Почему Бог выбрал эту обезьяну

свящ. Антоний Лакирев

Почему в поведении людей так много обезьяньего? Совершенны ли мы, или связаны поведенческими немощами и ограничениями? Что в нас является результатом эволюции, а что – нет? Эта книга об эволюции человека обращает внимание на формирование личности с точки зрения верующего человека. Она предлагает читателю возможность доверять Богу, не избегая достижений современной биологии.

Глава 2

Предыстория, или Откуда они взялись?

Существование нашего вида имеет довольно определенные временные границы. Наши предки — те существа, которых можно уверенно записать в эту почетную категорию — едва ли появились на нашей планете намного раньше, чем 5—6 миллионов лет назад, так что нас отделяет от них около двухсот тысяч поколений. В основном нас будет интересовать то, что происходило в этих временных рамках. Но сначала нужно поговорить о своего рода предыстории.

Итак, одним прекрасным весенним утром… или, может быть, ненастным осенним вечером… группа существ покинула опушку густого, влажного и порядком перенаселенного африканского леса, слезла с ветки и рискнула (умирая от страха) провести свою первую ночь в саванне. А может, дело и впрямь было утром, и ведомая безрассудным лидером эта группа за день отошла слишком далеко от привычного леса… Так или иначе, это стало поворотным моментом истории нашей планеты. Что это были за существа, откуда они взялись и что предстояло им? И как увидел это Тот, Кто с самого начала наблюдал за ними? Попробуем поговорить об этом по порядку, по возможности не слишком углубляясь в детали.

а. Пространство для будущей жизни

Возраст Вселенной, то есть время, прошедшее с момента возникновения материального мира (и самого времени тоже), оценивается приблизительно в полтора десятка миллиардов лет⁴. До этого… Строго говоря, выражение «до этого» вводит в заблуждение, потому что никакого «до» не было. Наш ум лишь с большим трудом вмещает это, потому что Бог поселил нас во времени и представить себе нечто вне времени нам чрезвычайно сложно. Отсутствие времени «до» Большого взрыва катастрофически контринтуитивно. Однажды много лет назад я попытался объяснить это на уроке естествознания в 5 классе. Сначала дети долго отказывались понимать, а когда поняли, были до последней крайности возмущены, потому что их интуитивные, сформировавшиеся за миллионы лет представления о физическом мире были основательно поколеблены…

Тогда, в самом начале, удачно названном Большим Взрывом, появились материя, время, пространство и — шанс для нас. Вопросы «из чего, как и почему это произошло» чрезвычайно интересны, но их обсуждение лучше оставить физикам, которые предлагают весьма аргументированные и элегантные идеи.

Есть еще более головоломный вопрос: «зачем». Если Тот, Кто «поджег фитиль» Большого взрыва, сделал это (весьма возможно, Ему было достаточно словесного выражения Своей воли — это не меняет сути дела) — спрашивается, а зачем? Как это часто бывает при обсуждении таких вещей, мы сталкиваемся с противоречием. С одной стороны, мы привыкли считать Его самодостаточным и ни в чем не нуждающимся, так что говорить о том, какую цель Он преследовал, кажется бессмысленным. С другой стороны, не думать же, что Он сделал это беспричинно, просто так или по случайной неосторожности!

Кое-что мы все же можем предположить. Во-первых, можно, краснея от смущения, прибегнуть к телеологическому объяснению, дескать, по факту, в результате Творения появились мы (сделайте вместе со мной горделивое лицо), и мы-то и были той самой «преследуемой целью». В этом, собственно, и заключается жесткий антропный принцип. Но телеологические объяснения хоть порой и неизбежны, но и нежелательны. К тому же, кто знает, может быть, мы являемся лишь промежуточным звеном для создания (нами) лишенного наших милых недостатков искусственного разума (вот ужас-то!). Во-вторых, коль скоро нам так трудно заглянуть в «до Большого взрыва» во времени, быть может, мы напрасно пытаемся распространить в этом направлении действие закона причинности? Наконец, в-третьих, поскольку Бог свободен (по-настоящему свободен), можно сказать, что мотивы Его поступков находятся в Нем Самом — такого поступка, как Большой Взрыв, в том числе. Мне нравится соединять первое и третье объяснения и полагать, что потребовалось нечто (и — некто), что не было бы Богом и с чем (с кем) можно было бы поделиться полнотой Его жизни. Это не было обязательно, предопределено или неизбежно. Наверное, Создатель не был ничем вынужден это делать. Но Он это сделал. Остается благодарить Его.

Кстати, таких «некто» на бесчисленных планетах этого мира может оказаться немало! В таком случае эти существа должны были бы обладать целым рядом вполне определенных свойств… Но до размышлений об этой стадии «реализации проекта» еще далеко.

Говорят, когда Большой Взрыв по тем или иным причинам все же произошел, за ним последовали вспышка света и стремительный полет частиц материи к пределам расширяющегося пространства. Вот, должно быть, было зрелище! В этом новом мире стали действовать физические законы и были заданы физические постоянные — интересно, были они заданы «до» или «после» или как-то еще, как люди не умеют помыслить? Так или иначе, по прошествии чудовищного, не-человекоразмерного времени материя собралась в звезды, планетные системы и прочую межзвездную пыль. Между прочим, красиво получилось!

