Файл: Камшилов, М. М. Эволюция биосферы.pdf

организмов могут также передаваться от особи к особи, а может быть, и от вида к виду посредством вирусов. Открывается возможность генотерапни, т. е. исправления наследственных дефектов ДНК путем переноса нормаль­ ной ДНК с помощью вирусов в дефектные клетки. Пер­ вые весьма обнадеживающие результаты в этом направ­ лении были получены сотрудниками американского ин­ ститута здравоохрапеппя К. Мериллом, М. Гейером и Д. Патрпциани. Некоторые люди страдают тяжелой на­ следственной болезиыо. У них отсутствует фермент, спо­ собный перерабатывать галактозу (составную часть молоч­ ного сахара). За синтез фермента ответствен определенный ген, довольно широко распространенный у различных организмов. Имеется он, в частности, у бактерии — кишечной палочки. Мерилл и его сотрудники использо­ вали культуру тканей больного человека. Растущие в куль­ туре фибробласты (клетки соединительной ткани) также не были способны перерабатывать галактозу. С помощью бактериофага ученым удалось перенести гегг, ответствен­ ный за синтез недостающего фермента из кишечной па­ лочки в фибробласт человека. После этой операции фиб­ робласт стал синтезировать отсутствующий ранее фермент, и галактоза начала успешно перерабатываться.

Другая категория фактов — гибридизация соматичес­ ких-клеток. Биологи и медики давно и с большим успехом пользуются методом культивирования клеток тела вне ор­ ганизма. Ж. Барский, С. Сорье и Ф. Корпефер в 1960 г. смешали культуры двух различных типов раковых клеток мыши, различающихся по некоторым морфологическим признакам, в частности по форме хромосом, и через не­ сколько месяцев обнаружили клетки-гибриды. В них со­ держались хромосомы клеток исходных культур. В неко­ торых случаях гибридные клетки обладали даже боль­ шей жизнеспособностью, чем исходные.

После того как методика гибридизации клеток раз­ личных штаммов одного и того же вида была разрабо­ тана, различные исследователи предприняли попытки гиб­ ридизировать соматические клетки, взятые от разных ви­ дов. Успешной оказалась гибридизация соматических кле­ ток мышп п крысы, хомячка и мыши и, наконец, мыши и человека. Гибриды соматических клеток мыши и че­ ловека по форме больше походили на клетки мыши. Это объяснялось тем, что в них сохранялись все хромосомы

189

мыши п лишь немногие — от 2 до 15 — из 46 хромосом человека.

Совместимость соматических клеток таких далеко эволюцпонио разошедшихся форм, как мышь и человек, ко­ нечно, весьма удивительна. Она указывает на сохранение в течение миллионов лет принципиального сходства ос­ новных жизненных отправлений клеток, несмотря на боль­ шие различия в индивидуальном развитии особи. Эти факты особенно интересны еще и потому, что ведь хо­ рошо установлена несовместимость яйцеклетки и спермин, принадлежащих к разным видам. По-видимому, несовме­ стимость половых клеток возникла не как побочный ре­ зультат дивергенции, а как специальное приспособление, препятствующее гибридизации.

Еще одна категория фактов — это явления парази­ тизма п симбиоза, но об этом уже говорилось раньше. Все эти факты показывают, что, несмотря па пора­ жающее многообразие форм жизни, в ее основе лежат одни и те же фундаментальные процессы, роднящие нас не только с отдаленными предками, но и со всеми ныне живущими организмами. «Поскольку мы признаем реаль­ ную прямую пли косвенную материальную непрерывность всех видов,— писал в 1956 г. итальянский зоолог Колози,— то совокупность всех видов современности и прошло­ го составляет, так сказать, один организм, сложенный из комплекса частей (видов), дифференцировавшихся, но свя­ занных между собой» 7.

Движущие силы и приспособительная форма эволюционного процесса

В биологии было много попыток ответить на вопрос об основных движущих факторах эволюции. Для одних жизнь развивается, повинуясь некоему жизненному по­ рыву. Для других ее развитие тождественно с ростом. Третьи в качестве движущих сил называют наследствен­ ную изменчивость, отбор и изоляцию. Наконец, четвер­ тые на первое место выдвигают естественный отбор. При

190

нятпя: движущие силы эволюционного процесса и его при­ способительная форма. Вода в реке течет, подчиняясь силе тяжести, форма реки определяется лапдшафтом местности, обусловливающим конфигурацию ее берегов. Без берегов рек не бывает, но ife берега движут воду в реке.

Органическую эволюцию движет никогда не затухаю­ щее противоречие между безграничной способностью к воспроизведению и ограниченной возможностью на каждом данном историческом этапе использовать материальные ресурсы внешней среды. Активная сторона противоре­ чия — способность к воспроизведению, обусловленная синтезом макромолекул протоплазмы, т. е. то, чем живое отличается от тел неживой природы.

