Книга: Будущее Земли: Наша планета в борьбе за жизнь

16. Новый взгляд на историю видов

16. Новый взгляд на историю видов

стория вида не является прерогативой человечества. В природе — миллионы историй видов живых организмов. Каждый вид является наследником длинной череды поколений. Определенная точка пространства и времени в истории вида — результат долгого путешествия по лабиринту эволюции. Каждый его изгиб и поворот подобен игре в рулетку, где ставка — выживание вида, а игроки — наборы генов в популяции. Цель игры — найти свою экологическую нишу в экосистемах, где живут особи популяции. Выигрыш — доля способных к размножению особей в следующем поколении. Заданные генами характеристики, которых было достаточно прошлым поколениям, могут как пригодиться в будущем, так и оказаться бесполезными. Среда обитания тоже меняется. В новых условиях гены могут продолжить побеждать, обеспечивая выживание вида. А могут и потерпеть поражение. Некоторые варианты генов, появившиеся в результате мутации или формирования новых комбинаций, могут даже способствовать росту численности и распространению популяции вида. Но в любой момент вследствие изменения условий среды обитания вид может оказаться проигравшим в эволюционной игре, а его популяция будет обречена на вымирание.

В разных таксономических группах отличается средняя продолжительность существования видов. Она может быть очень большой, как у деревьев или муравьев, которым уже десятки миллионов лет, так и совсем короткой, как у млекопитающих, которым полмиллиона лет. Если сложить показатели всех групп вместе, то получится, что общее среднее значение (очень приблизительное) составляет миллион лет. За это время вид может измениться настолько, чтобы его можно было назвать другим видом. Он также может разделиться на два и более видов или полностью исчезнуть, присоединившись к тем 99%, которые появлялись и исчезали с момента зарождения жизни. Давайте не будем забывать, что каждый живущий сейчас вид (включая нас) — это победитель, существующий в окружении таких же победителей. Мы все — лучшие из лучших, потомки видов, которые ни разу не ошиблись с выбором направления эволюции, ни разу не заблудились. Во всяком случае, пока.

Таким образом, история вида — это своего рода эпос. Со временем — скорее всего, не в этом столетии, если учесть огромное число других видов, сохранившихся в биосфере, — ученые смогут досконально изучить биологию какого-нибудь случайным образом выбранного вида. Они изучат его жизненный цикл, его анатомию, физиологию, набор генов и экологическую нишу. Они разузнают все об истории его формирования по геологическим данным. Немалую помощь в этом окажут окаменелости, если таковые найдутся. Но вероятнее всего, изучение его истории будет строиться на сравнении с другими видами, которые больше всего похожи на него. Идея в том, чтобы найти ему место на генеалогическом древе видов, являющихся его ближайшими родственниками. Используя технологии секвенирования ДНК, исследователи смогут определить, какие из ныне живущих видов от него происходят. Будут установлены общие предки, как в генеалогии людей, а затем — веточка за веточкой — будет восстановлено полное древо. Генетический анализ наряду с данными об унаследованных видом биологических характеристиках укажут, где сейчас живут его родственники, где они жили в прошлом и какие биологические особенности они имели. Эволюционное семейное древо такого рода называют «филогенетическая схема». На пути к построению связного рассказа о прошлом вида, его эпоса, мы вряд ли продвинемся дальше реконструкции такого древа. Но по мере того, как все больше и больше таких историй будут обретать реальные черты, мы будем все глубже понимать принципы, по которым развивается история жизни. Окружающий нас мир живого будет наполняться все новыми и новыми смыслами, а его существование никогда не прекратится.

У человечества, разумеется, есть своя история эволюции, которая уходит корнями во времена, далеко выходящие за пределы традиционной письменной истории. Мы тоже — последняя веточка на филогенетическом древе. Примеров эпоса в обычном понимании этого термина в человеческой культуре множество, но нетрудно догадаться, что особенности человеческой природы, благодаря которым сформировались эти истории, тоже являются результатом эволюции. У нас самих есть и дальние родственники, и предки — австралопитеки. Наш «дедушка» — человек умелый, а «папа» — человек прямоходящий. Два уровня — биологический и культурный — перетекают один в другой. Вот почему история не имеет смысла без доисторического времени, а доисторическое время — без биологии.

