Поход за разумом

В 1974 году антрополог Джохансон откопал в Эфиопии остатки австралопитека, точнее, австралопитечки, которая жила около 3 млн. лет назад, то есть раньше, чем все ее известные сородичи. Именно эта древняя дама, названная Люси, была признана тогда нашей древнейшей праматерью. Через двадцать лет (1995) в Кении Мив Лики обнаружила еще более древних австралопитеков, возрастом 4 млн. лет. Ни находка Люси, ни обнаружение ее предков не нарушили линейной человеческой истории, только «удревнили» ее корни.

Но вот в конце ХХ века появились сообщения о двух новых видах австралопитеков – Australopithecus garhi и A. bahrelghazali, которые жили около 2,5 млн. лет назад – одновременно с другими видами австралопитеков. Теперь уже невозможно было выстроить линейную цепочку от самого древнего и примитивного австралопитека к "самому двуногому и рукастому" человеку. Ведь не меньше четырех видов древних гоминид претендовали на роль предков человека умелого. Все запуталось.

Еще большую путаницу внесли находки нескольких фрагментов костей, извлеченные на свет божий тремя годами позже все тем же кланом Лики. Древние кости лежали в слоях вулканического пепла возрастом 3,5 млн. лет. Принадлежали они человекоподобному существу, ходившему на двух конечностях, с небольшой черепной коробкой, но плоским лицом и мелкими зубами. По всем признакам это был не австралопитек, но и не Homo. Тогда кто же он и какое отношение имеет к превращению обезьяны в человека? Лики назвали новоявленного члена человеческой семьи кениантропом плосколицым, подыскав ему среди ранее известных загадочных черепов близкого потомка – Homo rudolfensis. Кениантроп по ряду признаков больше походил на представителей рода Homo, чем австралопитеки. Перед антропологами встал вопрос, с каким родом следует соотносить кениантропа и от кого вести род Homo: от австралопитеков или кениантропов? Если непосредственными предками человеческого рода считать кениантропов, то его прямым потомком будет Homo rudolfensis; тогда в стороне от дел останутся человек умелый и поздние австралопитеки, от которых раньше тянули линию людей. Если же оставить предками человека австралопитеков, то куда девать ветвь кениантропов?

Пока ученые гадали, какие перестановки сделать в эволюционном ряду древних гоминид, Мартин Пикфорд отправился в Кению за новым материалом. И вот среди холмов Туджен в 2000 году экспедиция обнаруживает остатки нового, доселе неизвестного представителя гоминид. По характерным особенностям скелета ученые установили, что он обладал небольшим мозгом, но вполне человеческими зубами и довольно уверенно ходил на двух ногах. По этим признакам существо следовало бы отнести к непосредственным предкам Homo. Но возраст этих существ составлял 6 млн. лет! Они жили на 2 млн. лет раньше австралопитеков и на 2,5 млн. лет раньше кениантропа! Orrorin tugenensis – такое ученое название получило это существо, а публика дала ему пышное прозвище – "Мillennium Мan" – человек тысячелетия.

В том же году появились сообщения еще об одном представителе гоминид – ардипитеке кадабба, найденном международной антропологической командой в Эфиопии, в слоях с датировками 5,8-5,7 млн. лет, то есть чуть моложе оррорина. Его имя говорит само за себя: «кадабба» на местном афарском языке означает "основатель рода". Как и оррорин, кадабба обитал в лесистой местности, но ходил на двух ногах, и клыки у него были маленькие, не обезьяньи.

Вскоре на юге Сахары, в пустыне Дьюраб, был найден еще один древнейший прачеловек – сахелантроп. Превосходно сохранившийся череп одной особи и фрагментарные остатки еще пяти особей позволили воспроизвести облик сахелантропа: относительно плоское лицо, маленькая черепная коробка объемом не больше 350 см3, вытянутая в затылочной части наподобие обезьяньей, и вместе с тем непохожие на обезьяньи слабые клыки. Он жил около большого озера, бродил по его берегам на двух ногах. Это самый древний из известных гоминид, живший 6-7 млн. лет назад. Слава открытия древнейшего прародителя разделилась по крупицам: сахелантропа описала целая международная команда из 38 ученых. И правильно: пусть древнейший человек принадлежит всему человечеству.

Последняя сенсационная антропологическая находка – человек с острова Флорес. На этом маленьком островке на востоке Индонезии ученые обнаружили прекрасно сохранившиеся кости крошечного существа, ростом с пятилетнего ребенка, однако по всем анатомическим признакам вполне взрослого. Телосложением он напоминал уменьшенных питекантропов с объемом мозга около 380 см3, без шерстистого покрова и с плоским лицом, на котором выступали вперед челюсти с крупными зубами. Он пользовался отнюдь не примитивными каменными орудиями и охотился на местных карликовых слонов стегодонов. Эти люди, названные Homo floresiensis, но немедленно получившие кличку «хоббиты», жили 38—18 тысяч лет назад. Получается, что они были современниками и неандертальцев, и кроманьонцев… Предполагается, что 850 тысяч лет назад одна из ветвей "человека прямоходящего" – питекантропа – во время миграции в Азию попала на остров. После этого их эволюция шла изолированно, что привело к появлению мелкого островного вида. Для многих островных видов самых разных животных и растений характерны более мелкие размеры, чем у их континентальных прародителей. Правда, находятся и скептики, утверждающие, что остатки «хоббитов» принадлежат уродливым или больным особям сапиенсов. Дабы установить истину, ученые продолжают раскопки в ожидании нового материала.

