также развились независимо у организмов, не связанных тесным родством; среди них – насекомые и один из видов креветок. В отличие от камерного, фасеточный глаз имеет множество линз, каждая из которых развивается почти поверх предыдущей. С эволюционной точки зрения фасеточным глазам сформироваться в какой-то мере легче, чем глазам камерного типа, и все же их строение остается невероятно сложным[51].
Рис. 2.4. Конвергентные формы глаз у людей и кальмаров
В целом, согласно оценкам экспертов, в той или иной форме глаза независимо развились по крайней мере у сорока различных видов[52]. Каким-то образом они развиваются у сложных видов, живущих там, где есть свет. Вот что сказал об этом Ричард Докинз: «По-видимому, жизнь, по крайней мере в известном нам виде, до неприличия желает иметь глаза… Если она есть на других планетах нашей Вселенной, можно ручаться, что глаза появятся и там, и работать они будут по тем же оптическим принципам, что и здесь, на Земле. Существует не так много способов создать глаз, и вполне возможно, что жизнь в известном нам виде знает их все»[53].
Конвергенцию можно наблюдать и на гораздо меньших уровнях. Существует множество примеров конвергентной эволюции, происходящей внутри клетки. Например, ее можно наблюдать в фотосинтезе – необычайном процессе, в ходе которого растения поглощают солнечную энергию и запасают ее в форме сахара. Сегодня ученые утверждают, что определенный тип фотосинтеза (C4-фотосинтез) развился независимо по меньшей мере у шестидесяти различных видов наземных растений[54].
Конвергенция: правило, а не исключение Биологи все отчетливей понимают, что конвергентная эволюция – это правило, а не исключение[55][56]. Саймон Конвей Моррис, палеобиолог из Кембриджа, отмечает: «Конвергенция повсеместна. Я не могу представить ничего, что эволюционировало бы лишь раз – помимо очень, очень редких исключений»[57]. Похожим образом выражается и Ричард Докинз: «Необычайно сложно представить что-либо, эволюционировавшее лишь однажды». Докинз сделал на этой мысли особый акцент, попросив своего коллегу Джорджа Макгэвина назвать несколько эволюционных адаптаций, произошедших однократно, и Макгэвин смог перечислить не так уж много[58].
Мы обнаруживаем все больше примеров конвергенции и постепенно понимаем, что эволюция – не случайный процесс. «Видимые результаты естественного отбора и других формообразующих процессов, – пишет Конни Барлоу, – ни в коем случае не следует воспринимать как случайный карнавал форм и функций»[59]. Исследуя повторение одних и тех же скелетных форм у представителей разных видов, биологи Роджер Томас и Вольф-Эрнст Райф приходят к выводу: «Хотя случайность играет исключительную роль в направлении течения эволюции, на ее исход она влияет в куда меньшей степени»
<p>51</p>
См.: Simon Conway Morris, Why Are We Here? Дата обращения: 23.09.2021, расшифровка доступна в сети по адресу: https://www. whyarewehere.tv/people/simon-conway-morris/.
<p>52</p>
Russell D. Fernald, “Evolving Eyes,” International Journal of Developmental Biology 48 (2004), 701–705. Более того, информация о том, что глаза развились независимо от сорока до шестидесяти пяти раз, – оценка, которая довольно часто приводится в литературе, – обычно восходит к более давней статье, которую в 1977 году написали Луитфрид фон Сальвини-Плавен и Эрнст Майр, и, вероятно, эта статья уже устарела (а это означает, что примеров конвергентной эволюции структур глаза может оказаться больше).
<p>53</p>
Richard Dawkins, Ancestor’s Tale: A Pilgrimage to the Dawn of Evolution, (Boston and New York: Houghton Mifflin, 2004), 588.