Если заглянуть в самую глубь геологической истории, во времена самых первых одноклеточных прокариотов, оказывается, что все живущие сейчас виды живых организмов — члены одной филогенетической мегасемьи. А если перенестись от этой точки на 3,8 млрд лет вперед, до отметки 55 млн лет назад, мы увидим начало «ветви», «побегами» на которой (если так можно выразиться) являются все приматы Старого Света. Продвинемся еще вперед и немного в сторону по этой ветви, и вот мы уже на побеге, соответствующем гоминидам. На нем, наконец, мы встречаемся с современным человечеством.

Наш главный инструмент адаптации, наш приз в эволюционной лотерее — относительно мощный ум. Благодаря ему мы можем воссоздавать эпизоды из прошлого. Мы придумываем альтернативные варианты развития события в будущем, выбираем один из них и делаем частью нашей собственной истории. Человек — единственное существо на планете, которое накапливает знания ради самих знаний и, взаимодействуя с себе подобными, принимает решения о будущем, которые часто оказываются мудрыми, но нередко приводят к катастрофическим последствиям.

И так уж вышло, что мы хотим знать все обо всем, что живет, — всех формах жизни, всей биосфере. Разумеется, чтобы отыскать все виды на Земле и узнать о них все, что только можно, нам придется очень сильно потрудиться. Но мы готовы к этому, потому что человечество нуждается в таких знаниях — для них найдется и научное, и практическое применение. Есть и еще одна, более глубокая и фундаментальная причина — тяга к познанию неизведанного находится у нас в генах. Создание полной картины биоразнообразия Земли станет глобальным научным проектом, сравнимым с проектами по изучению рака и исследованию активности мозга, которые доминируют в настоящее время. Если наша текущая оценка биоразнообразия не является совсем уж неверной, это значит, что на каждый вид организмов на Земли приходится около тысячи человек. Теоретически можно легко найти спонсора для каждого вида. Коллективный человеческий разум в условиях, когда все подключено ко всему и все оцифровано, сможет проникать в тайны жизни, доставшейся нам в наследство от прошлого, намного быстрее, чем когда-либо прежде. Тогда-то мы в полной мере осознаем смысл вымирания как явления и начнем глубоко сожалеть о каждом виде живых организмов, которым человечество неосмотрительно жертвует ради собственных интересов.

Названия и классификации — краеугольный камень любого биологического знания. Когда у вас есть экземпляр какого- либо живого существа, достаточно определить, к какому виду он относится, чтобы немедленно получить доступ ко всей имеющейся информации о нем. Есть что-то магическое в двойных названиях, введенных Линнеем: например, — название обыкновенной дрозофилы, а — белоголового орла. С их помощью можно легко найти все, что наука знает о биологическом виде. Они заставляют нас вспомнить все, что мы знаем или думаем, что знаем. Двойные названия выстраиваются в иерархию, удобную для человеческого сознания. Повторять их снова и снова, вслушиваться в их звучание, предвкушать встречу с неведомым — это и есть поэзия науки.

В биологии под видом понимается совокупность особей, способных к скрещиванию друг с другом в естественных условиях. Ранее я уже приводил в качестве примера львов, научное название которых — . Львы являются близкими родственниками тигров, или . Слово — пантеры — означает род, в который входят те виды крупных кошачьих, которые генетически близки друг к другу и имеют много общего с львами и тиграми. В классической системе таксономической классификации мы можем двигаться вверх и в стороны по элементам, организованным в иерархическом порядке, как если бы мы переходили с листочка на сучок, а затем на ветку. Виды кошачьих рода пантер вместе с другими родами кошачьих — например, теми, к которым относятся домашняя кошка, дикая кошка, рысь и ягуарунди, — образуют таксономическое семейство кошачьих — Felidae. Если объединить виды семейства кошачьих с семейством псовых (Canidae) и другими близкими к ним семействами млекопитающих, получится отряд хищные (Carnivora). И далее — вверх по таксономической иерархии, пока не будут охвачены все виды животных, растений и микроорганизмов, как существующих, так и вымерших.