Согласно данным молекулярной биологии, линии людей и человекообразных обезьян разошлись около 6-6,5 млн. лет назад. Датировки находок сахелантропа, оррорина и кадаббы лежат совсем близко от этого узла. Выходит, что многие человеческие признаки: двуногость, прямохождение, мелкие зубы, плоское лицо – появились в эволюционной ветви гоминид почти сразу после размежевания с обезьянами. И никакого постепенного превращения обезьяны в человека не было. Были существа, получившие в дар от эволюции по кусочку от этого человеческого пирога. И дальше они уже развивались обособленно, кто как мог.

Нужно заметить, что эволюция различных групп животных и растений, к которым эволюционисты, да и широкая общественность относятся не так трепетно, как к гоминидам, отнюдь не линейна. В начале развития каждой крупной группы животных и растений появляются представители с различными наборами примитивных и продвинутых признаков. Признаки перемешиваются почти случайным образом: ранний представитель группы может получить совершенный ротовой аппарат и малопригодные ноги или глаза. А рядом с ним часто обнаруживается и такой, который обладает совершенными глазами, а пережевывать пищу умеет плохо и передвигается наподобие древнего червя. Такая картина ученых не удивляет: это скорее правило, чем исключение. Другое дело, что мозаика признаков пока не имеет внятного научного объяснения. Судя по новейшим находкам, и человеческую историю не миновал этот необъяснимый эволюционный рок мозаики признаков.

Так или иначе, мы теперь знаем, что превращение обезьяны в человека вовсе не было прямым и постепенным, и кандидатов в человеческие предки оказалось много. На заре человеческой истории целый букет различных видов гоминид начал эволюционный поход к современному разуму. Подробности этого похода нам пока неизвестны – известны только его многочисленные и разномастные участники.

Где спецификации?

Возьмем вид животного, обладающий некоторым набором «умений», и его эволюционного предка, этим набором не обладающего. Можно ли предъявить хотя бы гипотетическую последовательность жизнеспособных переходных форм? Можно ли на генетическом уровне отследить эти переходы?

А.М.: Такие переходы часто связаны с тем, что одна и та же структура организма может приобретать некоторую дополнительную функцию, которая потом становится основной. Плавательный пузырь у рыб изначально был выростом пищевода. Рыба заглатывала туда воздух, и это давало повышенную плавучесть. Но ведь в оболочке пузыря есть кровеносные сосуды, там идет диффузия газов, поэтому он с самого начала выполнял и другую функцию, второстепенную, малозначительную – функцию газообмена. Но когда естественный отбор начал этому способствовать – на основе пузыря возникло легкое. Мягкие ткани практически не сохраняются, поэтому промежуточные формы сложно проследить на ископаемых рыбах. Но сравнительная анатомия для современных двоякодышащих рыб (протоптеруса, например) четко показывает гомологию (соответствие по положению относительно других органов и по динамике индивидуального развития) плавательного пузыря и легких. Есть и другие доказательства "эволюционной преемственности" этих органов, и все вместе это обеспечивает достаточную строгость выводов по современным меркам естественных наук. Таких примеров много.

Но можно ли дать ответ на уровне инструкции по сборке автомобиля – сначала ставим эту гайку, потом крепим эту ось, и так далее?

А.М.: С такой подробностью отследить эти процессы невозможно в принципе! В биологии таких ответов не было, нет и никогда не будет. Если принимать только такие ответы, а все остальное считать недостоверным, то биологию надо закрывать. Как мы можем во всех деталях проследить, кто кого родил? Это нереально.

Первые пешеходы

Человек, чтобы распрощаться с животным прошлым, должен был подняться во весь рост. То есть встать на ноги. Сразу же возникают три вопроса: скептика – "а точно ли?", лентяя – "а зачем?" и инженера – "а как?". И антрополог вынужден изворачиваться, чтобы на них ответить.

Скептиков, не веривших, что древние люди ходили на двух ногах, а не опирались на передние конечности и не висели на деревьях, убедить было проще всего. Тут в арсенале антрополога полно фактов. В 1976 году Мэри Лики обнаружила на окаменевшем вулканическом пепле отпечатки ног. Возраст слоя с пеплом – около 3,5 млн. лет, то есть по этому месту в то давнее время бродил на двух ногах австралопитек. А следы-то были вполне человеческие – с пятками и пальцами ног. На некоторых следах видно, что большие пальцы прилегают к остальным, а не противопоставлены им, а это уже, несомненно, признак человеческий, а не обезьяний. Да и походка у того австралопитека была вполне человеческая: он ступал на пятку, потом переносил тяжесть на плюсну и отталкивался пальцами.

