Восхождение на гору Невероятности - Ричард Докинз

Точно так же, как NetSpinner плодит паутины-мутанты, мы могли бы заставить модель глаза “рожать деток” – глаза с мутациями. Все глаза-детки копировали бы своего родителя внешне, но в каких‐то незначительных деталях формы могли бы спонтанно возникать отклонения. Конечно, некоторые из компьютерных “глазок” были бы совсем не похожи на нормальные глаза – и даже само слово “глаз” тут вряд ли подошло бы, – но это неважно. Они все равно воспроизведутся, а их оптические свойства получат численную оценку – скорее всего, очень низкую. Таким образом, мы могли бы усовершенствовать глаза в ходе виртуального естественного отбора, как в программе NetSpinner. За исходный образец можно было бы взять очень хороший глаз – или начать с совсем никудышного, а то и вовсе с пустого места.

Такие программы как NetSpinner, достоверно моделирующие ход эволюции, весьма информативны: вы начинаете с самого примитивного состояния и ждете финальной стадии развития. Можно прервать эксперимент на любом ключевом моменте различных направлений эволюции – это были бы альтернативные пики горы Невероятности. Мы могли бы провести эксперимент в режиме эволюции и с моделью глаза – и получили бы убедительную иллюстрацию истории. Однако в реальности эволюция модели внесет ненамного больше ясности, чем более систематический анализ пути (или путей) к вершине (или к вершинам) горы Невероятности. Естественный отбор выбирает дороги, которые выходят из конкретных точек, всегда идут вверх и никогда вниз. Если изучать модель в режиме эволюции, естественный отбор пойдет по этому пути. Поэтому, если мы будем планомерно исследовать пути к вершине и пики, которые можно покорить, выйдя из гипотетических стартовых точек, мы сэкономим машинное время. По правилам игры поворачивать вниз запрещено – это важно. Нильссон и Пелгер провели как раз такое систематическое исследование способов восхождения на гору, но вы, наверное, понимаете, почему я предпочитаю говорить об их эксперименте так, будто мы вместе с ними разрабатывали нормативные акты эволюции в духе программы NetSpinner?

Несмотря на наш выбор – работать с нашей моделью, будь то “режим естественного отбора” или “систематический анализ в режиме горы”, нам надо договориться о правилах эмбриологии – о том, как гены управляют развитием организмов. На какие внешние черты оказывают влияние мутации? Каковы будут сами мутации – с большим или малым эффектом? В случае NetSpinner мутации влияют на известные особенности поведения пауков. В случае биоморфов мутации влияют на длину и угол роста ветвей растущих деревьев. Для глаз Нильссон и Пелгер первым делом постулировали наличие трех основных типов ткани в обычном глазе камерного типа. Камера имеет внешнюю, чаще всего светонепроницаемую, оболочку. Есть слой светочувствительных “фотоэлементов” (фоторецепторов). И есть нечто вроде прозрачного вещества, которое служит защитным окном или заполняет полость камеры-чаши – если, конечно, имеется чаша, поскольку мы в нашей модели ничего просто так на веру не принимаем. Стартовая позиция Нильссона и Пелгер – подножие горы – это плоский слой фоторецепторов (на рис. 5.14 показан серым цветом), который лежит на плоском экранирующем слое (черном), а сверху закрыт плоским слоем прозрачной ткани (светло-серый на рис. 5.14). По условиям их эксперимента, эффект от мутации выражается в малом относительном изменении одного из параметров – например, в небольшом уменьшении толщины или увеличении показателя преломления ограниченной зоны прозрачного слоя. Их интересовало, насколько высоко можно подняться по склону, если выйти из базового лагеря и упорно идти вверх? Подъем подразумевает планомерные, шаг за шагом, изменения, причем учитываются только те мутации, которые приводят к улучшению оптических свойств.

Рис. 5.14. Теоретическая последовательность стадий эволюции “рыбьего” глаза, предложенная Нильссоном и Пелгер. Число шагов от одной стадии до следующей рассчитано исходя из условия, что за один шаг какой‐нибудь один параметр меняется на 1 %. Как эти условные единицы соответствуют количеству поколений в эволюционном процессе, объясняется в тексте.

Итак, куда мы попадаем? Оттуда, где вовсе не было нормального глаза, мы потихоньку поднимаемся по тропинке с небольшим уклоном и приходим к знакомому нам рыбьему глазу с хрусталиком. В отличие от обычной искусственной линзы этот хрусталик неоднороден. У него переменный показатель преломления, примерно как на рис. 5.13. На диаграмме непрерывному изменению показателя преломления отвечают оттенки серого цвета. Показатель преломления стекловидной массы менялся от одной узкой зоны к другой, и так из нее постепенно выкристаллизовался хрусталик. Никаких фокусов. Нильссон и Пелгер не запрограммировали в модели стекловидной массы зачаточный хрусталик, чтобы дождаться рывка вперед. Они просто предоставили показателю преломления каждой узкой зоны прозрачного вещества меняться под влиянием генов. Показатель преломления каждой крупицы прозрачного вещества мог меняться произвольно в любую сторону. В стекловидной массе могло образоваться сколько угодно комбинаций зон с различными показателями преломления. Хрусталик обрел свою форму и свойства благодаря непрерывному движению вверх, которое послужило аналогом селекционной работы в каждом поколении с теми образчиками глаз, которые лучше всего видят.

Показать, что полноценный рыбий глаз мог постепенно развиться из плоского объекта, глазом не являющегося, было не единственной целью Нильссона и Пелгер. Их модель годилась и для оценки времени, которое понадобилось бы на образование глаза из ничего. При условии, что на каждой стадии какой‐либо параметр менялся на один процент, общее число стадий для их модели составило 1829. Изменение на один процент – это вовсе не чудо. Параметры могли бы меняться и на 0,005 процента на каждой стадии, и тогда таких стадий было бы 363992. Исследователям надо было выразить общее число изменений в объективных, реальных единицах – единицах генетических изменений. Для этого они сделали ряд допущений. Так, пришлось договориться об интенсивности селекции. Нильссон и Пелгер решили, что на каждого 101 выжившего животного с усовершенствованными глазами выживает 100 животных, чьи глаза не претерпели изменений к лучшему. Как видите, с позиции здравого смысла интенсивность отбора мала – можно отлично прожить и без всяких улучшений. Нильссон и Пелгер всячески старались добиться того, чтобы скорость эволюции по их оценке оказалась бы, мягко выражаясь, очень малой, поэтому они намеренно выбирали заниженные, “пессимистичные” цифры. Также они должны были обговорить еще два условия – касательно “наследуемости” и “коэффициента изменчивости”. Коэффициент изменчивости показывает, сколько изменений происходит в популяции. Естественному отбору нужны изменения, чтобы было что отбирать, и Нильссон и Пелгер здесь тоже намеренно задали неблагоприятные, низкие значения. Значение наследуемости говорит о том, сколько изменений из всех, произошедших в данной популяции, передается следующему поколению. Низкая наследуемость говорит о том, что изменения в популяции были в основном вызваны внешними условиями и что естественный отбор не оказывает заметного влияния на эволюцию, хотя и определяет, выжить особи или погибнуть. При высокой наследуемости выживаемость особей проявляется именно в выживаемости генов, поэтому влияние отбора на будущие поколения велико. Так как значение наследуемости нередко превышает 50 %, этот порог, который установили Нильссон и Пелгер, можно считать пессимистичной оценкой. И последнее неблагоприятное условие, которое они приняли, – что в одном поколении не могут одновременно меняться разные зоны глаза.