Ужасно интересно, насколько подробно был предопределен этот процесс. Была ли заранее заготовлена карта звездных миров (что, на мой вкус, маловероятно) или было интересно наблюдать за тем, что получится? Было ли для нашей звезды и ее планет заранее определено место или она была выбрана потом по признаку наличия подходящей планеты в зоне обитаемости? Ведь тот факт, что процесс развития Вселенной привел к известному нам положению вещей, еще не означает, что других вариантов не было… Впрочем, этот вопрос, скорее всего, неразрешим в этой жизни.

И, раз уж мы заговорили о неразрешимых вопросах, заметим, что второй закон термодинамики не может не оказаться под большим подозрением. А что, если с самого начала «что-то пошло не так» (если вообще было определено, как именно «так» оно должно идти)? Торжество однородного хаоса — малоприятная вещь, и наша психика едва ли может примириться с тем, что всякая структурированность в этом мире сама по себе (т. е. без вмешательства Того, Кто «поджег фитиль») обречена. Мы ведь тоже живем наперекор закону неубывания энтропии… Вряд ли у нас сегодня есть хоть какие-то аргументы, чтобы обсуждать этот вопрос, но оставим его где-то на краю сознания. Надежда, строго говоря, лишь на то, что Иисус заплатил на Кресте за то, чтобы у нас был шанс не сдаться этому закону.

Итак, после десятка миллиардов лет развития Вселенной на третьей от Солнца планете стало достаточно прохладно (градусов восемьдесят Цельсия), чтобы на ее поверхности стала в жидком виде осаждаться вода, присутствовавшая в атмосфере. Но, Боже правый, что это была за атмосфера!

Если бы мы попробовали вздохнуть в ней, то, прежде чем умереть от удушья, скривились бы от запаха нашатыря, приправленного тухлыми яйцами. Там были аммиак, сероводород, метан, водород, водяные пары… Ах да, еще для остроты ощущений хлор. Это было крайне неприятное место, с учетом температуры. Однако в промежутке между четырьмя с половиной и тремя с половиной миллиардов лет назад между твердыми породами и атмосферой пролег океан. Скорее всего, среди этого океана было какое-то количество суши. Отдельные участки суши «плавали» по раскаленной жидкой магме, то сливаясь в единый суперконтинент, то вновь разделяясь на части. Но эта суша была еще более негостеприимной и безжизненной, чем океан. У Ноя с его голубкой здесь не было бы никаких шансов. Никаких шансов.

Океан состоял из раствора множества соединений, главным образом неорганических. В перенасыщенной статическим электричеством атмосфере над ним гремели грозы и шли беспрерывные дожди сложного химического состава (аммиак великолепно растворяется в воде, особенно горячей, да и сероводород тоже…). Важным дополнением к этому компоту были бесчисленные молнии. Стенли Миллер и Гарольд Юри воспроизвели эти условия в эксперименте 1953 года — и обнаружили, что в их хитроумной установке появились со временем добрых два десятка аминокислот (строго говоря, рацемическая смесь их стереоизомеров) и еще (как показали дальнейшие опыты) много разных органических соединений. Ну, по крайней мере, возник шанс не умереть от голода: органика всегда может быть источником энергии назло второму закону термодинамики, был бы окислитель — и было бы кому эту органику есть.

б. Жизнь

Жизнь — сложная штука. Она требует наличия множества разных вещей, причем желательно сразу. Среди них и носитель наследственной информации, и белки-ферменты, и пища, чтобы снабжать эти биохимические машины энергией…

Для жизни нужна пища (Миллер и Юри продемонстрировали, откуда она могла взяться), окислитель (тут, вероятно, мог сгодиться сероводород или ионы железа, которыми пользуются и некоторые современные бактерии, — кислорода в любом случае взять было неоткуда). Но еще нужны ферменты, которые будут окислять эту пищу, энергоноситель, который будет связывать, запасать и отдавать эту энергию (и к нему еще ферменты, надо полагать). А еще нужно ограниченное чем-то пространство, хотя бы вроде коацерватных капель, чтобы был возможен [избирательный] транспорт и концентрирование молекул. Но самое главное, если вы не хотите, чтобы созданная вами коацерватная капля имени Опарина рассыпалась без следа, нужен хоть какой-то аппарат наследования свойств этой капли.

Положим, на бурной поверхности океанских волн в содержащем органику растворе капли, наподобие коацерватных, могут (скорее, пожалуй, должны) образовываться сами, как Афродита из пены. Аминокислоты там явно были — может быть, и короткие пептиды, хотя вряд ли белки. Пусть, к примеру, несколько аминокислот могли сшиваться в короткий пептид, и он — о, чудо! — катализировал окисление какой-то еще примитивной молекулы. Но почему все это не исчезло на следующий же день?