Помимо прямых доказательств – цепочки следов – есть и ряд надежных анатомических признаков прямохождения. Это строение костей ступни и щиколотки, строение шейки бедра, костей таза. По костям одного лишь мизинца ученые способны заключить, как передвигался его обладатель. Также хорошо увязывается с прямохождением положение затылочного отверстия в черепе. Оно показывает, вертикально или под углом находилась голова к оси тела, а значит, определяется и наиболее характерная поза. Кроме того, о прямохождении судят по местам прикрепления шейных мышц и мышц плеча. Иными словами, признаков таких много, и необязательно иметь фотографический портрет предка, чтобы восстановить его облик. Для этого достаточно найти небольшой набор его костей. Поэтому в конце ХХ века, когда у Человека разумного объявилось множество новых предков, не составило труда выяснить, как они двигались.

От сахелантропа (6-6,5 млн. лет) нашли целый череп и несколько фрагментов скелета. О его двуногости судят по положению затылочного гребня. К этому гребню крепились мышцы, поддерживающие голову в нужной позиции.

От оррорина (6 млн.) сохранилось бедро. Как говорят специалисты, его строение "не исключает возможность бипедализма" (то есть двуногости), но, к сожалению, и не доказывает его строго.

Ардипитек кадабба (5,2-5,8 млн.) предоставил исследователям челюсть с зубами, несколько фрагментов костей рук и ног и палец ноги. В данном случае даже одного пальца достаточно, чтобы признать кадабба двуногим. Вдобавок кости его конечностей очень похожи на кости Люси. А уж про эту древнюю даму, от которой остался почти целый скелет, известно досконально – она ходила на своих двоих.

От близкого вида Ардипитек рамидус (4,4 млн.) сначала нашли только куски черепа и челюсти, но потом откопали еще несколько костей, включая и плечевую. Она, очевидно, не несла нагрузки, то есть не использовалась при ходьбе. Да и затылочное отверстие черепа сдвинуто вперед.

Недавняя находка в Эфиопии явила человечеству нашего предка, жившего около 4 млн. лет назад. Руководитель раскопок Джохансон Хайле-Сайласси пока не берется судить, к какому роду причислить находку, но общий облик этого прачеловека восстанавливается без труда. Он завещал науке скелет исключительной сохранности, так что имеется возможность досконально изучить анатомию и эволюцию прямохождения древних людей. Кстати, ученые надеются, что столь полная информация поможет ответить на вопрос инженера – "как?". Как двигался человек и как должны были измениться конструкция суставов и перераспределиться нагрузки?

При исследовании этого прачеловека открылась любопытная деталь, связанная с эволюцией прямохождения. Оказалось, что он имел весьма длинные ноги, значит, был способен быстро ходить и бегать. У австралопитечки Люси, жившей на полмиллиона лет позже, ноги заметно короче. Но ведь в ходе эволюции ноги у человека не укорачиваются, а удлиняются! Как же вышло, что у более древнего представителя гоминид ноги длиннее, чем у более позднего? Этот факт удивляет тех ученых, которые все еще пытаются уложить эволюцию гоминид в прокрустово ложе направленных и постепенных изменений. Если же помнить о возможности мозаичного распределения признаков, то ничего сверхъестественного в длинных ногах древнейшего человека нет.

Итак, антропологи доказали, что даже самые древние представители гоминид предпочитали ходить на двух ногах. Теперь предстояло ответить лентяям: а зачем людям было вставать на ноги?

До недавних находок ответ представлялся простым. Обезьяны спустились с деревьев для того, чтобы осваивать саванну. По плоской саванне быстрее бегать на двух конечностях. Именно бегать, а не ходить, так как двуногие получают преимущество в скорости только при беге, но не при ходьбе. Не случайно самые быстрые динозавры оторвали передние лапы от земли, да и некоторые современные ящерицы спасаются бегством на двух конечностях. (Правда, у тех и у других важную роль в технике бега играет длинный хвост, которого с самого начала были лишены человекообразные.) А обезьяны были к тому же предрасположены к двуногости: у них ноги и руки выполняют разные функции и по-разному иннервируются. Для принятия этой простой гипотезы нужно было совсем немного: показать, что древнейшие двуногие жили в саванне. Но факты оказались несговорчивыми.

Так, останки ардипитека и оррорина соседствуют с ископаемой лесной растительностью. Значит, эти люди жили в лесу, а вовсе не в саванне. А если вокруг был обезьяний древесный рай, то зачем оррорину ходить на двух ногах? Получалось, что древнейший предок спустился с деревьев вовсе не затем, чтобы побегать по безлесным саваннам.

В связи с этим была выдвинута гипотеза, что двуногость могла поначалу сформироваться как приспособление для плавания и передвижения в воде. Например, шимпанзе, самый близкий к человеку примат, находясь в воде, стоит и передвигается на двух ногах 90 % времени и только 10 % опирается на руки. Сторонники "водной гипотезы" происхождения двуногости приводят и другие аргументы. У Люси оказался необычно плоский таз и особенный бедренный сустав. Он устроен так, что ноги лучше двигались не вперед-назад, а в стороны, то есть Люси и ходила враскорячку, и бегать быстро не могла. С такими особенностями удобнее плавать, чем ходить. Кроме того, самый древний человек сахелантроп жил на берегу большого озера и питался моллюсками и рыбой. И вообще в человеческом мозгу много незаменимых жирных кислот (организм может получить их только с пищей, а сам синтезировать не способен), которые ближе всего по составу к рыбьим или содержащимся в теле моллюсков. Чтобы развить мозг и поумнеть, древний человек должен был поедать водяную живность в большом количестве. Оставим ученым судить о весомости этих аргументов.

