История показывает, что при глобальном или локальном изменении условий на смену тем, кто на протяжении многих эпох был самым приспособленным, приходили другие. Летопись окаменелостей пестрит останками множества существ — трилобитов, аммонитов, динозавров и многих других, — которые когда-то были очень успешны, но впоследствии оказались за бортом эволюции. Ледяным рыбам удалось удивительное эволюционное превращение, позволившее им адаптироваться к изменению условий в Антарктике, однако, возможно, это тупиковый путь. Эти животные изменили способ существования и лишились способностей, восстановить которые уже не удастся. Их будущее, вне всякого сомнения, находится под угрозой.
Дитлеф Рустад обнаружил ледяную рыбу в сетях совершенно случайно, когда занимался ловлей криля — ракообразных животных длиной 5–6 см, которые находятся в центре пищевой цепи в антарктическом регионе. В конце 2004 г. биологи проанализировали данные, собранные исследователями из девяти стран за 40 с лишним лет, и обнаружили, что запасы антарктического криля с 1920-х гг. снизились на 80 %. Криль питается фитопланктоном и водорослями, которых становится все меньше из-за таяния океанских льдов, а сам служит пищей для кальмаров, морских птиц, китов, тюленей и ледяных рыб. За последние 50 лет температура воздуха на Антарктическом полуострове стала выше примерно на 4–5 °C, а в следующем столетии, согласно прогнозам, в Южном океане на несколько градусов повысится температура воды. Если это произойдет, вполне возможно, что многие адаптированные к холоду виды не смогут среагировать на столь быстрые изменения температуры и состава пищи и рыбный промысел в Антарктике, включая ловлю ледяной рыбы, просто прекратится.
Таким образом, эволюционная биология представляет не только академический интерес, а признание добытых ею фактов — не из тех вопросов, которые могут решаться в ходе политических или философских дискуссий.
Сэр Питер Медавар говорил, что «альтернативой эволюционному способу мышления является отсутствие всякого мышления». И такую альтернативу мы как вид больше не можем себе позволить.
Голуби Дарвина. На примере большого разнообразия декоративных голубей, произошедших от сизарей, Дарвин иллюстрировал силу естественного отбора различных вариантов. Иллюстрации из сборника The Variations of Animals and Plants under Domestication, vol. 1, London: John Murray, 1868; монтаж Джейми Кэрролл.
Глава 2
Математика эволюции. Вероятность, отбор и время
Вся наука является не чем иным, как усовершенствованием повседневного мышления.
Альберт Эйнштейн
Раз в несколько месяцев по радио и телевидению сообщают, что джекпот популярной американской лотереи «Пауэрбол» до сих пор не взят и достиг гигантской суммы. Эти сообщения способствуют дополнительной продаже билетов среди тех, кто хочет разбогатеть таким достойным образом, и джекпот увеличивается еще больше. Многие жители штатов, где эта лотерея не разыгрывается, и даже те, кто обычно не покупает лотерейных билетов, проделывают немалый путь, чтобы все же купить несколько билетов, возможно, рассудив, что из-за 40 или 50 млн долларов суетиться не стоит, но 200 млн — это уже неплохие деньги.
Профессор Калифорнийского университета Майк Оркин считает, что вероятность погибнуть в автокатастрофе, проехав 25 км для покупки лотерейного билета, в 16 раз превышает вероятность выиграть джекпот. Минуточку, скажете вы, возможно, это верно, если купить всего один билет, но если купить несколько, то вероятность выигрыша вырастет. Да, это так, но, по расчетам того же Оркина, человек, покупающий 50 билетов каждую неделю, имеет шанс сорвать джекпот приблизительно один раз в 30 тыс. лет.
У нас действительно искаженные представления о статистике и теории вероятности, причем они не ограничиваются расчетом выигрыша в лотерею.
Случаи нападения акул неизменно попадают на обложки журналов (не говоря уже о сюжетах фильмов), и тот факт, что ежегодно опасность смертельного нападения акулы угрожает примерно одному человеку из 300 млн (в США), никак не ослабляет наш страх и болезненный интерес к этой теме. Но что там акулы, есть ведь еще и пумы! Опасность нападения пумы в Калифорнии, где численность этих животных растет, угрожает одному человеку из 32 млн в год. А вот вероятность умереть от укуса собаки в 50 раз выше (примерно один случай на 700 тыс. человек в год), но люди почему-то по-прежнему продолжают окружать себя этими симпатичными слюнявыми убийцами!
