унаследовали от земноводных способ передвижения, при котором позвоночник изгибается из стороны в сторону; большинство их позвонков между передними и задними конечностями до сих пор имеют ребра. По мере того как задние конечности становились все сильнее и играли более активную роль при ходьбе, ребра в этой части тела начинали сталкиваться между собой, мешая животным изгибать позвоночник из стороны в сторону. Естественный отбор привел к тому, что ребра в этой части позвоночника исчезли. Так образовались отличающиеся друг от друга поясничный отдел у задних ног и грудная клетка у передних ног. Вот почему у нас сейчас нет ребер в нижней части туловища, то есть в районе живота.

Второе изменение произошло после того, как конечности терапсид, которые стали более хорошими ходоками, приняли положение под телом. Животное, тело которого опирается о землю, не может быстро передвигаться; кроме того, когда конечности расставлены в стороны, для удержания веса тела требуется достаточно сильно напрягать мышцы. Попробуйте сами провести следующий эксперимент. Лягте лицом вниз и попробуйте поднять тело, отжавшись руками. Легче это сделать, опираясь ладонями о пол совсем рядом с плечами. Чем дальше вы будете расставлять руки, тем сложнее вам будет отжиматься. Животное, ноги которого расположены вертикально под телом, опирается на них как на колонны, а мышцы ног использует только для движений и для смены положения при сохранении равновесия. Мы можем очень долго стоять по стойке «смирно», но быстро устаем в положении с полусогнутыми ногами.

Локти и колени

У наших предков терапсид смена положения конечностей сопровождалась их разворотом в противоположных направлениях: так плечевые кости расположились вдоль тела назад, а бедренные — вдоль тела вперед.

В результате этого разворота суставы передних и задних конечностей стали сгибаться в противоположных направлениях. Вот почему наши локти и колени сейчас сгибаются в разные стороны, как и суставы конечностей всех млекопитающих, а также других потомков пресмыкающихся и птиц. Правда, при взгляде на задние конечности птиц и таких двуногих динозавров, как тиранозавр, может создаться впечатление, что их «колени» направлены назад и сгибаются совсем в другую сторону. Такое же впечатление создается и при взгляде на задние конечности многих млекопитающих (кошек, собак, лошадей). На самом деле это не так, но почему это не так, мы узнаем позднее.

Примерно 240 миллионов лет назад появилась новая группа терапсид, называемая учеными цинодонтами (в переводе с греческого «собачьи зубы»). Некоторые из них были травоядными, но большинство — хищными, поэтому их зубы и были похожи на зубы собак. На протяжении последующих 10 миллионов лет они оставались самыми распространенными наземными хищниками. Их конечности располагались прямо под телом. Есть свидетельства, что эти животные постепенно становились теплокровными. Другим рептилиям, как и всем позвоночным до них, для повышения скорости обмена веществ приходилось полагаться на солнечное тепло. Цинодонты обладали и лучшим слухом по сравнению с другими животными того времени, потому что у них появилась барабанная перепонка. Изначально размером они были с крупную собаку, но впоследствии многие виды уменьшились и в длину не превышали 25 см. 

В ту эпоху терапсиды были доминирующей группой животных, по развитию обогнавших других пресмыкающихся и выживших земноводных. Но примерно 210 миллионов лет назад их время закончилось, они почти вымерли. Последние особи вымерли 60 миллионов лет назад, но перед этим они успели дать начало новой ветви животных, небольших по размерам и похожих на современных грызунов. Это и были первые млекопитающие. Со временем их потомкам, принадлежащим к виду Homo sapiens, предстояло вновь покорить планету, но пока что доминирующими животными на Земле стали представители другой ветви пресмыкающихся. Так начался юрский период, время безусловного господства динозавров.

Что мы унаследовали от наших предков-пресмыкающихся

От некоторых видов пресмыкающихся нам достались следующие особенности: водонепроницаемая кожа без чешуи; поясничный отдел позвоночника без ребер; сгибающиеся в разные стороны локти и колени; барабанная перепонка и зачатки функции теплокровности. Примерно в то же время у этих животных исчезла необходимость возвращаться в воду для размножения.