Другие специалисты доказывали, что человек перестал висеть на ветках и начал карабкаться по стволам (оррорин имеет явные признаки подобного "ствололаза"). Третьи защищают идею об изначальном передвижении на двух ногах при вспомогательной опоре на костяшки пальцев рук. Так могли передвигаться, например, лесные аутсайдеры – те, кого конкуренция заставила искать новое место под солнцем, будь оно в лесу, на берегу озера или в саванне.

Гипотез много, общепринятой – ни одной. Но разнообразие мнений не должно смущать – оно указывает лишь на то, что у науки пока нет удовлетворительного представления об эволюции прямохождения.

Как это работает у микробов?

Ограничимся бактериями – можно ли в этом случае проследить или искусственно стимулировать появление новых видов?

А.М.: О да, есть масса работ по искусственной эволюции микробов. Их ставят в определенные условия, и прямо на глазах исследователей начинаются эволюционные изменения. Но можно ли получить новый вид? – казуистический вопрос, потому что всегда можно сказать: "А это не новый вид!" Понятие вида не определено с математической строгостью. Тем более у бактерий, где нет четких эндогамных кластеров – групп особей, которые предпочитают скрещиваться только внутри группы (один из важнейших признаков вида у высших организмов). С одной стороны, скрещивание у бактерий устроено проще, чем у позвоночных, – это прямой обмен генами, часто между совсем далекими формами. С другой стороны, есть формы, которые вообще не обмениваются генами, а размножаются как клоны. Так что понятие вида к микробам трудноприложимо.

Кстати, есть важные эксперименты с мутациями бактерий, проясняющие некоторые аспекты возникновения многоклеточности. Берутся бактерии, которые живут в толще воды и плавают поодиночке. Когда они используют весь кислород в этой толще, преимущество получают те, кто всплывет на поверхность. Но у этих бактерий иногда происходит мутация, в результате которой они выделяют порции липкого вещества. Делясь, мутанты остаются склеенными. Важно, что склеившиеся бактерии автоматически всплывают на поверхность – в отличие от одиночных. На поверхности начинают образовываться круглые пятнышки – колонии бактерий, которые имеют доступ к кислороду. Тем самым мутанты получают преимущество, когда в толще кончается кислород. Но на выделение липкой слизи мутанты тратят энергию. Если же в колонии появляется мутант-обманщик, который живет в колонии, она его держит на поверхности, но сам он слизь не выделяет, – то уже он получает эволюционное преимущество. Мутанты-обманщики начинают активно размножаться – до тех пор пока колония не разрушится и все они не потонут. Так процесс и идет.

Колония еще не организм, потому что естественный отбор продолжает действовать на уровне отдельных бактерий. Но эксперименты можно и продолжить. Сначала надо понять, что должно произойти, чтобы решить проблему обманщиков. И так далее, по пути хотя бы к подобию настоящего многоклеточного организма.

А взять всем известный пример эволюции микробов – появление устойчивости к антибиотикам. Прослежено, каким образом она вырабатывается и передается. У микробов, как и в целом в природе, есть приспособления для ускоренной передачи полезных признаков. Представление, что все мутации случайны, что вся эволюция основана только на случайных мутациях, – сильно устарело.

На древней кухне

С появлением новых молекулярных методов исследования стали ясны детали истории и биологии некоторых из них. Например, чем питались австралопитеки, зачем-то поменявшие кроны деревьев на трявянистые равнины? Раньше полагали, что австралопитеки были падальщиками, доедали то, что оставляли насытившиеся гиены и саблезубые тигры. По другим версиям, они унаследовали от своих обезьяньих предков растительноядность. Оказалось, что эти гипотезы можно проверить, изучив изотопный состав зубной эмали австралопитеков. Австралопитеки действительно добывали пищу в саваннах, но их диета была чрезвычайно разнообразной: от кореньев и плодов до насекомых и падали. Мясная доля в их рационе со временем возрастала: у самых древних австралопитеков больше изотопов, маркирующих растительные компоненты пищи, а у поздних таковых гораздо меньше. Вероятно, древние гоминиды постепенно учились отгонять хищников от недоеденной добычи. Жившие одновременно с австралопитеками парантропы, видимо, тоже были всеядными (всем другим лакомствам предпочитавшие термитов). Раньше предполагалось, что мощные зубы и челюсти были нужны парантропам для пережевывания жесткой волокнистой пищи – в основном кореньев и плодов. Новые данные об их рационе заставляют пересматривать эту гипотезу: сейчас неясно, зачем парантропам понадобились столь внушительные челюсти и зубы.