Во-первых, скорее всего, оно и исчезало миллионы раз. Во-вторых, первыми могли быть не пептиды, а молекулы РНК — они могут быть и катализаторами (пусть и менее эффективными, чем наши с вами «продвинутые» белки), и самореплицироваться, передавая информацию (теперь уже наследственную). Так и представляешь себе Создателя, терпеливо ожидающего, когда же наконец в этом бульоне возникнет что-то стоящее…

Между прочим, присутствие в живых клетках только одного из двух стереоизомеров аминокислот⁵ и только одного из двух стереоизомеров углеводов позволяет предположить, что такая ограниченная чем-то вроде мембраны счастливая капля могла и в самом деле быть одна — или очень немного. Кроме того, в реакциях синтеза оптических изомеров их соотношение не всегда равно 1:1, а L — и D-стереоизомеры могут ускорять синтез самих себя, но не друг друга. Наконец, присутствие L-аминокислот отчасти стимулирует синтез в растворе D-углеводов. Генетический код, который связывает последовательность нуклеотидов РНК (и ДНК) и последовательность аминокислот в белках тоже на этой планете у всех один, что было бы маловероятно, будь таких первых клеток очень много. Впрочем, нельзя исключить, что их все же было много, но выжили потомки только одной, а всех остальных они попросту съели. Было ли важно, что в нас будут L-аминокислоты и D-углеводы, или могло быть и наоборот — еще один вопрос, на который у меня нет ответа.

…Вот сюжет для романа: в далекой-далекой галактике тоже возникла жизнь, но там в клетках D-аминокислоты и L-углеводы. Космический корабль, встреча с инопланетянами (они пусть будут тоже Homo sapiens), прекрасная пилот/принцесса/аспирантка с чужой планеты… А молекулы оптически несовместимы. Добавьте старейшин-ретроградов с обеих сторон, и блокбастер готов…

Наследственность по меньшей мере такое же необходимое для жизни явление, как и белки-ферменты. Без нее (и без изменчивости) жизнь на Земле так и осталась бы мимолетной пеной на поверхности океана. Но как только наследственность и изменчивость соединились в одно время и в одном месте, жизнь начала развиваться⁶. Конечно, было бы очень интересно спросить Создателя, дожидался ли Он, пока это произошло само собой или каким-то неуловимым образом вмешался, — но в этой жизни такая возможность вряд ли представится.

Сделаем все же необходимое отступление, чтобы кратко обсудить научно-богословскую проблему, связанную с возникновением жизни и всего того, что предшествовало ее появлению на нашей планете. С теологической точки зрения было бы гораздо проще и удобнее полагать, что Создатель непосредственно вмешался в события и в первичном бульоне минимальный набор нужных молекул появился в нужный момент — так, что не надо было ждать слишком долго, пока он возникнет сам собой. Ведь как ни крути, вероятность того, что это произойдет без специального творческого вмешательства Бога довольно мала: молекул нужно много, они должны исполнять разные функции (даже с учетом того, что и ферментативную, и информационную функции на первых порах могла выполнять РНК).

Но малая вероятность отнюдь не означает полной невероятности, да и времени от появления жидкой воды до образования в ней жизни прошло несколько сот миллионов лет (если не целый миллиард!) — и это нам ждать так долго было бы невыносимо, но не Богу, у которого, как известно, один день как тысяча лет и тысяча лет как один день. Одним словом, вариант развития, при котором Создатель «просто подождал», когда в первичном бульоне возникнет несколько клеток, способных выжить и развиваться, с богословской точки зрения вполне приемлем. С научной же точки зрения…

Чем дальше ученые исследуют эту проблему, тем более правдоподобной выглядит эта картина. Некоторая тайна в появлении первой клетки все же присутствует, но мы в любом случае не найдем объективного свидетельства, что «вот в этот момент Бог подтолкнул события»; по мере исследований тайна будет уходить от нас все глубже, картина будет все яснее, а Бог (по моему субъективному мнению) не склонен оставлять на Своих творениях «подпись автора».

С этим еще следует соотнести тот факт, что Бог наделил материю некоторой способностью к самоорганизации, по крайней мере, в условиях достаточного притока энергии (как поток солнечной энергии на Земле). Это, в частности, означает, что появление жизни было предопределено условиями на Земле — и при этом не обязательно было предопределено, где, как и какая жизнь возникнет (см. казус со стереоизомерами). Принципиально ли, что триплет AUC в РНК будет кодировать аминокислоту изолейцин, а триплет AUG станет старт-кодоном? Может быть, можно было положиться на волю случая, лишь бы вся система работала удовлетворительно?⁷ Попросту говоря, post factum мы можем полагать, что способность организмов к самовоспроизведению для сотворения жизни была, несомненно, важна, а химические подробности важны не были — лишь бы они, при всей маловероятности, в конце концов, возникли. Субъективно же говоря, наблюдать не полностью предопределенное развитие гораздо интереснее, хотя данное утверждение, конечно, беспардонный антропоморфизм…

При наличии воспроизводящихся молекул, системы синтеза белков и минимальных приспособлений для обеспечения всего этого энергией для дальнейшего развития всего разнообразия жизни нужен, пожалуй, лишь еще один ингредиент: конкуренция и вызванный ею естественный отбор.

в. Отбор и эволюция

Пока в океане хватает небольших органических молекул, чтобы служить источником энергии для всех, все и выживают. Как только ресурсы становятся ограниченными, выживать будут не все — кто-то с большей вероятностью, кто-то — с меньшей. Если все клетки одинаковы — вероятность выживания или гибели для всех будет равной. Если они не одинаковы — разной. Вот, собственно, и все.

