Эволюция на марше

Мы публикуем стенограмму передачи «Наука 2.0» - совместного проекта информационно-аналитического канала «Полит.ру» и радиостанции «Вести FM». Гость передачи – российский палеонтолог, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института палеонтологии РАН, вице-президент Евразийского Арахнологического Общества, автор книги "История Земли и жизни на ней: От хаоса до человека" Кирилл Еськов. Услышать нас можно каждую субботу после 23:00 на волне 97,6 FM.

Анатолий Кузичев: Я рад приветствовать в студии проекта «Наука 2.0», совместного проекта радиостанции «Вести. FM» и интернет-портала «Полит.Ру», Кирилла Юрьевича Еськова, старшего научного сотрудника Палеонтологического института РАН. Ведем программу как обычно я, Борис Долгин и Дмитрий Ицкович.

Дмитрий Ицкович: Палеонтология – обширная область. Теория эволюции – еще более обширная. Кирилл Юрьевич пишет об этом замечательные книжки, которые мы все любим, но не очень понимаем. Современные дети играют в динозавров чаще, чем в Чебурашку. Палеонтология – это страшно интересно. И эволюция тоже, хотя в обыденном сознании она представлена довольно вульгарно – сначала была обезьяна, потом человек. А это ничему не соответствует.

Кирилл Еськов: Как многие сейчас говорят: «Я понимаю все ваши аргументы, но меня просто бесит, что я происхожу от мартышки!» Успокойтесь - вы не происходите от мартышки.

А.К.: А от кого?

К.Е.: И у вас, и у мартышки есть общий предок, который существовал примерно 40 миллионов лет назад.

Д.И.: В лекции, которую Кирилл Юрьевич читал на «Полит.ру», он рассказывал, что происхождение всегда имеет несколько проектов. Природа запускает около шести параллельных проектов.

К.Е.: Тут вот о чем идет речь. Обычно в такой ситуации задается вопрос: «В чем Дарвин был неправ?» Он действительно был во многом неправ, все-таки 150 лет прошло с его времени, в теорию эволюции внесены некоторые коррективы. Одна из них состоит в том, что привычная нам по школьным учебникам схема, говорит, что эволюция линейна. Сейчас уже понятно, что нет одного-единственного ствола, ведущего к цели. А значит, неверна идея о предопределенности результата, вытекающая из линейности эволюции.

Д.И.: Это означает, что необратима только история?

К.Е.: Нет, эволюция тоже необратима. Самое интересное состоит в следующем. Когда возникает заказ биосферы на определенную экологическую роль, а мы можем говорить о каком-то целеполагании только в этом смысле, меняется структура сообщества, должны появляться новые существа с новыми функциями.

Д.И.: При этом изменение происходит системно. То есть меняется не один вид, а вся система.

К.Е.: Один вид никак не может поменяться. И мы возвращаемся к тому, в чем был неправ Дарвин. Он настаивал на очень строгой постепенности эволюционного процесса. В рамках научной парадигмы XIX века природа не делает скачков. Это было фундаментальным основанием для Дарвина. И понятно почему - он ведь полемизировал с теорией катастроф Кювье. Дарвин говорил, что все происходило очень равномерно, а некоторые неравномерности, которые мы наблюдаем в палеонтологической летописи, связаны просто с техническими вопросами захоронения, то есть это просто провалы. Сейчас нам понятно, что это не так.

Б.Д.: А как?

К.Е.: Нам понятно, что здесь Кювье был ближе к истине. Существующие по земным слоям виды фауны действительно отдельны, действительно отличаются друг от друга не потому, что были, например, перерывы в осадконакоплении, которые мешали захораниваться переходным формам. А потому что эволюционный процесс неравномерен во времени.

Д.И.: Эта неравномерность закономерна?

К.Е.: В данном случае мы просто констатируем факт.

Д.И.: Можно я попробую это объяснить более простым языком? Насколько я понимаю, каждое изменение идет по нескольким веткам, большинство из которых вымирает и остается только одна. И существующая система не эволюционным образом переходит к другой системе, а в какой-то момент революционным.