По изотопному составу коллагена костей определили и рацион живших после австралопитеков человека умелого и питекантропа. Они были мясоеды, и пищей им служили остатки трапез крупных хищников. В тех случаях, когда на костях травоядных жертв имеются и следы зубов хищников, и следы каменных рубил, – царапины, оставленные каменными орудиями, всегда располагаются поверх зубных отметин. Похоже, что Человек умелый не мог добыть себе мясо охотой и добирался до туши уже после хищника. А питекантропы умели более эффективно отгонять хищников от жертвы – может быть, из-за того, что ростом стали повыше, а может быть, они пользовались для этого огнем. Ведь именно питекантропы стали первыми обитателями Земли, кому покорился Красный цветок.

Пищевые пристрастия потомков питекантропов не изменились: они остались верны мясной диете. Однако уже гейдельбергский человек не удовлетворился презренным занятием падальщика и стал учиться охоте. В его арсенале появилось копье. В Германии, в Шенингене, найдены охотничьи метательные копья возрастом 400 тысяч лет – из стволов елей, без наконечников, заостренные огнем. Центр тяжести у них находится в 1/3 длины от острия – точно как у современных метательных копий.

Неандертальцы и сапиенсы тоже умели пользоваться копьями. Но копья у этих видов были разными. Неандертальцы использовали древко с каменным наконечником для ближнего боя, а у сапиенсов копье с наконечником служило для дальних бросков. Ближний бой с хищником не сулит ничего хорошего, поэтому находят множество костей неандертальцев с характерными повреждениями, полученными в подобных схватках. Такие же повреждения встречаются и у кроманьонцев, но не столь часто. Сапиенсы держались подальше от крупного зверя и убивали его с безопасного расстояния. И неандертальцы, и первые сапиенсы были мясоеды, почти весь их рацион состоял из животной пищи. Сапиенсы, в отличие от неандертальцев, разнообразили свое меню рыбой и моллюсками. Переход к земледелию, разумеется, повлиял на ход эволюции. Ведь это привело к резкому увеличению доли растительной пищи, и человек изменил своей исконной диете.

Неандертальцы и сапиенсы в течение многих тысячелетий обитали на одной территории. Воображение рисует жестокие схватки между агрессивными приземистыми неандертальцами и тощими хитрыми сапиенсами. Но если битвы и случались, то, видимо, не они сыграли главную роль в вымирании неандертальцев. Неандертальцы и сапиенсы были приспособлены к различным климатическим условиям и тяготели к разным ландшафтам. В израильских пещерах Схул и Казеф найдены многочисленные остатки древних людей и их орудий. Ничего удивительного в том, что древние люди жили в пещерах, нет. Удивительно чередование обитателей этих пещер, не раз переходивших "из рук в руки": до 130 тысяч лет назад там жили неандертальцы. Между 130 и 80 тысячами лет – люди современного типа. Выше – опять находятся кости неандертальцев возрастом 65—47 тысяч лет. Еще выше – снова сапиенсы. Очевидно, что первая попытка сапиенсов закрепиться в этом районе закончилась неудачей. В заманчивом жилище вновь поселились неандертальцы. Нет никаких признаков того, что в этой борьбе сапиенсы располагали более совершенной технологией, чем неандертальцы: в этом отношении они были равны. Исследователи предполагают, что свою роль тут сыграли изменения климата: при похолоданиях одерживали верх неандертальцы, при потеплениях – более теплолюбивые сапиенсы. Примерно 75 тысяч лет назад действительно было похолодание, которое могло способствовать «возвращению» неандертальцев и отступлению сапиенсов. Кроме того, известно, что пребывание неандертальцев в этих местах сопровождается более засушливым климатом, а сапиенсов – более влажным. Древние сапиенсы явно предпочитали более комфортный климат, нежели неандертальцы.

Почему же сапиенсы в концов концов взяли верх над сильными, выносливыми и неглупыми (объем их мозга не уступал нашему) неандертальцами? Некоторые специалисты считают, что главной причиной была более совершенная общественная организация сапиенсов, их способность к согласованным коллективным действиям. Об этом свидетельствуют более развитые лобные доли головного мозга сапиенсов. Одна из важнейших функций лобных долей как раз и состоит в способности обуздывать собственные желания, если те идут вразрез с волей коллектива.

Мутанты и симбионты

Как оптимизируются мутации?

А.М.: Хорошо изученный пример – изменение генома в иммунной системе. Это сочетание целенаправленного и случайного поиска. Если в организм проник незнакомый микроб, клетка иммунной системы "не знает", какой нуклеотид нужно заменить в своей ДНК, чтобы убивать именно этот микроб. Но клетка умеет целенаправленно редактировать свой геном. Популяция антител формируется в организме в два этапа. Сначала, в ходе эмбрионального и постэмбрионального развития, определенным образом варьируются определенные участки определенных генов клеток иммунной системы. Из полученного множества лимфоцитов выбраковываются те, которые производят аутоиммунные тела (нападающие на сам организм). Остальные размножаются, и в итоге организм получает набор лимфоцитов, которые атакуют практически любые молекулы, кроме тех, что есть в организме. На этом этапе набор заготовок комбинируется в нескольких миллионах вариантов, и из них в каждом лимфоците собирается один ген антитела. А вот когда в организм попадает инфекция, начинается второй этап, точная подгонка антител. Лимфоциты, которые лучше всего атакуют нового возбудителя, начинают вносить случайные, точечные мутации в гены своих антител. Механизм этого процесса расшифрован. После мутаций проверяется, что получилось. Если не удалось убить нового возбудителя, мутирование продолжается, и так до тех пор, пока не будет нащупан эффективный вариант антитела. Тогда соответствующий лимфоцит начинает бурно размножаться. В итоге мы получаем приобретенный иммунитет. Мутации случайны, но конечный результат закономерен и предсказуем. Мы знаем, что дней через пять после прививки, допустим, оспы нужные антитела появятся.