После Чарльза Дарвина эта идея кажется почти банальностью, даже странно, что до Дарвина никто толком не сумел это объяснить (при всем почтении к предшественникам Дарвина от его собственного деда Эразма до Мальтуса и других). Изменчивость — крупные и мелкие неточности в передаче наследственной информации — обеспечивает живым организмам разнообразие наличных вариантов, выжившие передают эти изменения следующему поколению.

Кстати, чем более ограничены соответствующие ресурсы, тем жестче идет этот отбор (и наоборот). Не будет лишним заметить, что до тех пор, пока речь идет о прокариотах, почти лишенных полового размножения (почти, но не совсем), вместо него работает горизонтальный перенос генов (своего рода «сетевой» обмен фрагментами ДНК между отдельными клетками) — однако это замечание не меняет сути дела. Организмы усложняются и становятся все более разнообразными. Я бы сгорал от любопытства, будь у меня возможность наблюдать этот процесс…

Очень интересен вопрос о том, почему эти организмы развиваются в сторону усложнения и диверсификации. Когда подобные вещи пытаются создать люди, чаще получается упрощение и унификация… Здесь можно думать о повышении надежности того, как передаются и воспроизводятся гены (довольно эгоистичные сущности, тут Докинз определенно прав⁸) и как обеспечивается энергией этот процесс. Кроме того, в какой-то момент диверсификация клеток и истощение ресурсов неизбежно должны были привести к тому, что все эти организмы начали взаимодействовать между собой и возникло то, что мы сегодня называем экосистемой.

Все когда-нибудь заканчивается. Планета остывала, небиологический синтез органических соединений сокращался, и этот источник энергии был близок к исчерпанию. Бактерии не стали ходить на демонстрации с лозунгами «Остановим остывание планеты» и требовать от Создателя ее дальнейшего разогрева. Некоторые из них вместо этого попытались воспользоваться альтернативными источниками энергии, и, если бы не это, жизнь вполне могла погибнуть. Кстати, совершенно не исключено, что такое могло происходить на очень и очень многих планетах в зоне обитаемости, и сейчас они безжизненны.

г. Постоянство и изменчивость

Прокариотные организмы — бактерии, археи и цианобактерии — размножались делением. При таком способе размножения материнская клетка делится на две новых клетки, а сама исчезает. Теоретически можно представить и другие варианты, например деление на четыре (впоследствии востребованное у более сложных организмов) или, скажем, на три (на нашей планете не использованное). Но делиться пополам все же несравненно проще. Значение, однако, имеет не то, сколько потомков оказывается у каждой клетки — в этом отношении деление бактерий пополам достаточно эффективно. Важно, что при этом происходит с наследственной информацией, которая определяет свойства синтезируемых клеткой белков и порядок их синтеза (последнее не менее значимо).

Вероятно, здесь кроется одна из причин замены РНК в качестве носителя такой информации на ДНК. ДНК состоит из двух комплементарных нитей, каждая из которых может служить матрицей для синтеза новой нити, так что при копировании ДНК (репликации) получаются две идентичные молекулы. Выдайте их по одной дочерним клеткам, и они будут идентичны материнской — и друг другу.

Механизм репликации ДНК довольно надежен (может быть, он был таким не с самого начала). Но, во-первых, в природе не бывает абсолютной надежности, а во-вторых, зачем вам экосистема, состоящая из бесчисленного множества одинаковых существ? Такая экосистема попросту не может быть устойчивой.

При делении прокариотные клетки передают каждому из двух потомков по одной копии собственной ДНК (она у них замкнута в кольцо). Но при ее репликации время от времени, и даже довольно часто, возникают неточности. Вдобавок сама ДНК немного повреждается под воздействием внешних (и внутренних, особенно у более сложных организмов) факторов. Случайно пролетевшая через клетку α-частица повреждает нить ДНК, и находившийся в этом месте элемент кода заменяется новым — не всегда тем же самым… Между прочим, более сложные организмы, о которых речь пойдет дальше, вынуждены задействовать специальные механизмы для исправления подобного рода поломок (хотя бы частичного). Присутствие в окружающей среде тех или иных химических веществ тоже может служить причиной неточностей при репликации ДНК. Ну и, конечно, случайности тоже имеют место. В результате следующее поколение почти идентично предыдущему — почти, но не совсем. И это генетическое разнообразие совершенно необходимо для выживания и эволюции организмов.

Для верующих людей велик соблазн думать, что за эволюционными случайностями скрывается рука Создателя. Я не возьмусь утверждать, что это однозначно не так, но свидетельства в пользу этой версии только косвенные и не слишком убедительные. Да, конечно, многие мутации (изменения в ДНК, передающиеся новым поколениям) появляются подозрительно вовремя, особенно если требуется много изменений одновременно. Но это не дает нам достаточных оснований считать случай инструментом (и псевдонимом) Создателя. Бритва Оккама побуждает избегать подобных спекуляций; к тому же, я полагаю, что принципиально важно было, получится ли в результате эволюции жизни существо, пригодное стать подлинными «руками Создателя» в этом мире, а не то, как именно это получится и даже, дерзну предположить, что это будет за зверь.