Этой старомодной таксономии, предложенной Карлом Линнеем, более 250 лет, и она до сих пор работает. Она образует фундамент и каркас классификации, а также служит источником терминологии для естественнонаучной истории. Свою семантику бинарные научные названия берут из латинского и греческого языков. Они универсальны и используются во всех культурах. Благодаря им каждой особи можно дать имя, как человеку, и легко перейти на любые другие уровни иерархии, к которым эта особь принадлежит. Для доступа ко всем накопленным к настоящему времени знаниям о биологическом виде и его окружении достаточно знать название особи.

Принципы построения таксономических названий повторяют принципы работы человеческого мозга и соответствуют наиболее оптимальному способу взаимодействия между людьми. Двойные названия Линнея позволяют нам легко понимать друг друга. Полевой биолог может следующим образом описать крошечную муху, кружащую вокруг банана: «Это плодовая мушка, дрозофила, почти наверняка относящаяся к роду . Думаю, это , но окончательный вывод я смогу сделать только после того, как изучу ее под микроскопом». А о небольшом пауке с широко расставленными лапками и двумя вытянутыми прядильными трубочками, находящимися сзади и похожими на хвост, который сидит на коре красного мангрового дерева (): «Это герсилиид. Понятия не имею, к какому именно роду или виду семейства Hersiliidae он относится, но это точно герсилиид». Или о существе с вытянутым туловищем и множеством ног: «Это губоногая многоножка. И не просто губоногая многоножка, а член семейства Lithobiidae. Это именно вид костянок, и точно не сколопендры Scolopendridae, мухоловки Scutigeridae, геофилы Geophilidae или другого вида, относящегося к какому-либо из десятка остальных известных семейств губоногих многоножек, встречающихся в мире».

Наконец, в национальном парке «Горонгоса» в Мозамбике, где я недавно занимался полевыми исследованиями, мы наблюдали плотную колонну крупных муравьев, марширующую по грязной дороге. Если бы меня попросили рассказать о них, я бы сказал следующее:

Знания о любом виде, собираемые в ходе научных исследований, привязаны к месту вида в общей иерархии. Оно отражает его генетические связи и историю эволюции. Если появляются новые данные, заставляющие пересмотреть представления о положении вида в иерархии, меняется и его название. Если бы этой иерархической системы не было и если бы она не подчинялась строгим правилам, утверждаемым на международном уровне для зоологической и ботанической литературы, в наших знаниях о биоразнообразии Земли очень быстро воцарился бы хаос.

Иерархическая система и формальные принципы номенклатуры трудно поддаются изменению, но благодаря цифровой революции скорость передачи информации возросла многократно. На протяжении большей части своей карьеры, значительное место в которой занимали изыскания в области таксономии муравьев, мне приходилось одалживать эталонные образцы, на которых основываются терминология и классификации, либо проводить много времени за изучением обширных коллекций в музеях по всей Европе и Америке. При анализе публикаций я был вынужден просматривать старые и новые выпуски узкоспециализированных журналов. Мне повезло, что я оказался в Гарвардском университете с его громадной коллекцией муравьев, насчитывающей, вероятно, 7000 видов и включающей миллионы законсервированных образцов — их так много, что не сосчитать! Также в университете есть одна из лучших в мире библиотек зоологической литературы. Поэтому мне не нужно было путешествовать так много, как большинству моих коллег. Но таксономические исследования по-прежнему требуют больших затрат времени.

Это фундаментальное ограничение, которое я только что описал, сегодня уже почти полностью преодолено везде, где требуется классифицировать животных, водоросли, грибы или высшие растения. Делаются высококачественные снимки (с большим разрешением) наиболее важных образцов, включая прототипические, то есть те, на основе которых было изначально образовано название. Их особенности подробно изучаются с помощью специального программного обеспечения на трехмерных моделях. Фотографии загружаются на веб-сайты с описанием и справочной информацией, чтобы любой человек в любой точке мира мог получить к ним доступ несколькими щелчками компьютерной мыши. В настоящее время осуществляется оцифровка всей литературы о биоразно­образии. Ряд крупных университетов и научных центров будут предоставлять к ней доступ через интернет. В результате реализации этого проекта появится библиотека ретроспективной литературы по биоразнообразию Biodiversity Heritage Libraryобъемом 500 млн страниц. Тем временем веб-ресурс Encyclopedia of Life, созданный с целью публикации в обобщенной форме доступной информации обо всех описанных видах живых организмов, уже содержит данные о половине всех известных видов на планете, а число страниц на нем сейчас, когда пишутся эти строки, приближается к 1,4 млн. Среди других проектов, содержащих дополнительную информацию, объем которой постоянно растет, такие веб-ресурсы, как Global Biodiversity Information Facility, Map of Life, Vital Signs, USA National Phenology Network, AntWiki, FishBase и GenBank, который представляет особый интерес, являясь громадным общедоступным хранилищем последовательностей ДНК. Таким образом, благодаря цифровой революции работа по классификации жизни продвинулась вперед на несколько десятилетий, а может быть, и столетий.