К.Е.: В таком противопоставлении эволюции и революции – именно так. С 1970-ых годов возобладала концепция прерывистого равновесия. Палеонтологи строго доказали на палеонтологическом материале, что в развитии чередуются длительные периоды стазиса, когда морфологические изменения практически не происходят, и короткие периоды, когда происходят все реальные изменения. И вот здесь самое интересное. Это можно показать на каждом отдельном таксоне. Таксон – это род, вид, классификационная единица. Итак, на этом месте возникает вопрос, коррелируют ли между собой изменения в разных таксонах. Оказывается, что да, причем периоды таких изменений связаны между собой. В чем причина таких изменений?

Существуют две точки зрения. В соответствии с первой из них, система находится на внешнем управлении. Есть некоторый механический набор видов, выполняющий некоторые функции, и эти изменения связаны с внешними воздействиями на биосферу. Прилетел астероид и поубивал всех динозавров. Или одновременно произошло извержение всех вулканов, в результате чего освободились экологические ниши. Другая точка зрения говорит о следующем. Воздействия такого рода, конечно, есть, но они не столь существенны, как изменения, которые происходит внутри самих экосистем. Экосистема – это гомеостат, то есть система, пребывающая в равновесии, обладающая способностью кондиционировать условия своего существования и возвращаться к этому равновесному состоянию в результате некоторых запрограммированных воздействий. Биосфера и экосистема являются гомеостатами с колоссальным запасом устойчивости. И в нормальных условиях, в условиях баланса изменения каждого отдельного составляющего ее вида этой системе ни к чему. Они только вредны. И лишь в условиях дисбалансировки системы начинается реальный процесс изменения.

Б.Д.: Сразу у всех?

К.Е.: Нет, это только начало, когда могут возникнуть условия для начала изменений. А дальше может возникнуть ситуация, когда возникает цепная реакция. И вот тогда возникает кризис. Опыты по экспериментальному видообразованию показывают, что все может происходить очень быстро.

Проблема в том, что эволюция происходит слишком медленно. В нормальных условиях экосистема не дает развиваться эволюционным изменениям. Они происходят только в ситуации развала экосистемы, когда слабнут внутрисистемные связи. Вся эта ситуация четко описана в теории систем. Представьте, когда у вас каждый из блоков системы начинает оптимизировать свою деятельность, не обращая внимания на другие блоки, - это же цепная реакция развала. Система разваливается на блоки, потом разваливаются и сами блоки. А потом те, которые остались, начинают собираться по новой. Эта общая схема иллюстрируется на примере тех палеонтологических кризисов, которые изучены хорошо, прежде всего, на примере мелового кризиса. Происходила смена мезозойской биоты на современную, о которой публике известно вымирание динозавров. На самом деле это была только макушка айсберга, а том происходили куда более серьезные и интересные вещи. Я возвращаюсь к тому, что когда система перестает репрессировать происходящие изменения, на этом месте начинается цепная реакция. Валентин Абрамович Красилов ввел термин «некогерентная эволюция». Когерентная – это согласованная. Это такая тонкая нарезка экологической ниши.

Д.И.: По поводу скачкообразности. Я все же не понял, что явилось главной корректировкой теории Дарвина. Происходит взрыв на всех ветвях дерева, но с чем связан сам взрыв? С накоплением каких-то свойств?

Б.Д.: Что запускает механизм?