д. Надо же чем-то питаться: фотосинтез

Для энергетического обмена (такого, каким он «оказался» на нашей планете) нужны электроны, много электронов. Их можно взять в самых разных местах. Так, некоторые бактерии пользуются сероводородом: берут ион S^2- и отбирают у него два электрона, в результате чего появляются отложения чистой серы. Кое-где на нашей планете они и сейчас так поступают, а тогда в океане сероводорода было сколько угодно. Другие проделывают это с ионами железа Fe²⁺, превращая их в Fe³⁺, что приводит к отложению разных соединений железа, главным образом — ржавчины. Но и сероводород, и ионы железа — тоже исчерпаемый ресурс. К тому же эти электроны потом надо куда-то девать: нужен акцептор электронов.

Некоторые бактерии обратились к практически неисчерпаемому ресурсу — воде. Они обзавелись весьма своеобразными окрашенными молекулами, пигментами⁹ (самый известный из них — хлорофилл), которые улавливают фотоны и за счет их энергии становятся сильными окислителями (алчными отнимателями электронов, если говорить на человеческом языке). Эти молекулы один за другим отнимают электроны у целой группы ионов, заряжая эту группу постепенно, как зубец за зубцом взводится пружина арбалета. В конце концов эта группа ионов отнимает электроны у мирно проплывавшей мимо молекулы воды, превращая ее (помимо отнятых электронов) в два иона водорода Н⁺ и атом кислорода, который немедленно соединяется с еще одним таким же обломком молекулы воды в молекулу О₂. Электроны и ионы водорода в дальнейшем используются для синтеза АТФ (универсального энергоносителя живых клеток) и в конечном итоге связывания атмосферного углерода (сейчас — из углекислого газа СО₂, поначалу — скорее всего, из метана СН₄). На самом деле этот механизм, развивавшийся долгими извилистыми путями, гораздо сложнее и вариативнее описанного.

Для нашего рассказа важны две вещи. Во-первых, вся эта процедура, называемая фотосинтезом, способна создавать несущие энергию молекулы углеводов за счет энергии Солнца. Не важно, что ее КПД не слишком высок, — важно, что это дает жизни на Земле источник органических молекул взамен давно съеденных абиогенных веществ из раннего периода развития жизни. И этот ресурс ограничен, строго говоря, только притоком солнечной энергии (сегодняшняя биосфера, включая нас самих, использует лишь ее малую часть, а вот если мы построим так называемую сферу Дайсона…). В человекоразмерных временных масштабах можно считать этот источник энергии неисчерпаемым. Слава Богу.

Заметим, что механизм фотосинтеза чрезвычайно сложен. Он требует множества белков (и генов для них), а кроме белков — гемоподобные структуры, среди которых хлорофилл далеко не одинок, и систему транспорта электронов, и биохимические циклы связывания углерода, и многое другое. Как все это эволюционировало, тем более что по отдельности компоненты этой системы могли быть совершенно нефункциональны, — загадка, настолько интересная, что так и хочется заподозрить Создателя в целенаправленном вмешательстве и здесь тоже. Однако загадка — еще не тайна, и существуют определенные догадки, как это могло произойти.

Побочный продукт фотосинтеза — кислород — попадает в атмосферу. Для современных первым фотосинтезирующим бактериям клеток это был ужас и кошмар, названный впоследствии кислородной катастрофой. Для подавляющего большинства существовавших тогда, около 2—2,5 млрд лет назад, бактерий¹⁰ кислород был смертельным ядом. Почти все они — по приблизительной оценке порядка 90% видов — вымерли. Если бы у протерозойских бактерий была ООН, они, конечно, проводили бы бесконечные конференции о противодействии кислородной катастрофе и требовали бы от цианобактерий прекратить выбросы кислорода в атмосферу. Но ООН у них по объективным причинам не было, так что они тихо окислились и стали пищей для выживших. Мы являемся потомками победителей в этой эволюционно-экологической драме, так что — слава Богу.

Накопление кислорода в атмосфере привело к масштабным изменениям ее состава. Метан окислился до углекислого газа, аммиак — до азота (70% сегодняшней атмосферы), сероводород (не съеденный более древними серобактериями) — до оксидов серы. Тогдашние дожди были весьма и весьма кислыми из-за этих оксидов… Постепенно кислорода становилось все больше, и когда все, что могло окислиться в атмосфере, окислилось, кислород стал в этой атмосфере накапливаться, а где-то в промежутке между 2 и 1 млрд лет назад сформировался и озоновый экран, защищающий нас от вредных компонентов солнечного излучения.

Изменения состава атмосферы сказывались и в изменениях климата: в протерозойскую эру не раз наступали эпохи оледенения (в том числе, возможно, глобального, когда вся поверхность океана покрывалась льдом).

