Ошибки природы: Пределы и несовершенство естественного отбора - Энди Добсон

пузырь, развившийся как вырост кишечника. Рыбы, будучи все еще прочно привязанными к водной среде, заглатывали воздух, просто чтобы получить необходимое количество кислорода в относительно бескислородной среде девонских водоемов, также пузырь стал специализированным органом, обеспечивающим плавучесть. У многих современных рыб пузырь утратил связь с пищеводом, но у некоторых – включая таких рыб, как форель, сельдь, сом и угорь, – эта связь сохраняется в виде воздушного канала[147], позволяющего им заглатывать воздух, чтобы регулировать объем плавательного пузыря, а в некоторых случаях и для дыхания. Есть даже рыбы, которые получают основное количество кислорода из воздуха, к ним относятся электрический угорь[148] и – что неудивительно – двоякодышащие рыбы.

В отличие от них, у наземных млекопитающих, отважившихся вернуться к водному образу жизни через сотни миллионов лет после того, как их предки утратили жабры, не было сопоставимых с наземным дыханием способов для получения кислорода из воды. Тут нужно понимать, что сложная адаптация формируется постепенно, шаг за шагом, путем мелких изменений, и каждый шаг на этом пути должен вести к повышению приспособленности, иначе ему не будет благоприятствовать естественный отбор, а значит, он не приведет к следующему шагу. Представьте себе блестящее инновационное изменение в метаболизме, которое удвоит эффективность усвоения энергии из пищи; такая адаптация будет феноменально полезной и безусловно повысит репродуктивный успех. Однако если полный процесс усовершенствования требует трех последовательных изменений, то такая адаптация может возникнуть лишь при условии, что и первая, и вторая из этих мутаций сами по себе делают животное более успешным, чем его собратья. Если любая из первых двух мутаций ухудшает метаболизм животного, тот факт, что заключительный этап мог бы принести огромное преимущество, уже не имеет значения; особи с любой из этих двух вредных мутаций проиграют в конкуренции тем, кто вообще не менялся, и у третьей мутации просто не будет шанса возникнуть. (Биолог-эволюционист Джерри Койн привел отличную аналогию с плакатами, которые видят американские водители в местах, где ведутся дорожные работы: «Неудобства на время, улучшение навсегда»[149], – такое возможно в рамках планируемого инфраструктурного проекта, но только не слепого и ненаправленного процесса типа естественного отбора.)

Формирование в процессе эволюции совершенно новой системы, способной эффективно работать как жабры, потребовала бы именно такой серии промежуточных этапов, каждый из которых давал бы преимущества для животного; того факта, что получившиеся в результате этого процесса жабры очень полезны, недостаточно. Все мои дальнейшие рассуждения строятся на предположениях, но первым шагом, по-видимому, должно было стать образование выроста кишечника, который помогал бы извлекать кислород из морской воды (как это происходит у рыб). К сожалению, уже на этом этапе возникает проблема, связанная с относительным содержанием кислорода в воздухе и морской воде. Даже вблизи поверхности, где больше всего кислорода, вода содержит лишь около трети от того количества кислорода, которое содержится в воздухе над ней. Млекопитающему, следовательно, понадобится заглатывать три литра воды, чтобы получить столько же кислорода, сколько могла бы получить рыба, заглотив один литр воздуха[150]. Мутация, обеспечивающая вырост кишечника, который позволил бы извлекать кислород из проглоченной воды, будет, таким образом, гораздо меньшим преимуществом для млекопитающего, чем она была для доисторических рыб. Эта проблема еще больше усугубляется соленостью морской воды, которая делает ее практически токсичной при попадании в организм. Хотя некоторые морские млекопитающие иногда пьют морскую воду, но, чтобы получить какую-то пользу для дыхания, ее понадобится заглатывать в гораздо больших количествах, и то, скорее всего, эту пользу перевесят энергетические затраты на обессоливание и согревание (температура воды намного ниже температуры тела теплокровных млекопитающих). У первой рыбы, начавшей дышать воздухом, таких проблем не было: проглоченный воздух не токсичен и его нетрудно нагреть. Поэтому, вместо того чтобы снова обзавестись жабрами[151], у перешедших к жизни в воде млекопитающих накопились мутации, которые просто сделали дыхание воздухом более удобным в водной среде, тем самым еще больше усложнив возможный переход на дыхание по типу рыб.

