Внутреннее важнее внешнего. Колонка в КомпьютерреOnline #86
Удачная конструкция организма оказывается ловушкой, из которой практически невозможно выбраться без реорганизации характера отбора. Выпустить из неё может биосферный кризис.
Мені вже доводилося писати, що на біологічному факультеті Харківського університету проводять щорічні біологічні конференції для молодих учених. На відкриття ми запрошуємо досвідчених фахівців, яких просимо розповісти щось цікаве для значної кількості слухачів. Зазвичай якісь із пленарних доповідей роблять «свої», на якісь запрошуємо гостей здалеку. Найцікавіші гості проводять наступного дня круглий стіл, на якому з ними можна спокійно поговорити.
У такій ролі опинялися вже четверо гостей з Росії: Олександр Олександрович Нікольський, найвідоміший фахівець із заповідної справи, Олександр Володимирович Марков, палеонтолог і найяскравіший популяризатор біології на пострадянському просторі, Анатолій Ілліч Протопопов, генератор оригінальних ідей про шлюбну поведінку людей, і, нарешті, цього тижня, Олександр Павлович Расніцин.
Олександр Павлович відомий як палеоентомолог (фахівець із викопних комах) і як теоретик еволюційної біології та систематики. «Вікіпедія» повідомляє про нього, що він - автор описів 250 родів і 800 видів, і передусім серед його улюбленої групи - перетинчастокрилих. Він - міжнародно визнаний фахівець, який свого часу обирався Президентом Міжнародного Палеонтологічного товариства. Польовик, що працював у багатьох країнах. Теоретик, переказ ідей якого ввійшов до шкільних підручників України понад 10 років тому. Творець концепції адаптивного компромісу, один з авторів епігенетичної теорії еволюції. Деякі його ідеї ми обговорювали в одній з минулих колонок. Ну що ж, це один шар, який можна описати, перелічуючи різноманітні досягнення.
Інший шар проявився в нашій з моїми колегами реакції, враженні, що залишилося від спілкування з Олександром Павловичем. Ми виявилися просто зачаровані. Судячи з того, що, відповідаючи на питання, реагуючи на репліку в розмові, Олександр Павлович одразу схоплює саму суть і говорить те, що треба, думки його працюють стрімко. Це якось незвично пов'язано з неквапливістю й чітким контролем мовлення, вираженістю артикуляції.
Що ще? Легкість у спілкуванні, відсутність професорського гонору. Досвід особистого знайомства та дружби з безліччю людей, що стали гордістю біології (і не лише біології). Літня людина (перевалив за три чверті століття), у якої не вдається відібрати рюкзак, щоб допомогти його носити, і яка вельми органічно з цим рюкзаком виглядає. Загалом, людина, з якою приємно перебувати поруч.
Один зі змістів запрошення метрів на молодіжну наукову конференцію - показати студентам, якими бувають фахівці. Я дуже радий, що до нас приїздив Расніцин - професіонал найвищої проби.
А якщо він - професіонал, то й треба зосередитися на тому, з чим він працює, про що він думає й про що розповідає.
Пленарна доповідь була присвячена впливу пермсько-тріасової кризи на різноманіття комах. Це не умоглядні побудови, а результат багаторічного дослідження ряду фаун (кожна - з певного місця й часу), що дозволяють судити про те, що відбувалося з цією найчисленнішою групою наземних тварин на межі палеозойської та мезозойської ер.
Тут треба сказати ось про що. Геологічна історія Землі поділена на ери та періоди значною мірою на підставі змін характерних флор і фаун, що закарбовувалися в осадових породах. Ми всі наслухані про перебудову фауни на межі мезозойської та кайнозойської ер (крейдо-палеогенову кризу). Приблизно в цей час вимерли динозаври й безліч інших груп тварин. Пермсько-тріасова криза, на якій останніми роками зосереджена увага Олександра Павловича, була ще глибшою.
Якщо ви дивитеся західні науково-популярні фільми, вам давно повідомили, від чого вимерли динозаври: прилетів великий астероїд - бабах! - і на Землі звільнився екологічний простір для ссавців. Те, що задовго до ударної події утворення нових видів динозаврів припинилося, у момент удару їхня фауна була надзвичайно збіднілою та ще й у деяких місцях земної кулі динозаври пережили падіння астероїда, при цьому випускається з уваги.
Геологи знайшли пояснення чи не всім масовим вимиранням в історії Землі. Пермо-тріасові події, наприклад, прийнято пояснювати катастрофічними виверженнями в Сибіру. Те, що такі виверження були, - безсумнівно. Чи зіграли вони суттєву роль в еволюції, сказати складніше; зараз, здається, дійшли висновку, що масові вимирання відбулися до геологічних пертурбацій.
Геологам (та іншим не-біологам) простіше дивитися на зміну різноманіття з часом як на процес, що залежить від зовнішніх умов. Геологічне середовище на планеті змінилося - і життя, куди йому подітися, було змушене підлаштуватися під нові умови. Набагато складніше розгледіти внутрішню логіку й несподівано високий ступінь незалежності біологічної еволюції від різноманітних катастроф. Назва цієї колонки - якесь метафоричне резюме доповіді Олександра Павловича, презентацію якої він дозволив викласти у спільний доступ, - спасибі йому за це!
Повернуся до того, що пережили комахи на межі палеозойської та мезозойської ер. Расніцин та його співробітники провели ретельний аналіз величезного матеріалу. Отримані дані про динаміку появи та вимирання видів, родів і родин комах - досить ємні міри швидкості еволюції груп. Ці дані зіставлені з наявними у палеонтологів світу оцінками динаміки всіх інших груп організмів, у тому числі морських. Отримано несподіваний висновок.