Млекопитающие

Наши млекопитающие предки жили бок о бок с динозаврами 150 миллионов лет, прячась от этих «ужасных ящеров». И лишь когда примерно 65 миллионов лет большинство динозавров вымерло, млекопитающие вышли из своих убежищ и начали заполнять освободившиеся ниши. Вскоре они обрели самые разнообразные формы и освоили почти все уголки суши по всему миру.

Одни из главных признаков млекопитающих — это волосяной покров и молочные железы, по которым они и названы млекопитающими. В настоящее время существуют три группы млекопитающих: однопроходные, сумчатые и плацентарные. Наименее распространенные среди них — однопроходные (названные так потому, что их кишечник и мочеполовая система заканчиваются общим отверстием). Единственные дожившие до наших дней представители этой группы — утконос и два вида ехидны, обитающие в Австралии и на островах Австралазии. Однопроходные откладывают яйца, но кормят своих детенышей молоком.

Сумчатые млекопитающие рождаются не до конца развитыми и поэтому какое-то время обитают в сумке матери. При этом мать кормит детенышей молоком из молочных желез.

У плацентарных млекопитающих, к которым принадлежим и мы, детеныш вплоть до поздних стадий развивается внутри тела матери и получает питательные вещества через особый орган, плаценту.

Ни одну из этих групп животных нельзя назвать «более совершенной» или «более развитой» по сравнению с другими; каждый способ рождения детенышей представляет собой итог естественного отбора, хотя первые млекопитающие, по всей видимости, откладывали яйца с мягкой скорлупой, как это делают однопроходные и как это делали их предки-пресмыкающиеся.

Большинство пресмыкающихся прекратили откладывать яйца и стали вынашивать детенышей внутри своего тела, потому что у животного, свободно передвигающегося во время вынашивания плода, больше преимуществ, чем у животного, вынужденного высиживать яйца. Возможно, выживанию способствовал кочевой образ жизни большинства древних млекопитающих или способность вынашивать плод, скрываясь на ветвях деревьев, вдали от подстерегающих на земле опасностей. В любом случае, оболочка остававшегося внутри яйца исчезла, а вместо нее появились другие приспособления.

Молочные железы

Наличие молочных желез — общая особенность всех млекопитающих, как и вообще наличие желез в коже. У пресмыкающихся и птиц очень мало желез в коже, но у млекопитающих они весьма распространены и бывают разных типов. Предположительно молочные железы — это уплотнения увеличенных потовых желез, а молоко — это видоизмененный пот.

Количество молочных желез у млекопитающих широко варьирует и бывает самым разным. У человека их две, у других млекопитающих — четыре, шесть, восемь и более (у некоторых опоссумов их количество достигает двадцати). Грудные железы всегда располагаются в нижней части туловища; при этом у некоторых животных они идут вдоль всего туловища (у свиньи, собаки), но у других располагаются только между задних ног (у коровы, лошади, овцы). У человека и других приматов они находятся между передними конечностями.

Волосы

Наличие волосяного покрова свойственно всем млекопитающим, хотя его происхождение до конца не выяснено. У других потомков пресмыкающихся — птиц — сформировались перья, по поводу которых можно почти с уверенностью утверждать, что это модифицированная чешуя. У птиц сохранились и обычные чешуйки, хорошо заметные, например на ногах курицы. У некоторых млекопитающих также есть чешуйки на коже (например, на хвосте у крысы), но относительно происхождения волос от чешуи возникают сомнения.