<p>54</p>
Процесс фотосинтеза – серия невероятно сложных химических реакций, в ходе которых углекислый газ (под воздействием солнечного света) преобразуется в кислород и сахар. Обычный процесс называется С3-фотосинтезом. Но в ответ на изменения в окружающей среде, произошедшие за последние несколько миллионов лет, растения изобрели другой хитроумный способ – С4-фотосинтез. С3-фо-тосинтез получил свое название, поскольку первая сложная структура, сформированная в процессе, в своей основе имеет три атома углерода (фосфоглицерат). С4-фотосинтез назван так, потому что у первой структуры, возникшей в его процессе, присутствует четыре атома углерода (оксалоацетат, или щавелевоуксусная кислота). Ben P. Williams, Iain G. Johnston, Sarah Covshoff, and Julian M Hibberd, “Phenotypic Landscape Inference Reveals Multiple Evolutionary Paths to C4 Photosynthesis,” eLife (Sept. 28, 2013), https://elifesciences.org/ articles/00961. Некоторые ученые полагают, что общая эволюция фотосинтеза неизбежна в условиях, подобных тем, какие существовали на Земле. Нобелевский лауреат Джордж Уолд, рассуждая о возможности жизни на других планетах, отметил, что как только для любой жизненной формы приходит время извлекать энергию из света, излученного ближайшей звездой, «кажется вероятным, что под воздействием одних и тех же факторов… фотосинтез на Земле мог оказаться столь же неизбежным где угодно». Другими словами, если мы обнаружим жизнь на других планетах (или если бы мы, в качестве альтернативы, каким-то образом смогли вновь перезапустить эволюционный «фильм» на нашей планете), природа, возможно, развила бы те же самые пути фотосинтеза, которые мы изучали у различных растений, произрастающих на Земле. См.: George Wald, “Fitness in the Universe: Choices and Necessities,” Origins of Life 5, No. 1 (Jan. – April 1974), 13–14.
<p>55</p>
Выше я привожу лишь несколько примеров конвергентной эволюции. Другие ученые составили намного более пространные и всеобъемлющие перечни. Например, эволюционный биолог Саймон Конвей Моррис – вероятно, ведущий мировой эксперт по вопросам, связанным с конвергентной эволюцией, – создал сайт, на котором документируются новые примеры конвергенции. В своем перечне он приводит свыше 1500 ее примеров, начиная с защитных механизмов (например, способность к маскировке или к выделению ядовитых веществ [тетродотоксина]) и заканчивая биохимическими процессами (такими, как возникновение натриевых потенциал-зависимых ионных каналов и конвергенция нескольких биокаталитических процессов или развитие фунгицидной или гербицидной устойчивости) и процессами метаболизма (к ним относятся, к примеру, дыхание, производство гемоглобина [миоглобина] у животных или ферменты лизосом). Другие любопытные примеры – это конвергентное развитие яда и ядовитых клыков у ящериц, змей и синапсид; люциферины (группа ферментов, благодаря которым становится возможной биолюминесценция); появление плотоядных растений (их как минимум шесть); защитный механизм «натирания» (одни животные начинают пахнуть ядом других, отпугивая потенциальных хищников), который независимо развился у грызунов, ежей и тенреков; формирование млечного сока у растений и грибков; развитие иммунной системы у растений и животных; развитие прозрачных тканей. Другие любопытные примеры приведены на сайте www.mapoflife.org.
