Невероятная случайность бытия. Эволюция и рождение человека - Элис Робертс

Приспособление человека к бегу, как полагают, являет собой пример абсолютно новой, чрезвычайно смелой черты эволюции – а именно пример того, что глубинные изменения организмов могут происходить до возникновения генетических изменений.

Организм человека подвержен изменениям в течение жизни. Мы знаем это по собственному опыту: занятия новым видом спорта изменяют строение тела. Гипертрофируются, увеличиваются в объеме некоторые мышцы, и человек это быстро замечает. Однако люди не замечают, что изменяются и кости. Мы привыкли думать о нашем скелете как об инертной, безжизненной структуре, костной опоре живых тканей тела, но на самом деле кость – это тоже живая ткань. Несмотря на то что она в значительной степени минерализована, в ней есть живые клетки, расположенные в полостях жесткого костного матрикса. Эти клетки взаимодействуют друг с другом и с клетками, находящимися на поверхности костей. Эти клетки реагируют на напряжения, приложенные к костям, и формируют новую костную ткань там, где кость надо укрепить, а также удаляют избыток ткани, когда необходимость в укреплении отпадает. (Одна из проблем, с которой сталкиваются космонавты, долгое время находящиеся в состоянии невесомости, – это атрофия костной ткани, то есть потеря костной массы.)

В эмбриональном периоде, в детстве, и даже во взрослом состоянии форма и функции наших организмов отнюдь не целиком определяются ДНК. Это означает, что форма скелета, как и форма всего тела, не является производным деятельности одних только генов, это производное использования тела, производное поведения. Гены всего лишь задают параметры, в пределах которых возможны такие изменения.

Примеры очень глубоких изменений «нормальной» анатомии определенных областей тела могут возникать, когда анатомия и физиология организма каким-то образом сильно нарушаются. В 1942 году голландский ветеринар Э. Й. Слийпер описал странную двуногую козочку. Это животное родилось с парализованными передними конечностями и поэтому не могло передвигаться на четырех конечностях, как это делают здоровые животные. Тем не менее этот козленок научился передвигаться, прыгая на задних конечностях. Когда коза околела, Слийпер вскрыл ее и обнаружил очень странные изменения в ее анатомии. Грудная клетка и грудина имели весьма необычную форму, а у мышц верхней части задних конечностей изменилась форма и появились новые, дополнительные сухожилия. Такие примеры показывают, насколько изменчивой и пластичной может быть анатомическая структура организма, насколько легко она поддается различным модификациям.

Скачущая на двух ногах коза Слийпера иллюстрирует очень важный момент: какая бы причина ни привела к параличу передних конечностей, не она стала одновременно причиной адаптивных изменений в задних конечностях. Анатомические изменения в них возникли в результате способа, каким коза начала их использовать. Податливость анатомического строения уменьшается с возрастом – невозможно добиться таких драматических изменений, посещая спортзал, – но такой потенциал становится выше, если изменение поведения происходит на ранних стадиях развития.

Американский биолог Мэри Джейн Уэст-Эберхард предположила, что связанные с бегом анатомические изменения в ходе эволюции человека могли возникнуть именно таким способом – как часть адаптации организма к окружающей среде (через поведенческие изменения) – и даже стать «нормой» для целой популяции в течение жизни одного поколения. Это очень важная, и, в определенной мере, еретическая идея, так как она противоречит строгой неодарвинистской доктрине о том, что эволюция происходит благодаря случайным генным мутациям, которые оказываются полезными в плане приспособления организмов к окружающей среде. Анатомические изменения в ответ на новое поведение – или, другими словами, фенотипическая адаптация – тоже могут приводить к эволюционному разнообразию.

Эта смелая идея о связи между анатомией, поведением и эволюцией содержит в себе отзвук одной старой гипотезы по поводу механизма возникновения эволюционных изменений. Предшественник Дарвина, французский натуралист Жан-Батист Ламарк говорил нечто подобное в самом начале XIX века. Он считал, что животные могут передавать потомству признаки, приобретенные в течение жизни. В качестве классического примера приводили жирафа. Животным приходилось тянуться вверх за листьями, и шея немного вытягивалась, а потом жираф передавал этот признак потомству, у которого шея вытягивалась еще немного, и так далее. Дарвин весьма благосклонно отнесся к идее такого «мягкого наследования», но она не укладывалось в предложенный им механизм естественного отбора, каковой дал название книге «О происхождении видов путем естественного отбора». Этот механизм работает на основе уже существующего в популяции разнообразия признаков. Это разнообразие является результатом действия наследственных факторов (которые позднее были названы генными мутациями), а поэтому понятно, что анатомические изменения, приобретенные в течение жизни, не могут наследоваться.

Сейчас, однако, такое утверждение представляется чересчур категоричным. Теперь мы знаем, что внешние влияния на гены могут передаваться потомству. Химические модификации белковой упаковки ДНК – которые могут происходить в течение жизни организма под влиянием факторов окружающей среды – влияют на функцию генов. Удивительно, но эти модификации могут наследоваться, несмотря даже на то, что сами гены остаются неизменными. Этот феномен наследуемых эпигенетических изменений говорит о том, что в мягкой наследственности все-таки что-то есть.

Если новые модели поведения приводят к изменению анатомического строения, то возможно, что некоторые из них станут наследственными по крайней мере в течение нескольких поколений, благодаря эпигенетическим модификациям, которые закреплялись у представителей по меньшей мере двух-трех поколений. Однако и эпигенетическая адаптация может, вероятно, приводить и к истинно генетическим, эволюционным изменениям. В сравнении с генными мутациями, приводящими к случайным вариациям (большинство которых неизбежно оказываются бесполезными или даже вредными), фенотипическая адаптация производит отнюдь не случайное изменение: с самого начала она помогает организму лучше приспособиться к окружающей среде. Естественный отбор будет действовать на такие неслучайные изменения точно так же, как он действует на изменения случайные.

Индивиды, отличающиеся новым анатомическим строением, возникшим в ответ на новое поведение, будут иметь преимущества в выживании и размножении, поэтому отбор будет благоприятствовать особям, способным к такому новому поведению. Эту гипотезу впервые высказал американский психолог Джеймс Марк Болдуин в конце XIX века в связи с эволюцией способностей к обучению. Сам феномен тогда получил название «эффекта Болдуина».

Возвращаясь к нашим бегающим предкам, мы можем живо представить себе, как такое могло происходить в реальности. Представим себе группу древних людей, предки которых не увлекались бегом, но сами эти люди поняли, что бег повышает их шансы на выживание. Эти люди живут в африканской саванне, и дело происходит за два миллиона лет до наших дней. Они питаются более разнообразно, чем их предшественники, – выкапывают корни и клубни и варят их, что делает еду вкуснее и питательнее. При случае эти люди едят и мясо, и вот здесь в игру вступает бег. Иногда люди гоняются за добычей, а иногда, возможно, едят трупы животных, убитых другими хищниками. Люди видят стаи стервятников, кружащих над убитым или павшим зверем, и бегут туда, чтобы опередить других падальщиков. Люди изо всех сил стараются избегать встреч с крупными хищниками, но если такая встреча все же происходит, то отбиваются от них, швыряясь камнями.