Рис. 2.1. Картина эволюционного дерева
Обратите внимание на крылья птиц, летучих мышей и бабочек (рис. 2.2). Они довольно похожи по внешнему виду и функциям. Похоже и их строение: туго натянутая мембрана, прикрепленная к твердому каркасу. Общий предок этих крылатых созданий (живший примерно 550 млн лет назад) не летал, а значит, птицы, летучие мыши и бабочки отрастили крылья и научились летать независимо друг от друга. Другими словами, эти виды не унаследовали способность к полету от общего предка – все они развили ее независимо друг от друга[41].
Рис. 2.2. Графическое представление конвергентной эволюции крыльев. Последний общий предок птиц, летучих мышей и бабочек не обладал крыльями и не умел летать. Крылья сформировались независимо друг от друга как минимум у трех видов (к ним по порядку ведут литеры А, Б и В)
Рассмотрим также пример дельфина и акулы. Дельфин – млекопитающее с костным скелетом, а акула – рыба с хрящевым скелетом. Последний их общий предок ничем не напоминал их сегодняшний облик, и все же современные акулы и дельфины чрезвычайно похожи друг на друга (рис. 2.3). Хотя акулы никогда не выходили из воды, а предки дельфинов обитали на суше, каким-то образом и у тех, и у других независимо друг от друга сформировалось тело обтекаемой формы, а также спинные и грудные плавники, позволяющие быстро плавать. Для многих типов акул, как и для дельфинов, также характерны темно-серый цвет спины и светлое подбрюшье. Благодаря такой защитной окраске их труднее заметить и сверху, и снизу, что помогает им незаметно приближаться к добыче или скрываться от хищников[42].
Кроме того, некоторые животные обладают эхолокацией – способностью перемещаться в пространстве, ориентируясь на звук. Этот поразительный дар – еще один пример конвергентной эволюции, произошедшей у летучих мышей[43], зубатых китов, дельфинов[44], птиц[45] и даже у некоторых видов креветок[46]. Эти животные могут посылать звуковые сигналы и интерпретировать их паттерны по мере того, как звуковые волны отражаются от физических структур, свойственных местной окружающей среде. Некоторые животные так хорошо овладели этой способностью, что могут с их помощью обнаруживать такие маленькие объекты, как москит, и такие тонкие, как человеческий волос.
Рис. 2.3. Конвергентная эволюция у дельфинов и акул
Представьте, как появляется шелковая нить. Ее производят несколько видов насекомых, в том числе пауки, определенные типы мотыльков и муравьи-портные. Поразительно и само вещество, и процесс его возникновения. Например, паучий шелк изначально представляет собой жидкую тягучую смазку. За то время, пока смазка выходит из тела паука, ее белки должны быстро перестроиться и трансформироваться в шелк, причем время, которое занимает процесс, выверено до невозможности точно: если бы смазка трансформировалась прежде, чем покинуть тело, паучьи железы оказались бы забиты шелком. При этом, если бы она трансформировалась хоть на мгновение позже, вместо шелковой нити паук бы выплевывал жидкость[47]. И все же биологи утверждают, что различные формы этого удивительно тонкого процесса развились независимо по крайней мере у двадцати трех разных типов животных[48].
Возможно, самый удивительный и наиболее часто упоминаемый пример конвергентной эволюции – глаз камерного типа. Такой глаз – которым, среди прочих видов, обладаем и мы, – состоит из нескольких элементов: внешней прозрачной оболочки, способной отражать свет; линзы, способной к переменному фокусированию света; диафрагмы, диаметр которой подгоняется под уровень яркости, а также мышц, которые движутся в точной гармонии с мышцами другого глаза и мгновенно приспосабливаются к тонкой настройке гироскопа внутреннего уха. Ученые Пол Блум и Стивен Пинкер писали: «Чрезвычайно маловероятно, что материя может образовывать структуры, способные на то, на что способен глаз»[49]. И все же в результате эволюции глаз камерного типа развился у шести (если не больше) представителей различных видов, в том числе у группы морских животных, являющихся близкими родственниками дождевых червей[50]. У кальмара тоже есть камерный глаз, развившийся независимо и поразительно похожий на наш (рис. 2.4).
41
Здесь мне следует указать, что у птиц и летучих мышей гомологические крылья, а это означает, что их структуры имеют общее эмбриональное происхождение. Впрочем, их общий предок не использовал конечности для полета. В дальнейшем, в ходе эволюционного времени, птицы и летучие мыши независимо трансформировали свои конечности в крылья, которые позволили им летать. А вот крылья птиц и бабочек аналогичны, и это означает, что они, несмотря на сходные функции, имеют разное по существу происхождение. Общая вершина на рис. 2.2, из которой исходят линии, графически представляющие собой «линию наследования» птиц, летучих мышей и бабочек – это упрощенная и не до конца точная демонстрация, призванная лишь внести ясность. Птицы и летучие мыши эволюционно ближе друг к другу, и поэтому точка пересечения их «линий наследования» находится ближе к сегодняшнему дню.
42
Вот как говорит об этом биолог Джордж Макги: «Эволюцию… [формы тела дельфинов] никак нельзя назвать тривиальной. Лишь слово “поразительный” не меньше подходит для того, чтобы верно судить о том, как группа сухопутных животных, четвероногих и хвостатых, смогла произвести обратную эволюцию своих конечностей и хвостов в плавники, напоминающие рыбьи. Маловероятно? Невозможно? И тем не менее это случилось дважды, конвергентно у рептилий и млекопитающих – у двух групп животных, не связанных между собой тесным родством». Здесь Макги ссылается не только на тот факт, что не одни лишь морские свиньи произошли от сухопутных животных и стали похожими на акул (предки которых никогда не выходили на сушу), но и на то, что ихтиозавры (рептилии, похожие на дельфинов и жившие в эпоху динозавров), видимо, прошли тот же эволюционный путь. George McGhee, “Convergent Evolution: A Periodic Table of Life?” in The Deep Structure of Biology, ed. Simon Conway Morris (West Conshohocken, Penn.: Templeton Press, 2008), 19.
43
Simon Conway Morris, Life’s Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2003), 181.
44
Travis Park, Erich M. G. Fitzgerald, and Alistair R. Evans, “Ultrasonic Hearing and Echolocation in the Earliest Toothed Whales,” Biology Letters 12 (April 1, 2016), https://doi.org/10.1098/rsbl.2016.0060.
46
Thomas E. Tomasi, “Echolocation by the Short-Tailed Shrew Blarina brevicauda,” Journal of Mammalogy 60, No. 4 (Nov. 20, 1979), 751–759.
47
Katherine J. Wu, “Spider Silk is Stronger Than Steel. It Also Assembles Itself,” New York Times, Nov. 4, 2020, https://www.nytimes.com/2020/11/04/science/spider-silk-web-self-assembly.html. Дата обращения: 22.09.2021.
48
Tara D. Sutherland, James H. Young, Sarah Weisman, Cheryl Y. Hayashi, and David J. Merritt, “Insect Silk: One Name, Many Materials,” Annual Review of Entomology 55 (Jan. 1. 2010), 171–188.
49
Steven Pinker and Paul Bloom, “Natural Language and Natural Selection,” Behavioral and Brain Sciences 13 (1990), 709–710.