К.Е.: Это все-таки стохастический процесс. Именно поэтому результаты теории эволюции несчитаемы в принципе. В 1960-е годы все увлекались кибернетикой, и казалось, что вот сейчас-то все станет ясно. Стало понятно, что в принципе существует четыре типа поведения системы. Есть поведение броуновское, когда каждый элемент системы ведет себя непредсказуемо. Есть лапласово поведение. Есть такой «демон Лапласа». Если мы можем представить себе демона, который вот сейчас знает поведение каждой молекулы, мы можем описать все прошлое, которое было, и все будущее, то есть все детерминировано. Дальше есть марковское поведение системы. Когда поведение системы зависит от предыдущего, но не зависит от предпредыдущего. Марковские цепи – это сложная вещь с хорошим математическим аппаратом. И есть самое сложное поведение – дарвиновское поведение, которое связано с так называемой гистерезисной преемственностью. Состояние системы зависит от предпредыдущего состояния больше, чем от предыдущего. Пример. Нам понятно, что млекопитающее в процессе эволюции никогда не обзаведется жабрами, наружным скелетом и т. д. Но предсказать появление у крысы стайной социальной организации мы не можем в принципе. В 1960-е годы под этот четвертый тип поведения пытались создать внятную математическую модель. Этим занимались такие титаны, как Колмогоров, самый цвет математики. Но задача оказалась не по силам.

Д.И.: Можно сказать так. Когда система разрушается, она пользуется традиционным опытом прошлых периодов. Выискивает опытные механизмы, которые когда-то были.

К.Е.: В некотором смысле можно использовать такую аналогию. Тут вот что интересно. Развал системы обычно начинается с того, что некоторые изменения запускают цепную реакцию. Сейчас все согласны, что запуском механизма меловой революции было появление цветковых растений. Они являются самыми агрессивными сорняками. Голосеменные, которые доминировали в мезозойской флоре, никогда не образуют травы. В принципе. Поэтому получили колоссальное преимущество существа, которые образуют траву и могут работать быстро. И они образуют плотную дернину, которая радикально меняет характер эрозии, сильно меняет геохимию локально...

Д.И.: Я очень хорошо понял, что запускается одновременно несколько проектов – по цветковым растениям несколько было, по человеку. Они запускаются до, во время или после кризиса? Это важно.

К.Е.: До.

Д.И.: То есть подготовлено несколько вариантов развития, потом система разбалансируется и кто-то образует новую доминанту.

К.Е.: Да. К моменту мелового кризиса есть несколько групп голосеменных, которые по отдельности начинают набирать полный синдром цветкового растения. Впервые этот процесс был изучен Леонидом Петровичем Татариновым на преобразовании зверозубых рептилий в млекопитающих. Там был очень удачный материал. Татаринов и ввел сам термин «параллельная маммализация териодонтов». Раньше казалось, что была какая-то группа териодонтов, которая собрала набор признаков, которые отличают рептилию от млекопитающего: там есть характер сочленения челюсти, наличие внутреннего уха, наличие мягких губ и т. д. Так вот, было четко показано, что в нескольких параллельных ветвях териодонтов начинает набираться вразбивку этот набор признаков. При этом две группы доходят до финала, и они становятся настоящими млекопитающими. А три другие вымирают.

Д.И.: Какие две?

К.Е.: Сумчатые и плацентарные. Мы и кенгуру. Остальные вымерли. От них остались сейчас утконос и ехидна. Таких вариантов было несколько. Эти группы так и не набрали всех симптомов.

Д.И.: Итак, мы остановились на том, что без кризиса нет эволюции. Кризис – это мотор эволюции.

Б.Д.: Скорее, снятие ограничений.

К.Е.: Наиболее яркие эволюционные изменения происходят в моменты кризисов.

Д.И.: Как это происходит?

К.Е.: В момент максимального развала экосистемы начинается некогерентная эволюция, когда возникает большое количество странных форм.

Д.И.: Но они же возникли заранее.

К.Е.: Формы, которые привели к кризису, возникли заранее. Первые цветковые появляются до кризиса. Причем во всех крупных группах происходит то же, как в ситуации с параллельной маммализацией. Например, это параллельная ангиоспермизация голосеменных. Точно по такой же схеме в множестве групп голосеменных появляются отдельные признаки цветковых. А какой из них добежит до финиша – не очень важно. Группы эти были представлены и до кризиса. Но в момент кризиса начинается бурное развитие.

Д.И.: Что такое момент? Какой это период?

Б.Д.: Скажем так, что такое кризис в вашем понимании?