<p>56</p>
По крайней мере несколько ученых признали, что распространенность конвергенции ставит под угрозу нашу уверенность в целостности филогенетических деревьев, составленных эволюционистами. Более того, было бы гораздо легче и проще составить великое древо жизни, если бы конвергенции не существовало. Филогенетическое дерево развивается по мере того, как ученые осознают, что группы тех или иных организмов имеют больше общих черт, чем группы других организмов. Чем больше схожих характеристик у двух видов, тем ближе их родство. Проблема возникает, если организмы, которые приходятся друг другу дальними родственниками, развивают сходные свойства или функции. Вот что говорит об этом Саймон Конвей Моррис: «Полагаю, что тема конвергенции важна по двум главным причинам. Одна широко признается… [и] связана с филогенезом, с очевидной “зацикленностью” на двух вопросах: доверяем ли мы нашему филогенезу и тем самым устанавливаем, как шла конвергентная эволюция (как делают все) – или полагаемся на то, что наши отличительные признаки развились в ходе конвергентной эволюции (по какой угодно причине), и пытаемся определить, как проходил наш филогенез? Поскольку филогенез зависит от отличительных признаков, два вопроса неотделимы друг от друга… Даже если и так, ни один филогенез не свободен от конвергенций, и часто бывает так, что биолог верит в правдивость филогенеза, поскольку в его представлении определенные конвергенции просто слишком невероятны, чтобы оказаться правдой… За все то время, что я провел в библиотеках, меня особенно поражали прилагательные, при помощи которых описывалась конвергентная эволюция. Такие слова, как “замечательный”, “изумительный”, “необычайный” или даже “ошеломительный” или “необъяснимый”, встречаются повсеместно… частота этих определений, призванных выразить удивление, позволяет предположить, что эти сходства вызывают у нас чувство, близкое к трепету. Более того, я подозреваю, что некоторые из этих биологов чувствуют, как призрак телеологии заглядывает им через плечо». По источнику: Conway Morris, Life’s Solution, 127–128. В настоящее время с нашим пониманием генетики и генетических мутаций как движущей силы, лежащей в основе эволюционных изменений, эта схожесть в последовательностях генов может помочь нам воссоздать филогенетические деревья жизни. Проблема в том, что случаев конвергенции становится все больше в молекулярной биологии и даже в генетических последовательностях. Как утверждают Раф, Маршалл и Тёрбевилл: «С учетом трудностей, связанных с группировкой и установлением условий согласованности и конвергенции, очевидно, что результаты, полученные благодаря молекулярной филогенетике, не стоит принимать без критики и считать их точной репрезентацией степени родства между организмами». По источнику: Rudolph Raff, Charles R. Marshall, and James M. Turbeville, “Using DNA Sequences to Unravel the Cambrian Radiation of the Animal Phyla,” Annual Review of Ecology and Systematics 25 (1994), 355. См. также: Uwe-G Maier, Stefan Zauner, Christian Woehle, Kathrin Bolte, Franziska Hempel, John F. Allen, and William F. Martin, “Massively Convergent Evolution for Ribosomal Protein Gene Content in Plastic and Mitochondrial Genomes,” Genome Biology and Evolution 5, No. 12 (2013), 2318–2329. В данном случае мой тезис не в том, что эволюция не соответствует истине; напротив, огромное множество данных позволяет утверждать, что многие базовые принципы, лежащие в основе теории эволюции, неопровержимы. Но остается открытым вопрос, была ли эволюция случайной (даже на генетическом и молекулярном уровнях), и все яснее кажется, что ответом будет решительное «нет».
<p>57</p>
Conway Morris, Why Are We Here? Дата обращения: 23.09.2021.
<p>58</p>
Dawkins, Ancestor’s Tale, 592. 56 Connie Barlow, “Let There Be Sight! A Celebration of Convergent Evolution,” April 2003, http://www.thegreatstory.org/convergence.html.
<p>59</p>
Конвергенция наблюдается и на уровне генов. Другими словами, последовательность аминокислот, создающая тот или иной протеин (кодируемый геном), также может быть конвергентной. В некотором роде данное наблюдение пошатнуло принципы воссоздания древа жизни и прослеживания его корней в биологии. Если конвергенция генов существует (а это так), и мы все чаще убеждаемся в ее повсеместности, тогда откуда нам знать, какие существа на самом деле связаны родством и произошли от одного более древнего предка? Краткий ответ состоит в том, что мы не можем знать этого наверняка, учитывая ограниченность современной системы взглядов, на основании которой применяется научный метод.