Вслед за Эразмом Дарвином, часто независимо от него, столь различные исследователи, как .4. Дарвин, В. И. Вер­ надский, Н. К. Кольцов, Т. Г. Морган, Дж. Гекели, почти в одних и тех же выражениях говорят о способности к умножению своего рода как о наиболее характерном свой­ стве живых существ при сопоставлении их с телами не­ живой природы. И. И. Шмальгаузен пишет о способности к самовоспроизведению как о само собой разумеющейся предпосылке эволюционного процесса.

Способность к воспроизведению может быть осущест­ влена, лишь будучи облеченной в форму приспособитель­ ного процесса. Первое условие, которое должно выполнять­ ся п фактически выполняется,— это наличие биотического круговорота, основанного на взаимодействии фотосин­ тетиков и деструкторов. Длительно воспроизводить­ ся могут только круговые процессы. Поэтому и жизнь с ее способностью к воспроизведению могла возникнуть и развиться лишь в форме круговорота органического ве­ щества. После работ В. И. Вернадского и американско­ го математика А. Лотки, а также в связи с проникнове­ нием в биологию идей кибернетики этот вывод стано­ вится все более и более очевидным.

Способность к воспроизведению приводит к тому, что можно назвать «давлением жизни». В результате «давле­ ния жизни» происходил и происходит захват наследствен­ ного гетерогенным живым новых мест. Захват нового ме­ ста (нового источника вещества или энергии) неизбежно сопровождается изменениями живого. Если это изменение в новых условиях жизнеспособно, оно сохранится, если

191

lief — погибнет. В случае выживания организм приобре­ тает информацию о новом способе взаимодействия со средой.

Естественный отбор, как об этом неоднократно пи­ сал Дарвин, не может вызывать изменчивость. Однако, за­ крепляя признаки, он придает наследственной изменчиво­ сти определенную фенотипическую форму, тем самым предопределяя дальнейшие эволюционные возможности. Обусловливая приспособительную форму эволюционного процесса, естественный отбор выступает как творческий фактор эволюции.

Теория естественного отбора создана Ч. Дарвином бо­ лее 100 лет назад. Однако и по сей день биологи раз­ личных научных направлений по-разному оценивают зна­ чение этого агента: для одних отбор, несомненно, являет­ ся единственным и достаточным фактором, вызываю­ щим эволюционный прогресс; по мнению других, отбор сам по себе ничего создавать и пичего усиливать не может. Он не является творческим фактором историческо­ го развития. Третьи допускают, что даже без естествен­ ного отбора эволюция могла бы иметь место. Такое раз­ личие во взглядах зависит от того, что разные иссле­ дователи вкладывают в метафорическое выражение «естественный отбор» неодинаковое содержание.

Что такое естественный отбор? Сущность этого про­ цесса заключается в том, что особи, различающиеся сво­ ими наследственными особенностями, живя в определен­

размножаемость особей различных генотипов. Преимущественное размножение особей одних геноти­

пов по сравнению с другими зависит от особенностей среды. При отборе на холодоустойчивость в описанных ранее опытах выживали личинки не тех генотипов, что при отборе на повышенную жизнеспособность при обыч­ ной температуре. Таким образом, естественный отбор представляет собой выражение и результат взаимодей­ ствия двух систем. Одна система — популяция различных в наследственном отношении организмов, т. е. система, характеризующаяся различными конкурирующими тен­ денциями развития. Вторая система — внешняя среда, преимущественно организмы других видов. Специфика сре­ ды обусловливает, какая из конкурирующих тенденций

192 .

получит развитие. Внешне это выражается в переживании одних и гибели других.

Естественный отбор при таком ноиимапнп в принци­ пе не отличается от факторов индивидуального развития особи. В самом деле, клеточное ядро характеризуется раз­ личными, явно конкурирующими процессами. Специфика цитоплазмы — декорг — определяет, какие из процессов получают преимущественное развитие. Клетка в системе многоклеточного организма также характеризуется нали­ чием различных потенций. Какая из этих потенций бу­ дет выбрана и получит развитие, зависит от места клет­ ки в системе организма. Организм «выбирает» из набора тенденций, присущих клетке, тенденции, соответствующие ее месту в организме. Когда зачаток глаза (глазной бо­ кал), растущий от зачатка мозга, изнутри касается по­ верхностного слоя клеток, клетки уплощаются и превра­ щаются в зачаток хрусталика глаза. Если воспрепятство­ вать контакту, хрусталик не развивается. Можно зачаток глаза пересадить в другое место, под слой клеток буду­ щей кожи. В этом случае над глазным бокалом вместо кожи развивается хрусталик. Иначе говоря, клетки бу­ дущей кожи обладают несколькими возможностями раз­ вития. Взаимодействие с глазным бокалом направляет их специализацию в сторону хрусталика.

Наконец, специфика развития, заключенная в геноти­ пе, реализуется по-разному в зависимости от особен­ ностей среды. Среда определяет (т. е. в сущности тоже «выбирает»), какая из возможностей развития осущест­ вится. В процессе естественного отбора биогеоценоз опре­ деляет, каким генотипам дальше размножаться. Биосфера в целом «отбирает» наиболее совершенные биогеоценозы.

