Эволюция как продукт случайной мутации: почему людям было суждено ходить по Земле

Что случится, если время повернется вспять и часы перезапустятся в произвольной точке нашей эволюционной теории? Американский палеонтолог Стивен Джей Гулд является автором интересного мысленного эксперимента. Его размышления до сих пор не дают покоя эволюционным биологам.

Суть гипотезы

По мнению Гулда, если перемотать время назад, эволюция поведет жизнь по совершенно другому пути развития. В этом случае люди могут и не измениться до состояния современного человека. Эволюция личности была настолько редким и маловероятным процессом, что даже если воспроизвести всю историю нашего развития миллион раз, в конечном итоге мы можем и не увидеть ничего похожего на Homo Sapiens.

Рассуждения Гулда строились на огромной роли случайных событий в эволюции. К таким событиям можно отнести столкновения с астероидами, извержения вулканов и даже вымирание мамонтов. На молекулярном уровне такие события также имеют место. Ведь во многом генетическая мутация зависит как раз от случайных событий. Говоря простым языком, сама эволюция и есть продукт произвольных изменений.

Случайная мутация

Что она из себя представляет? Редкие случайные мутации генов главным образом происходят для того, чтобы увеличить шансы организма на выживание. Разделение вида начинается с редких мутаций, которые позже становятся обычными и закономерными. Изменения также могут нести и негативные последствия. Некоторые из них способны с течением времени навредить организму. При этом все мутации случайны, и поэтому очень сложно будет повторить их.

Проверка гипотезы

На самом деле путешествия во времени еще не изобрели. Но у экспериментальных биологов есть другой способ проверить некоторые теории Гулда. Эксперимент можно получить в микромасштабе с бактериями.

Дело в том, что микроорганизмы развиваются невероятно быстро. Биологи могут заморозить миллиарды клеток и бесконечно долго хранить их. Это дает возможность вырастить те же клетки в новых условиях, отслеживая при этом адаптивные изменения, происходящие в условиях реального времени. По сути, это позволяет повторить процесс перехода от настоящего к будущему в пробирке бесконечное количество раз и выявить некоторые закономерности развития живых организмов.

Доказательства теории

Как показывают исследования, эволюция микроорганизмов и бактерий обычно проходит непредсказуемыми путями. Однако есть ряд генетических решений, которые реализуются чаще, чем остальные. Например, эксперимент по изучению 12 независимых популяций Escherichia coli был начат еще в 1988 году. С тех пор появилось более 65 000 поколений микроорганизмов. Все развивающиеся популяции показывают более высокую устойчивость к негативным факторам окружающей среды, чем у своих предков. Это говорит о том, что у организмов есть некоторые ограничения по мере развития.

Естественный отбор

Сила, которая держит все развивающиеся организмы в узком и прямом эволюционном коридоре, называется естественным отбором. Это такая «направляющая рука», которая способствует отбору организмами полезных мутаций. Многие генетические изменения со временем пропадут и останутся только оптимальные. Такой сценарий развития событий может привести к тому, что у совершенно неродственных видов появятся схожие решения для выживания.

Доказательства этой эволюционной теории можно найти во внешнем облике видов, которые даже не являются близкими родственниками, но при этом имеют схожую среду обитания. К примеру, птицы и птерозавры, которые вымерли много лет назад, имеют крылья и клюв. Это означает, что крылья и клювы дважды появлялись в эволюционном процессе.

Не менее важна и генетическая архитектура. Однако не все гены равны между собой: некоторые выполняют более важную функцию по сравнению с другими. Часто гены организованы в сети, у которых есть «главные переключатели». Мутации в таких генах приводят к масштабным изменениям из-за того эффекта, который они передают другим клеткам, находящихся под их контролем. Это значит, что определенные места в геноме чаще способствуют эволюции, чем другие.

Закономерности

Предсказуемому пути развития эволюции способствуют также физические законы, которые действуют в среде обитания. К примеру, гравитация привела к возникновению океанов и плотной атмосферы. Согласно теории Исаака Ньютона, законы физики могут совершенно предсказуемо описывать различные явления во вселенной. Однако в 20 веке открытие фантастического мира квантовой физики привело к развенчанию мифов о предсказуемости эволюции людей и других видов. Ученым удалось обнаружить, что в микроскопических масштабах в развитии частиц и атомов наибольшее значение имеют случайные факторы, которые совершенно непредсказуемы.

Конечно, общие правила эволюции останутся неизменными, сколько бы раз мы не прокручивали ленту истории. Понятно, что эволюционное преимущество будет у организмов, способных перерабатывать солнечную энергию. Те микроорганизмы, которым необходим кислород в атмосфере, также будут иметь возможность адаптации. Однако случайность все равно имеет место во многих эволюционных процессах. Даже развитие вселенной осуществляется по случайному сценарию. Еще в 18 веке ученые пытались описать, как будут выглядеть через некоторое время траектории движения Солнца, Земли и Луны. Задача даже получила название «проблемы трех тел». Как доказал Жозеф-Луи Лагранж, точно решить эту задачу невозможно. Здесь также большое значение имеет вероятность случайных событий, так что определить, где окажутся в будущем эти три тела, очень сложно.

Направляющие руки эволюции только привязывают адаптацию организмов к определенным маршрутам, но не определяют ее результат. Так что нельзя быть полностью уверенным в том, что если отмотать время назад, мы сможем пройти тот же эволюционный путь развития. Вполне вероятно, в некоторых сценариях люди бы вообще не появились. Наше место мог бы занять другой, более приспособленный вид.

Теория эволюции очень интересная для познания. До конца она еще не изучена. Ученные регулярно выявляют что-то новое и необычное, поэтому людям остается только следить за последними открытиями.