Но как возникли эти механизмы? Как определились места, где допускаются мутации? Как возник сам генетический код? Такие вопросы можно продолжать бесконечно.

А.М.: Да, и я отвечу только на первый из них: точно известно, откуда в иммунной системе взялись белки, отвечающие за вырезание и комбинирование кусочков генома. Они были получены извне. Существуют похожие на вирусы мобильные генетические элементы – транспозоны. Они не так легко, как вирусы, передаются "по горизонтали", но иногда это случается. Главная же особенность транспозонов в том, что они очень хорошо умеют вырезать куски генома и переставлять их с места на место. Они этим живут испокон веков. Вот они-то и принесли эти механизмы в организм позвоночных.

Простейший такой элемент имеет только один ген – ген фермента транспозазы. Этот фермент находит в чужом геноме нужное место и встраивает туда свой мобильный элемент. Когда-то в ходе эволюции произошло важнейшее событие – позвоночные животные вступили в симбиоз с этими элементами, и функция, которая эволюционно возникла для размножения транспозонов, пригодилась для создания приобретенного иммунитета.

Это очень важный принцип эволюции – а может быть, и самый главный. Без симбиоза темпы эволюции были бы в миллионы раз меньше.

Сама эукариотическая (имеющая ядро) клетка возникла в результате серии последовательных симбиозов безъядерных прокариотических клеток – они превратились в митохондрии и другие органеллы. Если бы этого не произошло, на Земле до сих пор жили бы только бактерии – ведь в природе так и не появились многоклеточные прокариотические организмы. Они не раз вплотную подходили к многоклеточности – но не могли преодолеть некий предел сложности организации.

Сапиенсы – переселенцы или захватчики?

Человек со своей уникальной способностью существовать практически в любых условиях ("одежда, жилища – вот что нам нужно" – говорил Страшила Мудрый) приспособил под жилье практически всю землю. Но так было не всегда. У человека, то есть у рода Homo, была своя родина. В начале XX века таковой считалась Юго-Восточная и Центральная Азия. Это мнение основывалось на географии самых древних находок представителей рода человеческого, то есть питекантропов. В середине века родину человека перенесли в Африку – там нашлись и человек умелый, и питекантропы, более древние, чем азиатские. А теперь нам стало известно, насколько интенсивной была эволюция гоминид в Африке 6-2 млн. лет назад, так что африканские корни человечества на сегодня выглядят практически узаконенными паспортными данными.

Почти любая группа животных или растений после выхода на эволюционную арену начинает расселяться по свету. Этот эволюционный период называется фазой расцвета. Так же и род человеческий, зародившись в африканских тропиках, пустился в путь. Можно, конечно, утверждать, что человеком двигало присущее высшему разуму любопытство или нетерпеливость, однако расселительная фаза присуща и другим земным обитателям.

Питекантропы отправились в долгий поход из Африки в Европу и Азию около 2 млн. лет назад. Они несли с собой орудия примитивной галечной культуры. Это обработанная галька и кремневые отщепы. В период потепления человек вместе со слонами и носорогами преодолел преображенную аравийскую пустыню и вышел на просторы Евразии. Самые ранние находки переселенцев датируются 1,8-1,6 млн. лет и в Юго-Восточной Азии, и в Европе. Благодаря недавним находкам, сделанным в Грузии, в Дманиси, мы знаем, что человек смог столь же рано «прописаться» и в Европе. "Человек грузинский" – так назвали свою находку исследователи этой древнейшей европейской стоянки. Они восстановили облик древнейших обитателей Грузии по челюстным костям и черепным крышкам четырех особей. Рядом с костями найдены и галечные орудия. Эти люди сочетали признаки и человека умелого, и питекантропа. Объяснить смешение признаков двух видов ученые пока не берутся. Но наиболее вероятный путь европейских питекантропов проходил по западному берегу Каспия, именно там найдено большинство раннепалеолитических стоянок. В Азии питекантропы расселялись через Иран, Индию, Казахстан и далее в Китай и на Юго-Восток.

Симбионты и биосфера

Как работает симбиоз в эволюции на более крупных масштабах?

