Интуиция природы. У Ковалевского, как у всякого настоящего ученого, была богатая интуиция

У Ковалевского, как у всякого настоящего ученого, была богатая интуиция. Как бы ни был трудолюбив экспериментатор, шансы сделать открытие, продвинуть вперед науку у него равны почти нулю, если он будет пробовать, экспериментировать «методом слепого тыка», не предчувствуя, не предугадывая, куда свое трудолюбие лучше всего приложить.

А могла ли природа добиваться таких удивительных результатов в эволюции живого, действуя методом «слепого тыка»? Только методом проб и ошибок? В последнее время ученые, уже зная, с какой скоростью могут появляться новые случайные признаки в организме, попробовали подсчитать, сколько же времени понадобится эволюции, чтобы дождаться признака действительно полезного, да потом еще закрепить его отбором. И сколько лет нужно, чтобы множество таких случайно получившихся свойств сформировали, наконец, лошадь или человека. Подсчеты дали очень большие цифры: времени жизни на Земле не хватало.

Получалось, что и в эволюции живого есть что-то вроде интуиции ученого. Какой-то фактор, как бы нацеливающий «эксперимент» природы или хотя бы заранее предупреждающий: такие-то и такие попытки просто бессмысленны, лучше и не пробовать. Некоторые философы, те, которые с большой неохотой уступали эволюционному учению, узнав о таких подсчетах, очень обрадовались. Ну конечно, раз в природе есть что-то вроде интуиции, предопределяющей дальнейшие шаги, значит, есть что-то вроде талантливого ученого, обмозговывающего, как это все поумней да поэкономней сделать. Творец!

Ученые, как правило, ничего не имеют против великого изобретения человечества, религии, понятие Бога дало человеку очень многое, без этого понятия он бы не стал Человеком. Основные понятия человеческой совести, норм общежития, нравственного закона, по мысли Канта, не менее прекрасного и важного, чем звездное небо над головой, возникли в сфере веры. Но он же всегда выступал против «религиозных» спекуляций в науке и «научных» в религии. Многие ученые, в том числе и столь досадивший некоторым священнослужителям Чарльз Дарвин, были глубоко верующими людьми, что не мешало им искать и находить истину, разлитую в Природе независимо от хотения или нехотения человека.

Точного ответа на все вопросы, связанные с эволюцией, нет. Во всяком случае, столь точного, как в математике. Но найдено очень многое — усилия поколений ученых не только не пропали даром, а вознаграждены захватывающей и величественной картиной, открывающейся перед человеком, пожелавшим узнать свою родословную.

Можно говорить о философии природы, философии эволюционного учения.

В затруднительных случаях полезно попробовать вернуться к началу и оттуда попытаться распутать клубок, в котором запутались... Вернемся и мы к химической эволюции, зарождению жизни, когда все было гораздо проще. Была некая лужа, в ней замкнутым циклом происходили химические реакции — так, что последняя реакция воспроизводила начальные условия для первой. Это и была преджизнь. Допустим, что-то в окружающей среде менялось, «живая лужа» должна была приспособиться к изменению, эволюционировать.

Человек обитает почти по всей Земле — и там, где жарко и где всегда холодно. Там, где не хватает одних веществ и в избытке другие.

Разные условия существования влияют на нас, на болезни, самые распространенные в той или иной области. Но прямого влияния этих разных условий на тип человека, на его наследственность нет или почти нет. А вот какие-то химические или температурные изменения в древней «живой луже» уже означали ее эволюционное изменение. Изменение живого или предживого само по себе означало тогда и генетические изменения.

Следующий этап. Появились организмы, в которых был молекулярный наследственный код, запись устройства организма на нити нуклеиновой кислоты. Между генетическим набором и строением организма появились тонкие, сложные, непрямые связи. Код не содержал в себе организма, как не содержит в себе автомобиля технологическая схема его изготовления.

И обратно: жизненные приключения организма не влияли прямо на его генетическую программу.

Философы говорят: в царстве живого есть своего рода этажи, уровни организации живого. Отношения между уровнями не простые. Каждый верхний этаж-уровень «держится» на нижнем, но и сам на него как-то влияет. С появлением генетического кода свойства организма, его признаки и наследственная основа оказались «на разных этажах». Причем что интересно: с окружающей средой, с естественным отбором имеет дело в основном «верхний этаж» — признаки, свойства. А наследуются не сами признаки, а их генная запись!

