Читать онлайн «Капеллан дьявола: размышления о надежде, лжи, науке и любви». Страница 25

Второй закон термодинамики возник из теории тепловых двигателей[107], но ту его форму, которая имеет отношение к нашему аргументу об эволюции, можно сформулировать в более общих статистических терминах. Физик Уиллард Гиббс охарактеризовал энтропию как “перемешанность” (mixed-upness) системы. Второй закон термодинамики гласит, что суммарная энтропия системы и ее окружения не убывает. Оставленная в покое, без воздействия на нее работы извне, любая замкнутая система (а жизнь — не замкнутая система) имеет тенденцию к возрастанию перемешанности, уменьшению порядка. Простейших аналогий (или, может, чего-то большего, чем аналогии) масса. Если в библиотеке постоянно не работает библиотекарь, упорядоченность расстановки книг по полкам будет непреклонно убывать из-за неизбежной, пусть и низкой, вероятности того, что читатели, возвращая книги, будут ставить их не на те полки. В эту систему нужно внести извне трудолюбивого библиотекаря, который, подобно демону Максвелла, будет регулярно и энергично восстанавливать порядок.

Распространенная ошибка, о которой я говорил, состоит в персонификации второго закона термодинамики — в приписывании Вселенной внутреннего влечения к движению в сторону хаоса, уверенного стремления в направлении итоговой нирваны абсолютного беспорядка. Отчасти именно эта ошибка заставляет людей принимать глупую идею, будто эволюция составляет загадочное исключение из этого закона. Это ошибку очень просто разоблачить, сославшись на аналогию с библиотекой. Когда мы говорим, что бесхозная библиотека имеет тенденцию с течением времени приближаться к хаосу, мы не имеем в виду, что происходит приближение к какому-то конкретному состоянию полок, как будто библиотека издалека идет к намеченной цели. Все наоборот. Число возможных способов расставить N книг по полкам некоторой библиотеки можно подсчитать, и для любой достаточно солидной библиотеки это поистине очень, очень большое число. Из всех этих способов лишь один, или очень немногие, мы согласимся считать упорядоченными. Вот и все. Нет никакого мистического влечения к беспорядку. Просто способов считаться неупорядоченным неизмеримо больше, чем способов считаться упорядоченным. Поэтому если система начинает блуждать в пространстве всех возможных расположений ее элементов, почти точно (если не принимать особых мер, вроде тех, что принимает библиотекарь), что мы будем воспринимать происходящие в ней изменения как увеличение беспорядка. В рассматриваемом нами контексте эволюционной биологии порядком считается такая его разновидность, как адаптированность — наде-ленность средствами для выживания и размножения.

Возвращаясь к общему аргументу в пользу постепенности эволюции, искать жизнеспособные жизненные формы в пространстве всех возможных форм — это все равно что искать небольшое число иголок в необычайно большом стоге сена. Вероятность того, что мы придем к одной из этих иголок, если сделаем большой мутационный скачок в какое-то новое место в пределах нашего многомерного стога, поистине очень невелика. Но единственное, что мы можем сказать, это что начальной точкой любого мутационного скачка должен быть жизнеспособный организм — одна из тех редких и драгоценных иголок. Это оттого, что только те организмы, которые достаточно хороши, чтобы дожить до размножения, могут вообще иметь потомство, в том числе мутантное. Найти жизнеспособную форму организма путем случайной мутации может быть так же сложно, как найти иголку в стоге сена, но учитывая, что мы уже нашли одну жизнеспособную форму, мы можем быть уверены, что наши шансы найти другую будут во много раз выше, если мы будем искать в окрестностях, а не где-нибудь далеко.

То же самое можно сказать о поиске улучшенной формы организма. Если мы рассмотрим мутационные скачки убывающей величины, абсолютное число их возможных результатов будет сокращаться, но доля результатов, которые окажутся лучше прежнего варианта, будет возрастать. Фишер привел простой и элегантный аргумент, показывающий, что для мутаций предельно малой величины вероятность такого улучшения стремится к 50%[108]. Его аргумент, судя по всему, неопровержим в отношении любого отдельно взятого измерения изменчивости. Я не стану обсуждать, можно ли распространить его точный вывод (50 %) на многомерный случай, но с направлением этого аргумента спорить, конечно, нельзя. Чем больше скачок в генетическом пространстве, тем меньше вероятность того, что полученное изменение будет вообще жизнеспособно, и тем более, что новый организм будет лучше прежнего. Постепенное, пошаговое передвижение в непосредственной близости от уже обнаруженных иголок в стоге сена кажется единственно возможным способом найти другие иголки, получше. Адаптивная эволюция в целом должна быть ползанием в генетическом пространстве, а не последовательностью скачков.