В результате описанных трансформаций на Земле появились вместе источник питания (фотосинтез) и кислород, необходимый для клеточного дыхания. Не менее важно, что атмосфера пополнилась углекислым газом. Цианобактерии синтезировали из него органические вещества, а все остальные (сами цианобактерии — тоже) медленно окисляли эти вещества атмосферным кислородом (снова до углекислого газа) и использовали энергию для обеспечения своей жизнедеятельности. Так возник круговорот углерода, а вместе с ним и других элементов (в первую очередь азота и фосфора). Круговорот же, в свою очередь, предполагает наличие пищевой цепи, сначала короткой, а потом все более сложной и длинной. Теперь постоянный приток энергии от Солнца заставлял всю эту химическую машину двигаться, а составляющие ее организмы получили новую возможность усложняться и диверсифицироваться.

е. Одиночество в безбрежном океане

Прокариотная экосистема довольно успешно приспособилась к накоплению в атмосфере кислорода и углекислого газа. Но прокариоты — бактерии и археи¹¹ — все еще слишком примитивны для обсуждаемой задачи (вспомним, что мы говорим о существах, пригодных для диалога с Создателем). Для осознания себя явно требуется нечто более крупное и сложное, способное к переработке информации. Маловероятно, что бактерии могли бы обладать «бессмертной душой», сознанием, личностью — в бактериях ее просто некуда деть… К тому же для гипотетического (пока еще) собеседника Создателя принципиально важна социальность, о которой ни у бактерий, ни у архей говорить не приходится.

Уже в самый разгар кислородной катастрофы некоторые бактерии (и археи, раз уж они появились в нашем рассказе) начали образовывать колонии. Речь идет не о поселениях каторжников на дальних берегах, а о группах клеток, физически и генеалогически более или менее связанных друг с другом. Клетки колоний обычно скреплены друг с другом — они слипаются оболочками, если речь идет о бактериях или водорослях, или прикрепляются иными способами. Нередко клетки колонии ведут происхождение от одной начальной клетки. От многоклеточного организма колония отличается тем, что ее клетки более или менее одинаковы и, что еще важнее, в трудную минуту вполне способны существовать отдельно и независимо друг от друга. Преимущество колониальности главным образом заключается в более крупном размере.

Еще одна важная «техническая» проблема не была решена в прокариотном бактериально-архейном мире: передача генов из поколения в поколение. Точнее говоря, клетки нового поколения наследовали ДНК от материнской клетки (к колониальным организмам это тоже относится). Но интенсивность горизонтального переноса генов, когда бактерии или археи одного поколения обмениваются генами друг с другом через плазмиды, чем-то мешала их дальнейшей эволюции. Нужно было что-то менять… Горизонтальный перенос генов требовалось заменить половым размножением. У бактерий есть нечто похожее, но их аналоги полового размножения слишком необязательны. Добавим еще, что дальнейшая эволюция потребовала, насколько можно судить, более надежной системы передачи бóльших объемов наследственной информации и защиты от бесконтрольных ее изменений. Колониальность никак не годится для всего этого.

Нужны были иначе устроенные организмы, которые могли бы стать альтернативой для сбалансированной и успешной, но слишком примитивной бактериальной биосферы. Заметим, что слово «нужны» здесь уместно только с точки зрения Создателя (насколько вообще возможно говорить об этом) — ну и с нашей точки зрения, коль скоро мы тоже относимся к этим «иначе устроенным» организмам. Была ли востребована такая новая эволюционная линия экологически, то есть была ли для нее свободная экологическая ниша — большой вопрос. Скорее всего, когда-нибудь мы найдем планеты, где все так и ограничилось одними бактериями — но, к счастью, не здесь.

У архей есть одна хитрая особенность, отличающая их от бактерий: способность существенно деформировать свою мембрану, образовывать выпячивания (может быть, и углубления в мембране, хотя при этом работают другие белки)¹². Возможно, именно это послужило для неожиданного усложнения строения клеток и механизма их размножения. Весьма вероятно, что полтора-два миллиарда лет назад некоторые из них принялись захватывать, но не переваривать некоторые бактерии, так что последние оказывались запертыми внутри новой клетки. Эти захваченные бактерии жили полуавтономно, делясь энергией (точнее — уже готовым энергоносителем АТФ) с клеткой-хозяином. При этом у них осталась собственная наследственность — кольцевая ДНК, как у всякой приличной бактерии, что давало им возможность размножаться и даже мутировать, оставаясь внутриклеточными симбионтами (сейчас мы называем их митохондриями). Между прочим, когда впоследствии люди научились расшифровывать их ДНК, они узнали немало интересного (см. ниже о так называемой митохондриальной Еве).

Помимо митохондрий, внутриклеточными симбионтами стали и фотосинтезирующие бактерии. Так, по-видимому, появились пластиды, усваивающие энергию Солнца и кормящие таким образом всю клетку, включая митохондрии.

Каким-то загадочным (но не таинственным) образом в этой новой структуре появилось и ядро, в котором, в конце концов, оказалось куда больше ДНК, чем бывает у «нормальных» бактерий и архей. Вполне возможно, что эукариоты, как называют организмы с ядром, митохондриями и хлоропластами, — продукт объединения целой группы прокариот, причем разнородных — своего рода шайка Робин Гуда. Структура эукариотических клеток много сложнее, чем у прокариот; кроме того, они намного крупнее.

