Мы все хотим изменить мир.
Мы все хотим изменить мир.
Мы не прочь взглянуть на план!...
Джон Леннон и Пол Маккартни Revolution 1 (1968)Физик и нобелевский лауреат Жан Перрен однажды заметил, что путь к любому научному достижению заключается в "объяснении сложного видимого [явления] какими-то простыми невидимыми". Две величайшие революции в биологии — революция в теории эволюции и революция в генетике — шли именно таким путем. Дарвин объяснил разнообразие видов, обнаруживаемых в палеонтологической летописи, и современных живых организмов действием естественного отбора на протяжении чрезвычайно длительного времени. Молекулярная биология объяснила, каким образом наследственные признаки всех организмов закодированы в молекулах ДНК, состоящих всего из четырех оснований. Но какими бы блестящими ни были эти догадки, они не смогли полностью объяснить происхождение сложных наблюдаемых нами форм — от формы тела древних трилобитов до формы клюва галапагосских вьюрков. Ни естественный отбор, ни последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК не могут напрямую объяснить, каким образом формировался внешний вид живых существ или как он эволюционировал.
Ключом к пониманию формы является развитие, в ходе которого яйцеклетка превращается в сложное животное, состоящее из многих миллиардов клеток. Это удивительное превращение оставалось одной из самых волнующих загадок биологии на протяжении почти двухсот лет. А развитие тесно связано с эволюцией, поскольку изменить форму взрослого организма можно только за счет изменения эмбриона. В последние двадцать лет в биологии развернулась новая революция. Успехи биологии развития и эволюционной биологии развития, сокращенно — эво-дево (от англ. evolutionary developmental biology, evo-devo — Прим. перев.), позволили узнать много интересного о невидимых генах и некоторых простых правилах, которые определяют форму животных и ее эволюцию. Многое из того, что нам открылось, было настолько удивительным и неожиданным, что в значительной степени изменило наш взгляд на процесс эволюции. К примеру, раньше ни один биолог не мог предположить, что те же самые гены, которые контролируют развитие частей тела и органов насекомых, контролируют и развитие тела человека.
Книга, которую вы держите в руках, рассказывает об этой новой революции и о том, как она помогает разобраться в вопросах эволюции царства животных. Я хотел представить читателю наглядную картину процессов развития животных и показать, как различные изменения в ходе этого процесса сформировали и современных животных, и тех, которых мы знаем лишь по окаменелостям.
Когда я писал эту книгу, я имел в виду несколько типов читателей. Во-первых, те, кто интересуется природой, естественной историей, фауной дождевых лесов, рифов, саванн, а также ископаемыми останками из древних отложений, узнают много нового о развитии и эволюции некоторых наиболее удивительных животных из прошлого и настоящего. Во-вторых, физикам, инженерам, программистам и всем остальным, интересующимся происхождением сложных структур, эта книга расскажет о том, как в результате комбинации небольшого числа общих элементов возникло невероятное разнообразие форм. В-третьих, я уверен в том, что новые достижения эво-дево помогут студентам и преподавателям сделать изучение эволюции более интересным и раскроют более увлекательную и ясную картину эволюции, чем та, что мы представляли себе до сих пор. И, наконец, в-четвертых, эта книга предложит любому человеку, задающему себе вопрос "Откуда я взялся?", описание нашей с вами истории: относительно короткого пути, который мы проходим от яйцеклетки до взрослого организма, и долгого трудного путешествия от возникновения первых животных до совсем недавнего появления нашего вида.
Рисунок Кристофера Херра, 10 лет (школа Игл, Мэдисон, штат Висконсин).
Введение. Бабочки, зебры и эмбрионыОна бредет сквозь облака
В голове ее кружится карнавал
Зебры, бабочки,
Сказки и лунный свет
Вот и все, о чем думать умеет она
Джими Хендрикс Little Wing (1967)Последний раз, когда я был в школе, где учатся мои дети, меня восхитили вывешенные в коридорах детские рисунки. Среди пейзажей и портретов было множество изображений животных. Удивительно, но из тысяч млекопитающих дети почему-то чаще всего выбирали зебр. А из всех животных вообще наибольшей популярностью пользовались бабочки. Мы живем в Висконсине, дело было в середине зимы, но дети рисовали совсем не то, что видели за окном. Откуда все эти бабочки и зебры?
Я уверен, что детское творчество отражает глубокий интерес детей к строению животных — форме их тела, рисунку и окраске. Мы все ощущаем эту связь. Вот почему мы ходим в зоопарк полюбоваться на редких зверей, толпимся у вольеров с бабочками, разглядываем аквариумы и тратим бешеные деньги на содержание домашних питомцев — собак, кошек, птиц и даже рыбок. Чаще всего выбор породы или вида домашнего животного основан на наших эстетических чувствах. При этом нас часто привлекают (а иногда и пугают) наиболее экзотические животные: гигантские кальмары, плотоядные динозавры или пауки-птицееды.
Такой же интерес и восхищение форма тела животных на протяжении многих столетий вызывала и у знаменитых натуралистов. В холодной, серой и сырой довикторианской Англии юный Чарльз Дарвин читал 2000-страничный отчет Александра фон Гумбольдта о путешествии по Южной Америке[1]. Дарвин был настолько поглощен этой книгой, что позднее заявлял, будто в это время думал, говорил и мечтал лишь о том, чтобы увидеть описанные Гумбольдтом тропические страны. Ему повезло: в 1831 г. у него появилась возможность отправиться в плавание на "Бигле". Позднее Дарвин писал Гумбольдту: "Все течение моей жизни определилось тем, что я читал и перечитывал эту книгу". Два других англичанина — двадцатидвухлетний служащий и страстный коллекционер насекомых Генри Уолтер Бейтс и его друг, натуралист-самоучка Альфред Рассел Уоллес — также мечтали отправиться в путешествие за новыми образцами. Познакомившись с описанием путешествия Дарвина в Бразилию (1848), Бейтс и Уоллес решили обязательно там побывать. Путешествие Дарвина длилось пять лет, Бейтс провел в тропиках одиннадцать лет, а Уоллес совершил два путешествия, в сумме длившиеся четырнадцать лет. Этим мечтателям, обнаружившим и собравшим тысячи видов организмов, предстояло начать первую революцию в биологии. Должно быть, есть что-то такое в жизни в северном климате, что вдохновляет на мечты о тропиках. Я рос в Толедо, штат Огайо, в окружении городских парков и сельскохозяйственных угодий у берегов не слишком щедрого озера Эри. Мои мечты о райских уголках подпитывались статьями в журналах и телевизионными передачами, такими как "Царство животных" (в черно-белом варианте). Десятилетия спустя мне посчастливилось увидеть животных африканских саванн, джунглей Центральной Америки и барьерных рифов Австралии и Белиза (правда, я был всего лишь туристом, а вовсе не отважным путешественником). И эти животные оказались еще более потрясающими, чем я мог вообразить.