Каково бы ни было происхождение волос, они оказались хорошим средством защиты от низких температур и от травм, а также для маскировки. В настоящее время они бывают следующей окраски: черной (например, у пантер, окраска представляет собой разновидность окраски леопардов или ягуаров); почти белой (белые медведи и другие полярные животные зимой); черно-белой (зебры, скунсы, большие панды); серой (волки) и многочисленных оттенков коричневого, среди которых встречаются более экзотические — желтая и рыжая (жирафы, тигры, пятнистые коты). Все эти расцветки зависят от одного пигмента, меланина, существующего в двух формах; одна форма дает черные и темно-коричневые, а другая желто-красные оттенки. (Между прочим, это тот же пигмент, от которого зависит цвет кожи человека.) Волосы не бывают зеленого цвета, но большинству млекопитающих все равно присуща цветовая слепота по красному и зеленому цветам. Они видят синий и желтый цвета, но не различают или с трудом различают между собой красный, зеленый, оранжевый и коричневый. Среди млекопитающих полностью цветное зрение имеется лишь у приматов. Для лисы кролик того же цвета, что и трава, как и для кролика — лиса.

Люди (по крайней мере, представители европеоидной расы) необычны в том отношении, что у них наблюдаются почти все варианты окраски внутри одного вида, хотя «белые» или «серые» волосы, как правило, бывают седыми, то есть изменившимися в результате старения; кроме того, у каждого человека цвет волос одинаков, то есть не бывает пятнистых или пегих людей. Среди других млекопитающих такое разнообразие окраски внутри одного вида наблюдается только у домашних животных, которых человек специально разводил, используя искусственный отбор.

Что касается пятнистости у диких животных, то по этому поводу были выдвинуты различные предположения. Чаще всего такая окраска объясняется необходимостью в маскировке, хотя не ясно, почему у гепардов пятнистая окраска, а у львов, живущих в той же среде, сплошная (если только не принимать во внимание тот факт, что львы, точнее львицы, охотятся стаей). Кажется также странным и то, что у пятнистых представителей семейства кошачьих рисунок пятен разный. Если пятнистость объяснялась бы прежде всего маскировкой, то в процессе эволюции возник бы один рисунок. Вполне возможно, что для животных с ограниченным цветным зрением рисунок пятен служит способом отличать «своих» от «чужих». Другие позвоночные отличают друг друга по окраске.

Конечности и позвоночник

Древние земноводные, конечности которых отходили от тела под прямым углом, могли передвигаться, только совершая своими ногами попеременные движения, подобные тем, что совершает пловец стилем «кроль». Животное отталкивается ногой от земли и переносит ее, описывая дугу в сторону от тела.

Когда у наших древних предков–млекопитающих (или у пресмыкающихся, ставших впоследствии млекопитающими) конечности стали располагаться вертикально, при ходьбе и беге их движения в виде более плоской дуги стали совершаться непосредственно под туловищем.

В результате их туловище больше не волочилось по земле, и им не нужно было совершать движения из стороны в сторону. Позвоночник уже не колебался в горизонтальной плоскости; отталкивающие движения производились исключительно ногами под туловищем. Несмотря на то что теперь основная нагрузка ложилась на ноги, их мышцы уменьшились, ведь туловище над землей поддерживали теперь не столько они, сколько кости ног. Мышцы теперь были нужны не для поддержки, а для ходьбы. Благодаря таким переменам эти животные тратили гораздо меньше энергии на быстрое перемещение, чем их предки на ползание.

Новый способ передвижения распространился почти среди всех древних млекопитающих, так что туловище большинства современных видов этого класса находится на вертикально вытянутых ногах. Некоторые пресмыкающиеся также освоили эту позу (взять хотя бы динозавров для примера), и эта черта явно заметна у их потомков, птиц. Большинство современных рептилий передвигается по-старому, но некоторые во время бега иногда приподнимаются повыше. Когда крокодилы лениво лежат у берега реки, их брюхо покоится в иле, а лапы растянуты в стороны. Но когда им нужно быстро передвигаться, они выпрямляют ноги вертикально и приподнимают туловище. Такое положение не только позволяет им не волочить брюхо по земле, но и помогает делать более широкие шаги. На суше крокодилы часто выглядят ленивыми и неповоротливыми, но постороннему наблюдателю лучше не проверять их способность к бегу.