Теперь для того, чтобы вызвать стойкие, существенные наследуемые изменения в строении организма, нужно вносить поправки прямо в запись, в гены. Это мутации. Они происходят время от времени самопроизвольно, но становятся чаще, например, при облучении организма радиоактивностью, при воздействии некоторых химических веществ. Казалось бы, то же прямое воздействие среды... А вот и нет! Среда воздействует на запись. Но не на содержание записи, а на скорость ее «редактирования». Сами же «принципы редактирования» не меняются. Поправки при этом «редактировании» — мутации. Среди них может оказаться и случайно полезная, вызывающая признак, который способствует выживанию, а значит, в дальнейшем и появлению нового вида. Но в основном, по теории вероятности, этот метод «слепого тыка» чаще приводит к мутациям нейтральным, бесполезным, а еще чаще и прямо вредным, подлежащим уничтожению в процессе естественного отбора.

Это значит, что условия жизни могут резко измениться, а вид будет терпеливо дожидаться, пока в его генах случайно произойдет мутация, которая приспособит его к новой жизни. Ясно, что эволюция с помощью только мутаций и отбора — вещь мучительно медленная и трудная. Такая эволюция происходила и происходит у бактерий, весьма вероятных кандидатов в наши далекие предки. Под микроскопом в чашечках с питательным раствором ученые вызывают мутации у этих мельчайших организмов и выводят новые разновидности — штаммы бактерий. Меняется ген — меняется признак. Все просто и быстро. И все же миллиарды лет эволюции бактерий не изменили их принципиально, современные бактерии — это очень правдоподобные модели наших самых отдаленных предков.

Но где-то еще в первой половине докембрия появился «третий этаж»-уровень организации живого. Простые клетки типа бактерий, сине-зеленых водорослей объединяются в единое целое, образуя сложные, ядерные клетки. Предклетки, ставшие органеллами сложных клеток, знают разделение труда. Генная запись в настоящих клетках, в амебах, например, намного сложнее, чем в бактериях. В ней записано все новое сложное устройство организма. Запись эта — запись всех мутаций, которые произошли и не были отброшены отбором во всех предках нового организма. В генной записи — сама история. Но это история, которая в большой мере определяет будущее развитие потомков организма.

Каждая следующая мутация, физико-химическое изменение нуклеиновой молекулы так меняет свойства самой этой молекулы, что дальнейшие поправки в генах возможны уже не любые и не где придется. Нуклеиновая молекула—это сложная система, в нее что-нибудь новое встроить можно только там, где это позволяют расположения и валентности соседних химических групп. Значит, на самом «первом этаже» среди мутаций происходит что-то вроде первичного физико-химического отбора. И отбора строгого: образуется как бы несколько направлений, коридоров, по которым возможны еще генные изменения. Это значит, что уже на «первых этажах» организации признаки организму предлагаются не любые и не бесконечное число, ему предлагаются в некотором количестве заранее определенные варианты. (Забегая вперед: на всех других «этажах» ограничения еще более жесткие.)

Замечательный российский ботаник Н. И. Вавилов объездил весь мир, изучая культурные злаки и их предков — злаки дикорастущие. Работа имела большое народнохозяйственное значение: нужно было найти такие зерновые, которые давали бы максимальный урожай на тех или иных почвах, в тех или других климатах нашей огромной страны. Вавилов открыл, что всяких разновидностей, скажем, пшениц — не бесконечное разнообразие, а определенный ряд вариантов: с усиками-остьями и безостые, короткостебельные и длинностебельные и т.д. Но когда мы переходим к другому злаку, скажем к ячменю, то и у него мы видим те же самые ряды. Ко ржи — опять то же самое. Причем аналогичные (а правильней сказать — гомологичные) признаки у разных злаков так схожи, что неспециалист скорее примет за один вид рожь и ячмень с одинаковыми признаками, чем разновидности внутри одного вида. Начертив таблицу гомологических рядов злаков, Вавилов обнаружил там «пустые клетки», как когда-то Менделеев в своей таблице элементов. И как в свое время Менделеев, Вавилов смело предположил, что «пустые клетки» должны быть заполнены еще не открытыми разновидностями растений, которые обязательно должны где-то на Земле обитать. И он нашел эти предсказанные разновидности, некоторые из них были очень ценными для сельского хозяйства. Гомологические ряды Вавилова (подобные ряды были обнаружены и среди древнейших раковинных одноклеточных животных кембрийского периода, и во многих других группах организмов) хорошо показывают, что задолго до того, как начнет свое беспощадное действие естественный отбор, в организмах на «первых этажах» их организации достаточно строгий отбор вариантов уже произведен. Прошлое действительно определяет отчасти будущее, пути эволюции.

Мой друг и известном смысле учитель, рано умерший замечательный палеонтолог и философ Сергей Мейен как-то сказал мне:

«Естественный отбор отбирает не так, как пропускает макаронная машина вязкое тесто, а скорее так, как мы отбираем в магазине вполне готовые и даже упакованные товары».

И это благодаря сложной иерархии «этажей» — уровней развития живого.