200 лет назад — 12 февраля 1809 года — родился Чарльз Дарвин. 150 лет назад, в 1859-м, вышла его книга «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь», которая стала одной из важнейших книг в истории биологических наук. В чем был прав Дарвин и в чем ошибался, что говорил и что ему приписывают, что он сделал и чего сделать не смог, что доказала и что опровергла наука ХХ века — выяснял The New Times
Чарльз Дарвин родился в семье состоятельного врача, который хотел, чтобы сын пошел по его стопам, изучая медицину в Эдинбурге. Однако молодого Чарльза эта идея отнюдь не привлекала: ему было скучно на лекциях по медицине, а перспектива изучения человеческих внутренностей в анатомическом театре его и вовсе ужасала. О чем он и сообщил отцу. Предложенная альтернатива — пойти в Кембридж учиться на священника — тоже не вдохновляла. И тут Дарвин получил письмо от одного своего профессора с предложением отправиться в научную экспедицию — кругосветное путешествие. Оно перевернуло его жизнь.
За светом вокруг света
Хотя основной обязанностью Дарвина на корабле «Бигл» было развлекать интеллигентной беседой капитана Роберта Фицроя, Дарвин с энтузиазмом отнесся к изучению и описанию геологических и биологических феноменов, которые встречались на пути экспедиции. Он собрал огромную коллекцию чучел и окаменелостей из Южной Америки и с Галапагосских островов, изучил новые геологические теории того времени, высказал собственную теорию образования коралловых рифов и вернулся в Англию известным ученым, правда, не биологом, а геологом. После возвращения в Англию Дарвин проанализировал свою коллекцию вместе с зоологом Джеймсом Гулдом и обнаружил закономерности, которые в конечном итоге привели его к идее об эволюции путем естественного отбора.
Дарвин не спешил с публикацией. Он провел 10 лет, изучая усоногих ракообразных, а потом собирал материал для книги, в частности, наблюдая за выведением новых пород голубей. Но в 1858 году Дарвин получил письмо от ученого Альфреда Рассела Уоллеса, который независимо от Дарвина пришел к очень похожей гипотезе. Больше с публикацией книги было ждать нельзя: она появилась на свет 24 ноября 1859 года. Первое издание было раскуплено за один день.
Генная лотерея
Чарльз Дарвин не был первым, кто высказал гипотезу, что одни виды земных существ происходят от других. До него были французский ученый Жан Батист Ламарк (1744–1829), шотландский журналист Роберт Чемберс (1802–1871) и многие другие, кто высказывал схожие предположения, но они не могли предложить внятного механизма эволюции. Например, Ламарк считал, что жирафы «упражняют» свою шею, после чего удлиненная в результате упражнений шея передается их потомкам. Теория Ламарка уже в XX веке была взята на вооружение советским агрономом Трофимом Лысенко, который стал идеологом и инструментом сталинского режима в репрессиях против советских генетиков.
Дарвин, напротив, считал, что организмы сразу рождаются со случайными вариациями, после чего внешняя среда убивает наименее приспособленных, а выжившие передают «счастливый» лотерейный билет своих генов потомкам.
Проблемы и ошибки
Одной из «головных болей» Дарвина было то, что геологи его времени не знали возраста Земли. Ведь для эволюции жизни по Дарвину Земля должна была быть старой. Знаменитый британский физик Уильям Томсон (1824– 1907), более известный как лорд Кельвин, попытался оценить возраст Земли на основе термодинамики. Кельвин правильно предположил, что Земля образовалась в результате столкновения большого количества астероидов, из-за чего сначала планета была очень горячей, а потом стала постепенно остывать. Кельвин разработал математическую модель, измерил температуру Земли в глубоких шахтах и оценил возраст нашей планеты всего в 20 млн лет. Этот слишком юный возраст Земли не давал достаточного временного пространства для эволюции — так, как ее представлял Дарвин. Только после смерти ученого специалисты поняли, что Кельвин в своих расчетах не учел: планета подогревалась в результате распада радиоактивных изотопов, плюс были и другие факторы (например, конвекционные течения в мантии). Возраст Земли оказался в 227 раз большим, чем полагал Кельвин, около 4,55 млрд лет.
Где ты, Мендель?
Другой серьезной проблемой Дарвина было то, что в его время не был известен механизм наследования признаков. Считалось, что признаки материнского и отцовского организмов перемешиваются подобно тому, как можно перемешать краски из разных пузырьков. Поэтому многие критики Дарвина утверждали, что любое положительное изменение будет быстро «разбавлено» скрещиванием организма с его сородичами, не имеющими новой мутации. Из-за этого Дарвин был вынужден сделать шаг назад и внести в последующие издания своей книги элементы ламаркизма. Если бы Дарвин познакомился с работами основателя генетики Грегора Менделя (1822–1884), который был его современником, то он понял бы, что признаки не «усредняются». К сожалению, при своей жизни Мендель был практически неизвестен, его «открыли» только в XX веке, когда была создана так называемая синтетическая теория эволюции. Ключевой вклад в «синтез» Дарвина и Менделя внесли российские ученые — эмигрировавший в США Феодосий Григорьевич Добжанский и репрессированный в сталинское время Сергей Сергеевич Четвериков.