Почему мы умеем пожимать плечами

Кости таза прочно сочленяются с нижней частью позвоночника, ведь сильные ноги при отталкивании от земли должны крепко соединяться с туловищем. Между тазом и позвоночником нет никаких промежуточных мягких тканей, поэтому ничто не гасит импульс движения ноги, отталкивание сразу же передает движение вперед позвоночнику, а за ним и всему телу. Передние конечности, в отличие от задних, не настолько важны для движения вперед; они скорее используются для смены направления, а для этого им нужна гибкость. У млекопитающих кости передних ног крепятся к грудной клетке и лопатке, но не жестко, а системой мышц и связок. Отличие легко продемонстрировать тем, что мы можем пожимать плечами, то есть эти сочленения более подвижные, чем сочленения костей таза. У четвероногих млекопитающих соединительные мышцы также служат амортизатором удара передних конечностей о землю во время бега на большой скорости. Поглощение удара уменьшает тряску черепа и глаз, которые во время бега должны зорко следить за окружающей обстановкой. Для нас в этом тоже есть преимущества. Если бы наши плечи крепились непосредственно к позвоночнику наподобие таза, то работать с пневматической дрелью или отбойным молотком было бы просто невозможно — они бы вытрясли из нас все мозги.

Но для древних млекопитающих прочное соединение таза с позвоночником обернулось одной проблемой. Когда одна задняя нога поднималась для того, чтобы сделать шаг вперед, весь таз нужно было приподнимать и наклонять при этом в противоположную ноге сторону. Между тем противоположная задней передняя нога на другом конце туловища заканчивала шаг, а соответствующая лопатка оставалась еще приподнятой. В результате во время ходьбы позвоночник постоянно скручивался вдоль всей своей длины — задняя часть в одну сторону, передняя — в другую. Это похоже на то, как выжимают мокрую тряпку во время мытья полов. Именно из-за этой необходимости скручивать позвоночник во время ходьбы мы теперь можем крутиться верхней частью туловища в разные стороны, стоя на одном месте. Без этой способности мы никогда бы не могли играть, например, в гольф. Другие позвоночные так делать не могут. Кроме того, только млекопитающие с гибким позвоночником и гибким креплением передних конечностей могут ложиться на бок (и вставать из положения лежа на боку). Пресмыкающиеся могут лежать только на своем брюхе.

После того как конечности стали крепиться под туловищем вертикально и двигаться взад и вперед, произошло еще одно изменение в строении тела. Позвоночнику уже не нужно было изгибаться из стороны в сторону, как у рыб; вместо этого он стал изгибаться вверх и вниз. Когда задняя конечность делала шаг вперед, задняя часть позвоночника изгибалась вниз, и благодаря этому передняя конечность касалась земли дальше, чем если бы позвоночник был жестким, а шаг делался только одной ногой. Так увеличилось расстояние, преодолеваемое за один шаг во время ходьбы или бега. Благодаря этой способности млекопитающих изгибать позвоночник в вертикальной плоскости, мы теперь можем нагибаться вперед и дотрагиваться до кончиков пальцев на ногах.

Позже эта способность позвоночника сказалась на развитии одной отдельной группы млекопитающих. Когда четвероногие предки дельфинов и китов «вернулись» в море и снова принялись использовать хвост для плавания, то он уже совершал колебательные движения вверх и вниз, а не из стороны в сторону, как у их предков-рыб.

Почему мы скачем на лошадях, а не на кошках

У гепарда способность изгибать позвоночник поистине достигла высот совершенства. Во время бега его спина изгибается словно лук, сначала вверх, затем вниз. Когда средняя часть позвоночника выгнута вниз, передние ноги простираются далеко вперед, увеличивая общий размах конечностей. Когда передние ноги касаются земли, спина начинает сгибаться в противоположном направлении, то есть вверх, так что вперед теперь устремляются задние ноги.

Из-за большой гибкости позвоночника задние ноги касаются земли даже перед передними. Затем мышцы задних конечностей толкают животное вперед, а мышцы спины распрямляют позвоночник, после чего он снова начинает сгибаться вниз. Эти движения похожи на движения гребца во время олимпийских соревнований: сначала он наклоняется вперед, пока его руки почти не коснутся ног, затем выпрямляет спину и отталкивается назад своими сильными ногами.