Одновременно с ростом баз данных всех этих ресурсов ведется разработка методов преобразования их содержимого в формат, который бы обеспечивал быструю идентификацию образцов с помощью поисковых систем. Самым эффективным из них, безусловно, является штриховое кодирование. В качестве ключа при кодировании используется последовательность генов митохондриальных ДНК, которые находятся за пределами ядра в каждой клетке и поэтому наследуются только по материнской линии. Удобнее всего использовать один сегмент гена CO1, содержащий всего лишь 650 пар оснований, поскольку его состав существенно различается у разных биологических видов. В большинстве случаев (возможно, даже во всех) для определения вида биологам достаточно знать CO1 — при условии, конечно, что такой вид известен науке. Эта методика также позволяет привести к одному знаменателю совершенно разные этапы развития одного вида: например, она подходит и для гусениц, и для взрослых бабочек, в которых они трансформируются. Кроме того, биологи могут точно определить вид даже по крошечным фрагментам организмов, как это делается при судебно-медицинской экспертизе. Наконец, впервые появляется возможность отделить друг от друга виды, которые настолько схожи анатомически, что стандартные таксономические методы не годятся.

Однако, как водится, любое благое начинание порождает завышенные ожидания. Не стало исключением и штриховое кодирование. Некоторые из тех, кто им пользуется, видят в нем решение проблемы нехватки специалистов по таксономии в научном мире, а также универсальный инструмент, который позволит составить карту мирового биоразнообразия и даже станет заменой доминирующей сейчас иерархической системе классификации на основе названий. Однако этим надеждам вряд ли суждено сбыться. Штриховое кодирование — это всего лишь технология, но не какой-то прорыв в науке или научном знании.

К тому же, скорее всего, работу по изучению биоразно­образия Земли вряд ли удастся завершить до XXIII столетия. Проблема в острой нехватке научных специалистов. Технология без науки — это как автомобиль без колес и карты дорог. Единственное решение проблемы — увеличение числа натуралистов, а именно специалистов по естественной истории. Нам нужно больше специалистов по определенным группам организмов, узких специалистов, занимающихся исследованиями в области классификации видов и их эволюции, тех, кто в сотрудничестве с другими учеными мог бы составить исчерпывающее описание биологии вида в рамках отдельно взятой группы видов. Эти люди должны быть не просто учеными, а историками, хранителями историй, появляющимися по мере накопления сведений о биологии вида. Когда-то ученые-натуралисты входили в авангард биологической науки. Они были и до сих пор остаются в меньшинстве — мастера логоса (логос — рассуждение, построенное на апелляции к рассудку, в трактовке Аристотеля), среди которых териологи — специалисты по млекопитающим, герпетологи — по рептилиям и амфибиям, ботаники — по растениям, микологи — по грибам и далее по всем пунктам длинного перечня Линнея. В настоящее время их число сократилось, виной чему заблуждение, что живая среда менее важна для человечества, чем неживая.

Ученые-натуралисты были и остаются особенными людьми. Они не выбирают отдельный процесс или сложную проблему, чтобы сосредоточить все свое внимание на предмете выбора. Они не готовы посвятить карьеру наблюдению за биохимическим циклом, изучению слоев ядерной мембраны, локализации центров активности головного мозга или достижению какой-либо другой не менее значимой цели. Вместо этого они хотят знать все — буквально все — о биологических особенностях выбранной ими группы существ. В эту группу могут входить не все птицы, а, скажем, только воробьиные Южной Америки; это могут быть не все цветковые растения, а, скажем, только виды дубов в Северной Америке. При этом каждый фрагмент информации воспринимается как ценный и достойный опубликования хоть где-нибудь — хотя бы только в интернете.