Сколь ни различны приведенные примеры, в них дей­ ствительно обнаруживается нечто общее: возникновение нового в результате взаимодействия двух активных, обла­ дающих многими потенциями систем. Сходство увеличи­ вается, если не ограничиться изменениями только одной системы (функция ядра, специализация клетки, формо­ образование хрусталика, развитие фенотипа, наследствен­ ное преобразование популяций, видов, биогеоценозов). Другая система, «среда», в итоге взаимодействия с пер­ вой также изменяется. Изменяется и цитоплазма, и ок­ ружение клеток, и глазной бокал, и среда развития осо­ би, и биогеоценоз, и биосфера. Иначе говоря, во всех

случаях мы имеем дело с обменом специфичностью (ин­ формацией) между взаимодействующими членами систе­ мы более высокого порядка (клетка, ткань, организм, биогеоценоз, биосфера).

Сходство между развитием зародыша из яйца, эволю­ цией видов под контролем естественного отбора и эво­ люцией биосферы оказывается значительно большим, чем кажется при одиосторонпем подходе к этим процессам. Во всех случаях возникновение нового — развитие — ока­ зывается результатом взаимодействия сложных активных частей системы. Непременным итогом такого взаимодей­ ствия являются различные формы отбора и выбора. Откры­ тый Дарвином естественный отбор, таким образом, пред­ ставляет собой частный случаи универсальной закономер­ ности развития, свойственной всей природе.

Жизнь начинает вырисовываться в виде спирали, со­ стоящей из двух основных ветвящихся стволов (фотоавтотрофов и гетеротрофов). В отличие от ветвей дере­ вьев ветви жизни находятся в постоянном взаимодейст­ вии друг' с другом, образуя экологическую сеть. Спираль движется за счет квантов света; в нее постоянно во­ влекаются минеральные элементы, образуя вместе со спи­ ралью биосферу. Поглощая все новые и новые порции энергии, трансформируя вещество, используя различные источники информации, жизнь расширяется. Постоянно возникает противоречие между потенциально безгранич­ ной способностью к размножению и ограниченными воз­ можностями на каждом данном историческом этапе ис­ пользовать новые материальные средства к существова­ нию. Это противоречие между живым и неживым истори­ чески разрешается па базе изменчивости и естественного отбора путем овладения новыми источниками жизнедея­ тельности, что ведет к прогрессивному расширению вза пмодействия между биотическим и абиотическим, к постиянным перестройкам биотических отношений и среды жиз­ ни, к накоплению информации. Выражением этого про­ цесса является видообразование.

Взаимодействие живого и неживого осложняется тем, что неживое изменяется не только под влиянием жизни, ио и по своим собственным законам. Это вековые изме­ нения климата, перераспределение морей и суши в пе­ риоды интенсивного горообразования, сопровождающегося также вспышками вулканизма, обогащающими атмосферу

194

углекислотой, изменение интенсивности космического из­ лучения и т. и.

При изменениях в неорганической среде, вызванных разными причинами, биотическими и абиотическими, не все организмы оказываются в равной степени способны­ ми продолжать свое существование. Вымирают, как пра­ вило, относительно специализированные виды. Односто­ ронние и узкие связи со средой заменяются более ши­ рокими и многосторонними. Содержание жизни все вре­ мя меняется.

Таким образом, жизнь представляет собой своеобраз­ ное единство детерминированности и случайности. Зако­ ны детерминизма обеспечивают передачу накопленной ин­ формации и, следовательно, сохранение достигнутого. Однако, поскольку в результате жизнедеятельности и абиогенных причин изменяется среда, строгий детерми­ низм вступает в противоречие с реальностью. Законы слу­ чайности, проявляющиеся в изменчивости, ведут к раз­ рушению достигнутого, создавая предпосылки для выхода из противоречия и приобретения новой информации. Со­ хранение жизни, следовательно, возможно лишь при по­ стоянном изменении ее содержания. Эволюция — неотъ­ емлемая особенность жизни.

Жизнь существует за счет постоянного притока из окружающей среды, энергии, вещества и информации. Энергия, преимущественно фотоны света, используется в процессе жизни однократно, она течет через систему. Как считают А. Лотка и В. И. Вернадский, энерговооружен­ ность жизни с ходом эволюции должна возрастать. Орга­ низмы, приобретшие способность усваивать новую пор­ цию фотонов или лучше использующие химическую энергию, запасенную в других организмах, получают преимущества и в ходе эволюции постепенно включаются в биотический круговорот, рационализируя его, увеличи­ вая суммарный поток энергии через живую систему.

Вещество, входящее в круговорот жизни, испытывает постоянные превращения. В результате расширения сфе­ ры жизни в течение геологических периодов, очевидно, происходило увеличение массы вещества, вовлеченного в биотический круговорот. Однако прямой зависимости раз­ вития жизни от массы вовлеченного в жизненный кру­ говорот вещества не наблюдается. Во всяком случае в настоящее время. В некоторые периоды жизни нроисхо-