А.М.: Иногда он работает в масштабах всей биосферы. Современную биосферу во многом создали растительноядные животные: насекомые, грызуны, жвачные. Они перерабатывают биомассу растений, поддерживают соотношение лесов, степей, болот. Есть теория (которую я разделяю), что нынешняя тундра, тайга и болота в Америке и Евразии сформировались на месте высокопродуктивных мамонтовых степей, после того как исчезли крупные травоядные, опора степной экосистемы. Сейчас в Африке, в парке Серенгети, можно видеть гигантские стада антилоп, стада слонов, носорогов – такая же картина была в Евразии и Северной Америке 10—12 тысяч лет назад. Роль травоядных животных в биосфере огромна – но парадокс в том, что они практически не умеют переваривать растительную пищу. У них так и не выработались нужные ферменты. Тем не менее свое главное дело они все же делают – за счет симбиоза. У всех травоядных в пищеварительном тракте есть симбионты, которые и переваривают растительную пищу: бактерии, инфузории, жгутиконосцы. В некотором смысле корова служит просто термостатом для развития инфузорий, да еще и обеспечивает их пищей!

То есть корова – устройство, которое создала инфузория для повышения своей приспособленности?

А.М.: Здесь была совместная эволюция – если уж прибегать к метафорам, то корова и инфузория совместно создавали друг друга. Причем заметьте, что инфузория тоже ведь не может переварить целлюлозу! Это делают бактерии, живущие в симбиозе с инфузорией. Она глотает кусочки целлюлозы и отдает их своим бактериям – а потом питается той органикой, что производят бактерии. А корова питается тем, что производит инфузория. Если бы не симбиоз, животный мир как таковой не получил бы столь мощного развития. Он был бы вообще не нужен биосфере.

Посмотрим и на растительный мир – сейчас доминируют высшие сосудистые наземные растения. Им всем нужен азот в доступной форме – нитраты или аммоний. Но они не имеют молекулярных механизмов, чтобы эти вещества производить. Перевести азот из атмосферы в усваиваемую растениями форму умеют лишь некоторые бактерии. Без симбиоза с азотофиксирующими бактериями не было бы современного растительного мира. И растительный, и животный мир основаны на глобальных симбиозах.

В эволюции участвуют симбиозы как единое целое, поэтому каждому виду не нужно создавать свои приспособления заново, с нуля. Существует обмен новшествами в пределах биосферы в широчайшем спектре: от горизонтального переноса генов до взаимодействия и кооперации в сообществах.

Тем временем оставшиеся в Африке люди изобретали новые технологии. Их ноу-хау представляло собой двухстороннее, заостренное по периметру серией мелких сколов каменное рубило, так называемый бифас. Вооруженные новой техникой и подбодренные хорошей погодой – пошла новая волна потепления, – африканские питекантропы вновь пустились в путь. Распространение бифасов и других орудий, изготовленных по той же технологии, вычерчивает на карте Евразии их путь. Это снова Ближний Восток, а оттуда транзитом в Европу и Центральную Азию, потом в Монголию и Сибирь. Эволюция выходцев второй волны привела к появлению неандертальцев. К той эпохе относятся замечательные свидетельства человеческой жизни. Пещерная стоянка, названная "Денисова пещера", сохранила непрерывные следы деятельности наших предков от 300 тысяч лет назад (а возможно, даже 500 тысяч) до современности! Археологи по каменным орудиям, кухонным остаткам, остаткам растений и животных восстанавливают образ жизни обитателей пещеры. Охотники с каменными бифасами постепенно сменялись обладателями костяных изделий. Потом на их место пришли люди с копьями, металлическими орудиями, за ними скифы, тюрки. Последний обитатель пещеры монах-отшельник Дионисий потерял там свой крест. Крест достался археологам, и именем монаха была названа эта пещера.

Еще одно удивительное свидетельство неандертальской культуры обнаружено в конце XX века в Монголии. Там в южной Гоби располагалась Кремневая долина – гигантская орудийная мастерская возрастом около 300 тысяч лет. На каждом метре этой мастерской – а площадь ее 20 кв. км! – в среднем откапывают шестьсот обработанных кремневых артефактов. По предварительным подсчетам, эта мастерская просуществовала примерно 200 тысяч лет. Так что есть все основания надеяться, что вскоре мы детально узнаем, как совершенствовались технологии азиатских неандертальцев.

Примерно 100 тысяч лет назад из Африки снова двинулся отряд людей. На сей раз в поход отправились самые передовые представители человеческого рода – Homo sapiens, которые несли с собой новые технологии и новые орудия, костяные и каменные. На просторах Азии и Европы они встретились со своими сородичами неандертальцами. Какой была эта встреча?

Тут к археологам подключились генетики. По изменчивости отдельных генов людей из разных частей планеты можно установить, где находится "точка сборки", то есть очертить территорию существования «изначального» гена. Обычно для анализа используют гены митохондрий, которые передаются строго по женской линии – от матери к детям, а также гены мужской Y-хромосомы, которая передается строго по мужской линии – от отца к сыну. Генетики высчитали, что и митохондриальная Ева – прародительница всех женщин, и Y-хромосомный Адам проживали в Африке около 150 тысяч лет назад. И все современное человечество происходит от этой пары. Конечно, это не значит, что данная счастливая пара жила в одиночестве, размножилась и дала плодовитое потомство. Это означает, что от большой африканской популяции в современном мире остались только митохондрии одной женщины и Y-хромосома одного мужчины, живших 150 тысяч лет назад. Зато другие гены человечество унаследовало от других, в том числе и более древних сапиенсов. Так что можно говорить и о лактазных Адаме и Еве, живших 1,9 млн. лет назад (питекантропах), гемоглобиновых Адаме и Еве, давших потомство 650 тысяч лет назад, и многих других Адамах и Евах, смотря какой ген анализировать. Так или иначе, генетики настаивают на отсутствии смешения неандертальских и сапиентных генов. Это означает, что сапиенсы, даже если и встречались с неандертальцами, не скрещивались с ними, или от таких пар не могло быть потомства.