3,8 млрд лет назад
Следующей проблемой Дарвина был так называемый Кембрийский взрыв. Во времена Дарвина уже была хорошо развита палеонтология, в музеях стояли скелеты динозавров и окаменелости других древних существ. Но при этом палеонтологам не были известны организмы, жившие на планете до так называемого Кембрийского периода (540 млн лет назад). И создавалось впечатление, что сложные организмы появились на Земле внезапно — в результате неких взрывных событий, произошедших в кембрийскую эпоху. Сейчас известно, что это впечатление было ошибочным: обнаружены окаменелости первых многоклеточных существ, датированных 1,8 млрд лет назад, окаменелости бактерий, существовавших 3,5 млрд лет назад, и биохимические следы, оставленные живыми клетками 3,8 млрд лет назад.
Киты с ногами
Дарвин также пытался понять, почему на Земле существует так мало «промежуточных» видов и форм организмов. Например, он писал о возможности происхождения китов от животных наподобие медведей, которые при нехватке пищи могли, считал он, часами плавать в воде и ловить насекомых. Эти его фантазии вызвали насмешки в прессе, и Дарвин убрал пример с китами из последующих редакций книги. Если бы Дарвин прожил еще сто лет, то он бы убедился в своей правоте: в 1979 году палеонтологи нашли окаменелости дюжины промежуточных видов «китов с ногами», включая жившего некогда на территории современного Пакистана Pakicetus («пакистанского кита»), у которого были ноги, а также Ambulocetus — вариацию на ту же тему, но уже с ластами.
Жизнь после смерти
Дарвин также не учитывал влияния на жизнь на Земле крупных природных катастроф, наподобие столкновения с астероидами, извержений вулканов и глобальных изменений климата. Разумеется, Дарвин знал про работы Жоржа Кювье (1769–1832), который считал, что ископаемые монстры прошлого вымерли из-за природных катастроф, после которых старые организмы навсегда исчезали, а флора и фауна следующего периода создавались заново, неким актом божественного творения. Но еще со студенческой скамьи Дарвин был поклонником подхода геолога Чарльза Лайелла (1797–1875), который считал, что все природные изменения происходят очень постепенно, как сравнивание гор эрозией, поэтому Дарвин и отвергал подход Кювье. Впоследствии выяснилось, что в истории Земли были как постепенные, так и катастрофические изменения, включая уничтожение климатическими, вулканическими и космическо-астероидными катаклизмами значительной части земных организмов 250 и 65 млн лет назад. После каждой катастрофы происходило стремительное видообразование — уцелевшие организмы захватывали новые экологические ниши и специализировались в миллионах новых форм.
Дарвинизм с поправками
В семидесятые годы ХХ века знаменитый американский биолог Стивен Джеймс Гулд (1941–2002) «поправил» дарвинизм, создав «теорию прерывистого равновесия» (punctuated equilibrium). Согласно этой теории, образование видов происходит «рывками». Сначала в большой популяции накапливаются отдельные мутации, разбросанные по миллионам индивидуумов. Потом небольшая группа на границе обитания большого вида оказывается изолированной от сородичей (когда они, например, попадают на остров или за горный хребет). «Изолянты» начинают скрещиваться друг с другом: в результате накопленные раньше положительные мутации получают шанс собраться вместе в одном или в небольшой группе потомков. Под влиянием естественного отбора формируется новый, более жизнестойкий вид, который в конце концов возвращается на «большую землю» и выигрывает эволюционное состязание за жизненное пространство, вытесняя своих предков. Помимо теории Гулда, существует и еще несколько вариантов дарвинизма, между сторонниками которых идут бесконечные дискуссии.
Но, конечно, главное знание, которого был лишен Чарльз Дарвин, это современная молекулярная биология. После того как в 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон вместе с коллегами открыли структуру ДНК, появилась возможность сравнивать различные организмы прямо по их генетическому коду, оценивать, когда, то есть сколько миллионов лет назад, у них были общие предки и даже проводить эксперименты, изменяя их наследственность. А в последние 20 лет развилось одно из самых модных направлений современной биологии — Evo-Devo или эволюционная биология развития. (The New Times подробно писал об этом в № 23, 9 июня 2008 года). Один из исследователей, Нейл Шубин из Университета Чикаго, не только разыскал в канадской тундре окаменелость «рыбы с пальцами», жившей 365 млн лет назад, но и экспериментально продемонстрировал, как простая мутация генетической программы эмбриона ската (родственника акулы) вызывает у него образование примитивных «пальцев». Evo-Devo стала синтезом палеонтологии, эмбриологии и молекулярной биологии на платформе, заложенной еще 150 лет назад Чарльзом Дарвином.
Наконец, существует область, которой Дарвин практически не касался, — это происхождение жизни. Дарвин довольно хорошо объяснил, как простое многоклеточное существо может стать сложным, но чтобы попытаться объяснить, как могла возникнуть самая первая клетка, ему нужен был бы обширный аппарат и инструментарий органической химии и биохимии, которого во время Дарвина просто не было.