Протягом бІльшої частини палеозойської ери різноманіття тварин стабілізувалося приблизно на одному рівні. Масові вимирання часом знижували кількість груп організмів, що населяли Землю, але вона швидко відновлювалася до колишнього рівня. А потім (незадовго до вивержень у Сибіру, але, вочевидь, поза зв'язком з ними) сталося щось таке, що привело спочатку до різкого падіння різноманіття, а потім - до початку його безперервного зростання. Це зростання (попри деякі коливання) триває донині - подивіться на графіки в презентації до доповіді.
Отже, причина досліджуваних подій, найімовірніше, внутрішня для біосфери. Якою вона може бути? Щось змінилося в біологічних спільнотах. Якщо раніше вони мали постійну ємність (яку можна виразити в кількості екологічних ніш, що представляє можливості для життя певної кількості видів), то після описуваних подій ця ємність почала зростати. На жаль, як сказав Олександр Павлович, ми надто мало знаємо про навіть нинішню організацію біологічних спільнот, і для припущень про те, що ж змінилося в ній на межі пермі й тріасу, у нас просто немає підстав.
Але хоча ми не знаємо, що гальмувало еволюцію до кризи, ми можемо в найзагальнішій формі припустити, що ж відкрило для неї нові шляхи після всіх змін. Олександр Павлович залучає для пояснення цього феномену власну концепцію адаптивного компромісу.
Організми - складні системи з безліччю внутрішніх взаємозв'язків. Екологічно стабільне середовище перевіряє їхню організацію за багатьма параметрами, відсіюючи особин, які виявляться носіями тих чи інших недоліків. Нам зрозуміло, що оптимізація системи може бути ефективною тоді, коли вона проводиться за якимось одним параметром.
Оптимізація за двома непов'язаними одне з одним, а іноді й взаємовиключними параметрами - майже безнадійна справа. У реальному світі таких параметрів безліч. Організм повинен стійко розвиватися, протистояти несприятливим факторам, ефективно живитися, успішно рятуватися від хижаків і захищатися від паразитів, не поступатися конкурентам, успішно знаходити собі партнера й залишати достатню кількість нащадків.
Знайти рішення, оптимальне з точки зору всіх цих вимог, неможливо. Єдиний вихід - компроміс. На жаль, одного разу знайдений в еволюції компроміс виявиться пасткою. Недостатньо, щоб добір міг поліпшити якусь характеристику того чи іншого виду; важливо, щоб поліпшення цієї характеристики не привело до розвалу інших функцій. Олександр Павлович порівнює такі перебудови зі спробою міняти конструкцію автомобіля на повному ходу (використовуючи метафору, схожу на ту, яку я застосовував у минулій колонці). Зате якщо контроль добору за деякими з функцій системи може бути послаблений, інші функції можна буде кардинально поліпшити.
Приблизно це відбувається із сільськогосподарськими рослинами й тваринами: позбавивши їх необхідності виживати в протистоянні агресивному середовищу, ми можемо гіпертрофовано розвинути деякі з їхніх функцій (швидкість бігу в бігових коней, несучість у несучок, накопичення цукру в коренеплоді цукрового буряка чи розвиток листкового качана в капусти).
Зі сказаного випливає, що вдала конструкція організму виявляється пасткою, з якої практично неможливо вибратися без кардинальної зміни умов і реорганізації характеру добору. Так ось, на думку Расніцина, щоб випустити різноманітні групи організмів з такої пастки, потрібна криза. І криза на межі пермі й тріасу змогла подолати «окостеніння» біоти, відкривши перед нею нові горизонти ускладнення.
Так що ж, відтоді еволюціонуючі види вже не потрапляють у пастку, що обмежує їхнє різноманіття? Потрапляють. Але чомусь з часу описуваних подій у таку пастку вже не потрапляють уся фауна й флора цілком. Описати це можна приблизно так.
У другій половині палеозою в еволюції структури біологічних спільнот було досягнуто стану стійкої рівноваги. Одні групи вимирали, інші з'являлися, але набір ролей, реалізованих живими істотами в біосфері, залишався відносно постійним. Потім, не стільки в силу зовнішніх впливів, скільки внаслідок крихкості «окостенілих» спільнот, уся ця структура розвалилася. Екосистеми стали різноманітнішими, і в них почалося зростання кількості можливих ролей, а отже, зростання кількості різних «акторів». Відтоді біосфера так і не змогла прийти в новий стійкий стан. Наша поява, між іншим, - наслідок такої нестійкості.
...Сказане ґрунтується на безлічі припущень. Це, звісно, не опис відкритих фактів, а гіпотеза, причому дуже-дуже розпливчаста. Але й вона може стати основою для перевірки, уточнення й розвитку чи для спростування й пошуку нових пояснень. Я дуже радий, що й у нас, на біофаці Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна, відбувалося обговорення таких проблем. Ми мали задоволення слухати людину, яка, обробляючи по-справжньому об'ємні масиви даних, намацує шляхи для подальшого зростання нашого розуміння закономірностей еволюції.
Але це ще не все. Олександр Павлович провів у Харкові круглий стіл, присвячений проблемам розвитку теорії еволюції та філогенетики (фотографії в цій колонці зроблені там; за другу з них спасибі Валентині Іншиній). Говорили на круглому столі в основному про епігенетичну теорію еволюції, адже Олександр Павлович є одним з людей, причетних до її появи та розвитку. Я давно планував поговорити про епігенетичну теорію детальніше й навіть зробив відповідну «підводку», та потім якось не склалося. Що ж, у такому разі - наступного разу.