Но есть ли какие-либо особые случаи, когда эволюция включает макромутации? В лабораторных условиях макромутации, несомненно, происходят[109]. Из наших теоретических соображений следует лишь то, что жизнеспособные макромутации должны быть чрезвычайно редки по сравнению с жизнеспособными микромутациями. Но даже если случаи, когда крупные сальтации жизнеспособны и становятся частью эволюции, и чрезвычайно редки, даже если они происходили лишь однажды или дважды за всю историю эволюционной ветви с докембрия до наших дней, этого было достаточно, чтобы преобразить весь ход эволюции. В частности, я нахожу правдоподобным предположение, что сегментация была изобретена как раз за один макромутационный скачок, однажды за историю наших собственных позвоночных предков и еще однажды у предков членистоногих и кольчатых червей. Когда это случилось в каждой из двух ветвей, это изменило весь эволюционный климат, в котором происходил обычный накапливающий отбор микромутаций. Должно быть, это в самом деле напоминало внезапное катастрофическое изменение природного климата. Точно так же, как эволюционная ветвь может после ужасных потерь оправиться и адаптироваться к катастрофическим изменениям природного климата, она могла бы, путем дальнейшего микромутационного отбора, адаптироваться и к такой катастрофически большой макромутации, как впервые возникшая сегментация.

В ландшафте всех возможных животных пример с сегментацией мог бы выглядеть так. Безумный макромутационный скачок от вполне жизнеспособного родителя приводит в далекую часть “стога”, далекую от всех “игл” жизнеспособности. Рождается первое сегментированное животное — урод, монстр, из всех тонких черт строения которого ни одна не может обеспечить его выживания при новом, сегментированном строении. Он должен умереть. Но скачок в генетическом пространстве случайно совпал со скачком в пространстве географическом. Сегментированный монстр оказывается в нетронутом уголке мира, где жить легко и просто, а конкуренция невелика. Когда любое нормальное животное оказывается в новом месте, например на новом континенте, может случиться, что хотя оно и плохо адаптировано к новым условиям, оно каким-то чудом выживет. Его потомки, в отсутствие конкуренции, смогут выжить в течение достаточного числа поколений, чтобы адаптироваться к чуждым условиям путем обычного накапливающего естественного отбора микромутаций. Так могло случиться и с нашим сегментированным монстром. Он чудом выжил, а его потомки адаптировались путем обычного микромутационного накапливающего отбора к принципиально новым условиям, наложенным макромутацией. Хотя макромутационный скачок и привел в такое место в “стоге”, где поблизости не было никаких “иголок”, отсутствие конкуренции позволило потомкам возникшего монстра впоследствии шаг за шагом доползти до ближайшей “иголки”. Как выяснилось, когда в других генетических локусах завершилась вся компенсаторная эволюция, план строения, представленный этой ближайшей “иголкой”, в итоге оказался лучше несегментированного плана строения предков. Новый локальный оптимум, в окрестности которого эта эволюционная ветвь совершила свой безумный скачок, в итоге оказался лучше локального оптимума, в котором она застряла перед тем.

Прибегать к рассуждениям такого рода следует лишь в крайних случаях. Аргумент о том, что только постепенное, пошаговое передвижение в генетическом ландшафте совместимо с той разновидностью эволюции путем накопления, которая может создавать сложные и тонкие адаптации, остается в силе. Даже если сегментация, как в нашем примере, оказалась более совершенной формой строения, ее появление было катастрофой, которую нужно было пережить точно так же, как климатическую или вулканическую катастрофу в окружающей среде. Именно постепенный, накапливающий отбор обеспечил пошаговое спасение после катастрофы с сегментацией, точно так же, как он осуществляет спасение после природных климатических катастроф. Сегментация, согласно приведенным выше рассуждениям, сохранилась не потому, что ей благоприятствовал естественный отбор, а потому, что естественный отбор нашел компенсаторные пути выживания несмотря на нее. Тот факт, что у сегментированного плана строения в итоге обнаружились преимущества, был не относящимся к делу бонусом. Сегментированный план строения стал частью эволюции, но ему, быть может, никогда не благоприятствовал естественный отбор.