К.Е.: Этих кризисов, строго говоря, было два. Схемы кризисов, связанных с морем и с сушей, разные. На суше это произошло очень быстро – всего лишь примерно за 10-12 миллионов лет. За этот период произошла полная перестройка экосистемы суши, включая геохимические циклы и прочее. Кстати, на этом кризисе динозавры не вымерли. Это была полная перестройка растительности, насекомых. В это время уходят прототерии, и на их место выходят настоящие млекопитающие. Птицы сменяют пторозавров, от которых остаются только крупные парители. Кондор, например. В водоемах уходят ганоиды и появляются костные рыбы. А в море это происходило в середине мелового периода. Поздний мел с точки зрения палеоботаника или палеоэнтомолога – это уже кайнозой, хоть и очень обедненный. А в море все происходило по-другому. Там радикальные изменения произошли на границе мела и кайнозоя. Море оказалось более консервативным. Там продолжают существовать гигантские рептилии, существуют пторозавры. Основные события связаны с вымиранием планктона, мелких ракушек. Эти изменения наиболее существенны для биосферы и происходили очень быстро.

А.К.: Я знаю, как эту программу подать в эфир, – «Спринт-эволюция».

К.Е.: Тогда спринт и марафон. Все ведь очень неравномерно. Бывают изменения очень быстрые. Поэтому всегда есть соблазн связать это именно со внешними событиями – метеорит, астероид.

Д.И.: А сейчас спринт продолжается?

К.Е.: Конечно. И надо обращать внимание на ростки нового мира, которые нам очень сложно распознать.

Б.Д.: Тем более что вы четко обозначили: изменения происходят не там, где мы ищем.

К.Е.: Мы ищем явные и понятные нам изменения. А угрозы биосфере происходят от групп, склонных, вполне возможно, запустить цепную реакцию. С точностью мы можем о них сказать только, что они маргиналы - все новации идут от маргинальных систем, а мейнстрим эксплуатирует ресурсы.

Д.И.: А маргиналам нужно набирать силу, чтобы бороться с системой.

К.Е.: Да, и они могут ее взорвать. Надо сказать, что существа, взрывающие систему, могут быть ничтожны. Если бы кто-то сказал, что ничтожные сорняки, которые появились в начале мелового периода, вызовут такое... Возвращаясь к схеме мелового кризиса - мне нравится концепция американской исследовательницы фитопланктона Хелен Таппан. Ее вводная статья называлась «Фитопланктон: за солью на глобальном столе». Название требует пояснения. В английской средневековом замке все едят за одним длинным столом. Понятно, что сеньор и все остальные сидят на разных концах стола. Большая солонка разделяет стол пополам. Поэтому эти места называются above the salt и below the salt. До соли и за солью. Кушанья подаются сначала на первый конец стола. И по мысли Хелен, в плане геохимических циклов, морская биота всегда находятся below the salt. Фитопланктон всегда потребляет биогены: азот и фосфор, которые можно взять только с суши – в океане своих источников нет. Поэтому каждый успех наземной растительности в благородном деле подавления эрозии аукается фитопланктонным шоком в океане. Если мы посмотрим на динамику крупных вымираний, то они действительно соответствуют изменениям состава наземной растительности. Последнее из таких вымираний связано с появлением цветковых, которые очень активно как сорняки заселяют поврежденные участки.

А.К.: Бесконечно интересная беседа. Но давайте договоримся, что это была только первая ее часть. И здесь нам стоит попрощаться. Мне кажется, что можно закончить нашу беседу слоганом: Look around – спринт-эволюция продолжается. И кризис продолжается. До новых встреч.

См. также:

• «Наука 2.0» с Сергеем Ениколоповым. Агрессивное неблагополучие
• «Наука 2.0» с Даниилом Александровым. У колыбели науки
• «Наука 2.0» с Александром Аузаном. Выгоды от издержек
• «Наука 2.0» с Николаем Кавериным. Жизнь с вирусами
• «Наука 2.0» с Игорем Коном. Как появляется детство
• «Наука 2.0» с Сергеем Гуриевым. Как продать ожидания
• «Наука 2.0» с Алексеем Миллером. Украина: между нами и не-нами
• «Наука 2.0» с Сергеем Градировским. Миграция в России