Поэтому именно на долю натуралистов выпадают самые удивительные открытия, которые зачастую оказываются еще и самыми важными. Они постоянно сталкиваются с феноменами, которые другие биологи, поглощенные мелкими деталями молекулярного или клеточного строения десятка модельных видов, даже не могут себе представить. Признаюсь, однажды мне довелось испытать настоящую гордость за свою работу и работу моих коллег, когда один известный специалист в области молекулярной биологии представил меня на крупной конференции по поведенческой биологии, куда я был приглашен в качестве одного из основных докладчиков, следующими словами: «Эд относится к числу биологов, совершающих открытия, которые потом становятся предметом нашей работы».

Настоящий ученый-натуралист предан своей группе видов. Он чувствует себя ответственным за них. Он любит их — речь, разумеется, не о земляных червях, печеночных двуустках или пещерных мхах, которые являются объектом его изучения, а о процессе научного исследования, в ходе которого он раскрывает секреты этих организмов и их место в мире. Я уже давно сделал вывод, что биологи разделились на два лагеря, отличающиеся мировоззрением и методикой исследования. Представители первого придерживаются правила, что для каждой проблемы в биологии найдется организм, идеально подходящий для ее решения. Именно благодаря им появились модельные виды: дрозофилы — для изучения дискретной наследственности, кишечная палочка () — в молекулярной генетике, круглый червь () — для изучения строения нервной системы, и далее по всему спектру дисциплин, включая молекулярную биологию, клеточную биологию, биологию развития, нейробиологию и, разумеется, биомедицину. Напротив, представители второго лагеря, натуралисты, исходят из правила, обратного правилу ученых из первой группы: для каждого организма существует проблема, для решения которой он идеально подходит. Например, рыбы из семейства колюшковых отлично подходят для изучения инстинктивного поведения, моллюски из семейства конусов и лягушки-древолазы — нейротоксинов, муравьи и моли — феромонов и далее по всем уровням биологической организации — от скопления клеток до принципов организменной и эволюционной биологии.

К сожалению, представители этих двух лагерей не столько сотрудничают, сколько конкурируют друг с другом, и натуралисты в этом соревновании потерпели сокрушительное поражение. С 1950-х гг., когда родилась молекулярная биология и началась золотая эра современной биологии, произошел глобальный сдвиг, в результате которого большая часть финансирования и внимания общественности стала доставаться адептам структурной биологии и идеи модельных видов. В значительной мере это было обусловлено очевидной связью между этим подходом и медицинскими исследованиями. Начиная с 1962 г. вплоть до конца столетия доля второго лагеря, состоящего из специалистов в области организменной и эволюционной биологии, продолжала стремительно падать, тогда как доля диссертаций по микробиологии, молекулярной биологии и биологии развития достигла рекордного уровня. Несмотря на неоспоримую актуальность естественной истории и исследований в области биоразнообразия с точки зрения экологии и остатков науки об окружающей среде, та же самая тенденция стала прослеживаться и в структуре должностей в исследовательских университетах. Ученые-натуралисты, часто несправедливо объявляемые старомодными и никому не нужными, нашли пристанище в музеях и научных организациях, занимающихся вопросами охраны природы. Но и здесь они столкнулись с постепенным сокращением финансирования и нарастающей неопределенностью.

Эта разница в престиже и поддержке между дисциплинами не идет на пользу ни науке, ни человечеству, которое утрачивает способность защищать окружающую природную среду. Если экология и природоохранная биология когда-нибудь и дорастут до уровня, на котором они смогут обеспечить сохранение биоразнообразия Земли, это произойдет не благодаря теоретическим изысканиям или аэросъемке экосистем, не благодаря исследованиям в области молекулярной или клеточной биологии, но благодаря кропотливой полевой работе таксономистов. Давайте ценить труд не только тех, кто занимается изучением общих характеристик ареалов и мельчайших деталей жизнедеятельности избранных видов бактерий, круглый червей и домовых мышей, но и тех немногих, кто занимается всем остальным, тех, кого становится все меньше и меньше.