Существует гипотеза о захватнических кампаниях сапиенсов: лучше социализированные, они легко побеждали неандертальских охотников-одиночек и в конце концов вытеснили их. Другая гипотеза утверждает, что сапиенсы и неандертальцы долго жили бок о бок. Ведь в пещерах не видно никаких скачков при переходе от неандертальской к сапиентной культуре, будто люди бережно сохраняли наследие предков, кем бы те ни были. Наконец, есть предположение, что азиатская популяция неандертальцев, в отличие от европейской, все-таки могла скрещиваться с сапиенсами и в конце концов полностью смешалась с пришельцами. Эта смелая гипотеза основана на некоторых находках человеческих костей древнего возраста, имеющих смешанный комплекс неандертальских и сапиентных признаков. Остается подождать, пока генетики не расшифруют побольше генов неандертальцев и древнейших сапиенсов. А пока слишком мало данных, чтобы уверенно судить о том, как вели себя наши древние предки на новом месте. Будем надеяться, что более мирно и воспитанно, чем их потомки.

Что такое "я"?

Есть ли прогнозы о дальнейшей эволюции человека?

А.М.: Прогнозы тут ненадежны, факторов слишком много, и мы заведомо знаем далеко не все. Но кое-что сказать можно. Например, эволюционная судьба вида сильно зависит от его численности. Если численность высока, а изолированных популяций практически не осталось, эволюция резко замедляется. Новая мутация не может быстро распространиться на все материки, на миллиарды живущих ныне людей. Даже если она дает какие-то серьезные преимущества, для этого понадобится очень много времени. Быстрые эволюционные изменения происходят в маленькой изолированной популяции. Посадите группу людей на необитаемый остров и не трогайте их в течение миллиона лет. Когда вы придете посмотреть, что получилось, – скорее всего вас встретит новый вид.

Долгожданный новый человек!

А.М.: Вот именно. В реальности же за последние 20—30 тысяч лет строение организма, строение мозга не меняется. Разве что одни генетические варианты становятся более распространенными, нежели другие (на языке генетики – меняются частоты аллелей). Например, лактаза, фермент, который расщепляет молочный сахар, образуется только у младенцев. Поэтому практически все взрослые когда-то не могли пить молоко. Но вот появилось животноводство, и в тех районах, где оно было особенно развито (в Северной Европе, например), мутанты, у которых этот фермент продолжал работать во взрослом возрасте, получали преимущество – они лучше питались, быстрее росли, производили больше детей. Сегодня в Китае, других странах Азии, где нет традиционной культуры молочного животноводства, 70—80 % взрослых людей не могут пить цельное молоко. А в Швеции – наоборот, почти все могут.

Еще интересный пример – в районах, где высока опасность малярии, получила распространение мутация, вызывающая серповидно-клеточную анемию. Это тяжелое наследственное заболевание, однако такие мутанты не болеют малярией – а анемией заболевают, только если у них обе копии соответствующего гена мутантны. Если же мутантна одна копия, то и анемии у них нет, и малярией они не болеют – то есть получают эволюционное преимущество (хотя по сути мутация вредная).

Каковы перспективы искусственной эволюции?

А.М.: Это сложнейшая тема. Для иллюстрации приведу лишь один пример. Недавно выяснилось, что у некоторых человекообразных обезьян имеется врожденный иммунитет к вирусу ВИЧ. У человека соответствующий белок немного другой, он защищает нас от давным-давно вымершего вируса, который бушевал в Африке 2-3 млн. лет назад. Так вот, можно сделать трансгенных людей, от рождения невосприимчивых к ВИЧ. Для этого вы должны отдать свою яйцеклетку, генетики над ней будут колодовать, вставлять какие-то плазмиды, и если все сработает, у ваших детей, развившихся из такой яйцеклетки, будет это свойство. Но как отшлифовать подобные технологии? Неудачные эксперименты здесь невозможны.

Сегодня уже достаточно хорошо известно, какие зоны в мозге отвечают за те или иные интеллектуальные функции. В последние годы достигнут огромный прогресс и в понимании механизмов памяти. Так что, в принципе, можно представить себе и генетические модификации, повышающие мощь интеллекта, способность к запоминанию и анализу информации – просто за счет увеличения объема соответствующих отделов мозга.

Но вот к чему подходов пока совсем не видно, так это к пониманию биологической основы нашего «я». Что такое «я», как реализуется самосознание, как оно возникает в природе – об этом мы знаем сегодня несравненно меньше, чем о механизмах эволюции в целом.

Оглавление