Что-то в нашей природе заставляет нас верить в возможность маловероятного события и при этом игнорировать гораздо более непосредственную и серьезную опасность. Очевидно, за рациональное мышление и статистический анализ отвечают разные участки нашего мозга.
Я привожу эти примеры по той причине, что эволюция также заключает в себе определенный элемент вероятности. И именно в этом кроется основной источник сомнений и путаницы. Некоторые люди, видя упорядоченность природы и изумительные способы адаптации живых организмов к окружающим условиям (как у ледяных рыб в ледяных водах Антарктики), не могут поверить, что во всем этом есть хотя бы небольшой элемент случайности. Скорее, считают они, случай мог бы воспрепятствовать появлению в природе чего-то нового, полезного и сложного. Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно понять связь таких факторов, как вероятность, отбор и время. В этой главе я покажу, что понимание процесса эволюции (то есть изменения во времени) требует того же способа мышления и тех же математических знаний, которые мы используем (или должны использовать, если играем в лотерею) для расчета вероятности событий в каждодневной жизни.
Когда Альберта Эйнштейна спросили о том, что является самой могущественной силой во Вселенной, он ответил: «Сложный процент». Если бы Эйнштейн не был таким умным, он бы ответил: «Естественный отбор». Обе эти силы приводятся в движение одним и тем же математическим принципом. Этот принцип формулируется очень просто: даже при низких исходных значениях (например, небольшая сумма в банке) и низкой скорости ежегодного прироста (например, небольшая процентная ставка) при начислении сложных процентов в течение длительного времени исходная цифра кардинально увеличится.
Если речь идет об эволюции, «низким исходным значением» является число особей в популяции, обладающих определенным признаком, а «низкая скорость прироста» — это небольшое селективное преимущество, которое дает обладание этим признаком. Как мы увидим далее, «длительное время» для эволюции признака может оказаться гораздо более коротким, чем можно предполагать. Для широкого распространения признака в популяции нужно больше времени, чем время жизни одной особи, но часто это время не превышает нескольких сотен поколений. На шкале геологических эпох это краткий миг. Люди осознали это лишь через много лет после того, как Дарвин сформулировал теорию естественного отбора. Однако значение этого простого факта, основанного на простой математике, очень велико: небольшие различия между особями, накапливаясь под действием естественного отбора, через определенный промежуток времени могут привести к значительным различиям между видами.
Преодолеваем сомнения с помощью голубей и крыс
Тот, кто впервые открывает книгу «О происхождении видов», возможно, рассчитывает, что его ожидает красочное описание невообразимого разнообразия форм жизни или захватывающий рассказ о происхождении человека. Ни того ни другого там нет. В первой главе самой важной книги по биологии мы встречаемся… с голубями.
Да-да, после пятилетнего кругосветного путешествия и 20 с лишним лет исследований и работы над книгой Дарвин открывает свой главный труд описанием английских голубей.
Это первая из множества его блестящих находок.
Прежде чем приступить к объяснению идеи естественного отбора и происхождения всех видов от общих предшественников, Дарвин решил объяснить свою теорию на более понятном всем примере разведения голубей.
Сам Дарвин был экспертом по голубям. Вот как он пишет об этом в начале книги: «Полагая, что всегда лучше изучать какую-нибудь специальную группу, я после некоторого размышления остановился на домашних голубях. Я разводил все породы, какие только мог купить или достать, и получал шкурки, которые мне любезно присылали с различных концов света».
Голуби рассказали Дарвину о взаимосвязи изменчивости и отбора и убедили его в том, что естественный отбор слабых изменений может со временем приводить к значительным различиям между видами.
Дарвин указывал, что многие голуби настолько сильно отличаются друг от друга, что, если показать их орнитологу и сказать, что это дикие птицы, орнитолог отнес бы каждый вариант к отдельному виду. Однако сам Дарвин правильно понял, что все они являются потомками сизых голубей, и впоследствии применил свои знания о голубях для объяснения устройства природы в целом.