Именно размер представляет собой очевидное преимущество: если вы в разы крупнее всех живущих в океане тварей, вы можете есть их гораздо более эффективно. Это нам для охоты на мамонта требуется сложная социальная организация, а тигр справится с мышью без особых затруднений. Эффективно защищаться от бактерий сложно любым организмам, включая помянутых тигра и мамонта, тем более первым эукариотам. Но если бактерии еще не научились есть вас, у вас появляется шанс научиться защищаться от них. Пусть этот шанс кратковременный — первые эукариотические клетки воспользовались им в полной мере. Как уже не раз было в первые миллиарды лет, давление естественного отбора на эти клетки, плававшие в океане еды (пусть довольно редкой, но беззащитной), на время ослабло, и они принялись ускоренно диверсифицироваться.

Одним из самых интересных и перспективных для дальнейшего направлений оказалось половое размножение или хотя бы та его менее явная форма, которая свойственна одноклеточным эукариотам. Теоретически преимущества полового размножения в его нынешнем виде довольно очевидны: организмы получают возможность регулярного создания новых комбинаций разных вариантов генов. Такие неидентичные версии одного и того же гена называются аллелями. Наличие у организма двух (или нескольких) аллельных версий гена обеспечивает генетическое разнообразие всей популяции и, следовательно, возможность отбора. Кроме того, половое размножение обеспечивает и создание разных комбинаций разных аллелей разных генов. К примеру, у вас синие глаза и рыжая щетина, а у вашей партнерши — карие глаза и белокурые локоны. У ваших потомков могут быть сочетания цвета глаз и волос синие — рыжие, карие — светлые (как у вашего поколения), а также синие — светлые и карие — рыжие… И отбор все расставит по своим местам.

Однако это преимущество полового размножения дорого стоит; бесполое размножение (путем деления) требует примерно таких же энергетических затрат и происходит не менее быстро, да к тому же не требует сложного и не всегда надежного механизма редукционного деления. Многие простейшие, как одноклеточные водоросли, так и одноклеточные животные и одноклеточные грибы, прибегают поэтому к половому размножению главным образом в неблагоприятных условиях, когда создание новых комбинаций генов может дать дополнительный шанс на выживание.

При половом размножении потомки получают от предков по половине ДНК, и эти молекулы соединяются вместе. Следовательно, перед таким размножением имеющийся набор молекул ДНК нужно поделить пополам: если этого не сделать, в следующем поколении ДНК будет двойное количество, потом — четырехкратное и далее по степеням двойки. Это путь в никуда, потому что такие клетки не выживают¹³. Решению этой проблемы служит особый способ деления клеток — мейоз, при котором двойной набор хромосом сначала удваивается, а потом делится на четыре одинарных. Заодно эти хромосомы обмениваются участками, дополнительно увеличивая потенциальное разнообразие.

Быть может, самая большая проблема полового размножения, особенно для одноклеточных, состоит не в его сложности и энергозатратности, а в поиске партнера. Хорошо создать новые комбинации аллелей, но с кем? Если мы представим себе одноклеточных существ размером в доли миллиметра, пассивно плывущих в океане (пусть и в тонком, почти двумерном поверхностном слое), которым нужно найти представителя своего вида… Задача почти нерешаемая, и многие организмы старательно уклоняются от ее решения. Колониальность — один из способов. Размножаться половым путем, лишь когда (и если) партнер обнаружен, — другой. И все равно удивительно, что множество видов одноклеточных так или иначе решают эту задачу! И новые комбинации генов становятся материалом для того, чтобы отбору было из чего отбирать.

ж. Вендский (а может, и кембрийский) взрыв

И все равно они слишком простые! Биосфера эволюционирует почти три миллиарда лет и не породила ничего сложнее амебы! Когда так неэффективно работают правительства, их свергают. Теологи-креационисты часто утверждают, что в научной картине эволюции слишком много совпадений и случайностей. На самом деле их до обидного мало, иначе для эволюции биосферы не потребовалось бы столько времени.

Как это часто бывало в эволюции биосферы (а может, еще и будет), предпосылки для появления новых существ возникли заранее. В первую очередь сюда относятся разнообразные молекулы на поверхности клеток, которые могут служить «молекулярным клеем», физически соединяющим клетки. Кроме того, еще одноклеточные прокариоты научились пользоваться некоторыми веществами как химическими сигналами, чтобы воздействовать друг на друга. В колониях, задействующих и «клей», и сигнальные вещества, клетки порой оказываются вовсе не так одинаковы, как можно предполагать. Многоклеточность возникла далеко не на пустом месте и, вероятно, стала следствием обострившейся конкуренции простейших.

Первыми, как кажется, попытались стать многоклеточными водоросли. При этом они получили размерное преимущество (попробуйте-ка съесть секвойю, если вы беззубая амеба), но начали существенно терять в плавучести, попросту говоря — многие были вынуждены осесть на дно. В результате экосистема начала быстро приобретать пространственную неоднородность, при которой экологические ниши различаются положением в пространстве, а организмам потребовалась, к примеру, система транспорта веществ. Но водоросли имеют лишь косвенное отношение к нашему сюжету…

Настоящим шагом вперед к появлению нас с вами стали многоклеточные животные. Как понятно из названия, они состояли из множества клеток (сначала — несколько сотен, а потом несравненно больше). У самых ранних и примитивных многоклеточных уже было несколько разных типов клеток. Впрочем, если взглянуть на дожившего до нашего времени трихоплакса, недалеко ушедшего от первых многоклеточных, эти разные типы клеток могли меняться местами и превращаться один в другой. Впоследствии такая возможность была почти утрачена.