Зависимость от избранного пути развития также объясняет некоторые различия между рыбами и млекопитающими, которые возникли произвольно, как, например, направление, в котором те и другие изгибают тело при движении. Рыбы изгибаются из стороны в сторону; киты и дельфины машут хвостом вверх-вниз. Рыбы (или, скорее, их предки, тоже водные животные) первыми сделали выбор между двумя типами движения, хотя он, вероятно, был не так важен: в воде плывущее животное со всех сторон окружено средой, оказывающей сопротивление, так что не имеет значения, в каком направлении прилагать силу, чтобы отталкиваться, – так сложилось, что рыбы предпочли использовать движение из стороны в сторону. Но на суше опора всегда находится под вами, так что наиболее эффективная форма локомоции связана с приложением силы, частично направленной вниз[152]. (Чтобы увидеть это движение вверх-вниз, посмотрите видеозапись бегущей борзой в замедленном режиме и обратите внимание, как изгибается ее позвоночник.) К тому времени, когда будущие водные млекопитающие впервые обратили полный надежды взгляд назад к морю, они уже обладали позвоночником, который лучше всего изгибался вверх-вниз. Как только они перебрались в воду, то неизбежно стали махать хвостом в этой плоскости, а не из стороны в сторону.

Я отметил, что это различие в изгибании позвоночника при плавании у рыб и млекопитающих возникло произвольно, так как здесь, как и в случае с крыльями колибри и бражника, функциональное сходство просто поразительно. Чего нельзя сказать о жабрах акулы и легких дельфина: для водных животных первые, бесспорно, гораздо полезнее вторых. Тем не менее (и я уже говорил это раньше) сам факт существования дельфинов, без сомнения, свидетельствует о том, что легкие хоть и не идеально подходят для водного образа жизни, но, по крайней мере, достаточно для него хороши – и, как мы еще увидим, принцип «достаточно хороший» – это скорее правило, чем исключение.

Редкие враги и еще более редкие друзья

На протяжении всей книги мы видели, как давление отбора, направленное на развитие определенного признака, коррелирует с издержками приспособленности, связанными с его отсутствием. Из этого вытекают многие последствия, в том числе принципы «жизнь/обед» и «здоровье/дом», лежащие в основе отношений между хищниками и добычей или хозяевами и паразитами соответственно. Другим общим результатом является замедление эволюционных изменений на пути ко все большему усовершенствованию; чем «лучше» становится животное, тем меньше у него стимулов совершенствоваться дальше. Совершенство все больше отодвигается, подобно далекому огоньку на горизонте, который все уменьшается и тускнеет по мере приближения к нему.

Такое ослабление стимула к полному завершению процесса адаптации порождает ряд не связанных друг с другом явлений, которые можно объединить под названием «эффект редкого врага» и которые возникают, потому что естественный отбор способствует появлению признаков, в большинстве случаев достаточно хороших, но не всегда учитывающих сценарии, возникающие в редких случаях. Эффект редкого врага можно представить себе как перевернутый вверх ногами принцип «жизнь/обед». В последнем случае необходимость спасти свою жизнь сильнее, чем необходимость обеспечить себе обед, и это приводит к естественному преимуществу для того вида, который служит добычей. Но чтобы у добычи сохранялось это избирательное преимущество, вероятность нападения хищника – а не просто репродуктивная цена единичного случая такого нападения – также должна быть высокой.

Всякий, кому случалось заполнять анкету для оценки здоровья и безопасности на рабочем месте, должен быть знаком с понятиями «опасность» и «риск»; первое означает, насколько плохо будет, если некое событие произойдет, а второе – оценка вероятности того, что оно может произойти на самом деле. Угроза, которую представляет данное событие, выражается как опасность, помноженная на риск. Если вы собираетесь в поход по горам Шотландии, опасность, которую представляют собой стертые ноги, очень невелика, но риск высок, так что стоит запастись бактерицидными пластырями. Напротив, опасность, которую представляет собой медведь, сбежавший из местного заповедника, гораздо серьезнее, но вероятность этого настолько мала, что тратиться на спрей, отпугивающий медведей, не стоит. На Аляске дело обстоит иначе – опасность нападения медведя точно такая же, но риск, что это произойдет, в тысячи раз выше,