Многоклеточные животные получили уже не раз упомянутое размерное преимущество, то есть они могли есть любых одноклеточных (прокариот и эукариот), а сами становились их добычей главным образом после своей гибели. Но новое, более сложное строение влечет за собой и новые проблемы. Главная из них заключается в том, что при половом размножении в результате слияния двух клеток с одинарным набором хромосом получается клетка с двойным набором хромосом (пока все прекрасно) — но она одна! А из нее нужно образовать все многочисленные типы клеток, да еще и расположить их в нужных местах. К тому же эти разные типы клеток должны быть генетически одинаковыми (пока решаемая проблема) — но при этом быть функционально и анатомически разными, а вот это уже сложнее. На нашей планете у многоклеточных в разных клетках одного организма работают разные гены из общего набора — но их нужно в нужное время в нужном месте включить, а другие, ненужные, — выключить. Это потребовало масштабной системы регуляции работы генов; значительная часть генов входит именно в эту систему.

Те многоклеточные, которым не удавалось сформировать надежно работающую систему индивидуального развития (формирования многоклеточного организма из одной клетки), ясное дело, вымирали. Более успешные выживали, и теперь отбиралось не только то, как устроен взрослый организм, но и то, как он развивается. Между прочим, это также сработало на увеличение разнообразия.

Именно разнообразие — самое бросающееся в глаза следствие появления многоклеточных. Пока их было мало и они не слишком конкурировали друг с другом, давление естественного отбора на них было ослаблено, и в исторически кратчайшее время (около сотни миллионов лет) возникли почти все современные типы организмов и еще немало вымерших. Это мгновенное нарастание разнообразия получило название вендского взрыва; дело было в вендском¹⁴ периоде, примерно от 640 до 540 млн лет назад. Впрочем, этот взрыв разнообразия мог произойти несколько позже, в следующем периоде — кембрийском, относящимся уже к следующей, палеозойской эре. Потому его часто называют кембрийским. На самом деле живые организмы не соотносились с календарем геологических эпох, и взрывной рост разнообразия явно начался в венде и продолжился в кембрии.

Если бы мы могли наблюдать этот взрыв разнообразия со стороны, нам бы показалось, что Создатель сотворил всех этих существ сразу. Даже жаль, что авторы библейских повествований о сотворении мира не знали о вендском периоде. Всерьез же говоря, этот взрыв видообразования был в большей степени предопределен геометрией пространства и тенденцией пищевых цепей к усложнению, что имеет отношение скорее к математике. Знал ли Создатель заранее, что так получится, — вопрос не ко мне. Быть может, достаточно того, что это был логичный результат развития биосферы в нужном Ему (и нам!) направлении.

Одного только недоставало в биосфере на этой планете: хордовых, к которым относимся и мы, люди.

Примечания

4

Точнее, примерно 13,8 млрд лет.

5

Стереоизомеры — это молекулы одного и того же вещества с одинаковыми свойствами, но отличающиеся как левая и правая перчатки. Эти варианты называются L — и D-изомеры — левые и правые, различают их по тому, как их растворы взаимодействуют с поляризованным светом. Стереоизомерия возможна для многих органических веществ, в частности для аминокислот, из которых состоят белки, и для углеводов или сахаров. На нашей планете белки состоят только из L-аминокислот, а рибоза встречается в РНК только в D-форме (это называется киральная чистота жизни). Альтернативные варианты не усваиваются клетками…

6

Оставим вовсе без обсуждения тему подходящего энергоносителя и все, связанное с энергетическим обменом.

7

На самом деле, с точки зрения стереохимии (пространственной структуры молекул), какие триплеты что именно будут кодировать — не совсем безразлично или даже совсем не безразлично, но времени, как было сказано, у Создателя было много.

8

Докинз Р. Эгоистичный ген. М.: АСТ, 2013.

9

Это как раз пример того, как вовремя происходит целый ряд мутаций, потому что синтез пигментов и связанных с ними белков требует участия множества молекул. И нерабочие, так сказать, предварительные версии этих молекул, как и их неполный комплект, кажутся ненужным обременением. Однако это часто означает, что мы просто еще не понимаем, как это все работало.

10

Кроме бактерий к тому времени возникли еще некоторые группы прокариот.

11

Археи — примитивные прокариотные клетки, отличающиеся от бактерий и по строению, и по обмену веществ, появившиеся около 2—3 млрд лет назад (разнообразие мнений специалистов не дает возможности сузить этот интервал). В настоящее время не включены в школьную программу по биологии и потому мало кому известны.

12

Сказанное является упрощением, но мы обещали не слишком углубляться в детали…

13

Впрочем, растения, животные и грибы иногда пользуются и таким механизмом; селекционеры уже в 20 в. обнаружили, что это может принести некоторую пользу.

14

Венды — славянское племя; в англоязычной литературе этот период часто называют эдиакарским.