Эти новые разновидности энергопоглощающих углеродных молекул продолжали кипеть в первичных морях Земли, пока в конце концов не обретали новую способность воспроизводить свои копии, прежде чем распасться. Они позаботились о сохранении своей физической идентичности, продолжая существование в виде собственных копий. Но ввиду разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца далеко не все эти копии оказались идентичными «родителям» — молекулам, от которых они произошли. Большинство незначительных отклонений наносило вред «дочерним молекулам» и работало против их сохранения. Тем не менее некоторые разновидности получились более энергоэффективными, чем их «родители», и в этом случае новая структура зачастую вытесняла прежнюю. Чем дольше продолжался процесс, тем больше появлялось энергоэффективных молекулярных комбинаций.
Со временем у этих сложных углеродных макромолекул развились и другие способности, которые довели до максимума их потенциальную стабильность. К числу этих способностей, развившихся у макромолекул, относятся питание (способность поглощать энергию), пищеварение (способность усваивать энергию, служащую пищей), выведение отходов (способность макромолекулы избавляться от вредных побочных продуктов переваривания энергии) и передвижение (способность перемещаться из одного места или одного положения в другое). Эти самовоспроизводящиеся и потребляющие энергию макромолекулы продолжали развиваться, а я заметил, что из моих учебников органической химии выросла новая наука — биология.
Как и во всех прочих науках, в биологии сложилась своя терминология. К примеру, в биологии молекулы, способные совершать функции, перечисленные выше, назывались «живыми». Когда молекула создавала свою копию, этот процесс теперь назывался «рождением». А когда одна из таких молекул в конце концов распадалась, это явление называлось «смертью».
Первые из существующих формы жизни размножались неполовым способом: это значило, что им требовалась всего одна материнская (родительская) клетка, чтобы разделиться на две обособленных дочерних клетки. Опять-таки ввиду разрушающего действия солнечного излучения у потомства наблюдались незначительные мутации, в результате которых оно несколько отличалось по структуре от своих предшественников. Более энергоэффективные разновидности выживали с большей вероятностью. У выживших было больше всего шансов воспроизвестись и, следовательно, передать дальше характеристики (черты), дающие им преимущества. С другой стороны, наименее энергоэффективные разновидности с большей вероятностью прекращали воспроизводиться и погибали. В моих учебниках биологии приводился конкретный термин для этого процесса «прополки» или «отбраковки» организмов — естественный отбор. Благодаря процессу естественного отбора органическая материя — жизнь — продолжала эволюционировать.
Для того чтобы вести учет постоянно изменяющимся «живым» материальным структурам, биологи подразделили их на несколько категорий в зависимости от присущих характеристик. Первые формы жизни, появившиеся на Земле, в своем развитии образовали две отдельных ветви. Представителям одной из них источником энергии служил земной кислород, представителям другой — углекислый газ. Биологи ввели для этих первых двух форм жизни две отдельных ступени классификации — царства. Формы жизни, которые снабжал энергией углекислый газ, были отнесены к царству растений, а те, которые использовали кислород, — к царству животных. Со временем эти два царства продолжали развиваться и становились все более обособленными, в каждом появилась обширная группа уникальных форм — видов. В последующие три миллиарда лет мириады видов расселились по планете, окутав поверхность Земли тонкой органической оболочкой.
Через три миллиарда лет после начала эволюции моря уже были наполнены разнообразными формами растительной и животной жизни. Примерно в это же время у одного из морских животных развился позвоночник — защитный чехол, окружающий часть нервной системы организма и помогающий распределять нервные клетки по всей длине тела. Так в классификации появилась новая категория животных, которых биологи относят к подтипу позвоночных. По мере появления у позвоночных новых различий биологи помещали их в отдельные подкатегории — классы. Первым из позвоночных выделился класс (надкласс) рыб.
Примерно через сто миллионов лет у некоторых из этих рыб развилась способность передвигаться не только в воде, но и по суше. Биологи называют их амфибиями, или земноводными. Еще через сто миллионов лет из амфибий развился еще более новый класс позвоночных, живущих только на суше. Их назвали пресмыкающимися, или рептилиями.
На протяжении следующих пятидесяти миллионов лет некоторые рептилии эволюционировали таким образом, что их чешуя заменилась перьями, кости стали полыми, появилась способность летать. Так возникли птицы. Прошло еще примерно сорок миллионов лет, и из рептилий развились другие сухопутные существа — млекопитающие. Млекопитающие отличались от своих предшественников, рептилий, тем, что их эмбрионы развивались внутри организма матери, а не в яйце, находящемся во внешнем мире. Млекопитающие вырабатывали молоко, которым кормили детенышей, были покрыты шерстью, обладали таким свойством, как гомойотермность (теплокровность) и, что самое важное, имели значительно большие размеры мозга, что позволяло им демонстрировать в ответ на внешние раздражители гораздо более сложные реакции, чем проявляли другие формы жизни на Земле.
В классе млекопитающих различают шестнадцать подклассов, называемых отрядами. В качестве примеров отрядов можно назвать грызунов (крысы, мыши, белки и пр.), плотоядных, или хищников (кошки, собаки, медведи и пр.), китообразных (дельфины, киты, морские свиньи), парнокопытных (коровы, овцы, козы, олени и пр.). Примерно через сто миллионов лет после первого появления млекопитающих, и, вероятно, пятьдесят миллионов лет назад, развился еще один отряд млекопитающих — приматы. Приматы отличались от других млекопитающих тем, что в процессе эволюции обрели такие адаптивные свойства, как стереоскопическое зрение, повышенная подвижность пальцев, дополненная противопоставленным большим пальцем, и большие размеры головного мозга, особенно коры больших полушарий (той части мозга, где хранятся воспоминания и преимущественно происходит когнитивный процесс).
…Сто тысяч лет назад появился новый вид: Homo sapiens, то есть «человек разумный»
Время шло, приматы продолжали развиваться, становясь все более разнообразными, пока среди них не появилось семейство гоминидов. В отличие от предков, передвигающихся на четырех конечностях, гоминиды могли подниматься на две. Благодаря новой адаптации эти животные получили возможность пользоваться двумя высвободившимися конечностями, чтобы удерживать предметы, переносить их, манипулировать ими и в то же время продолжать идти. Развитие гоминидов продолжалось до тех пор, пока сто тысяч лет назад не достигло кульминации с появлением нового вида — Homo sapiens, то есть «человека разумного», более известного как просто человек (люди). У этого животного развились голосовые связки, позволяющие издавать разнообразные звуки, в итоге процесс коммуникации между людьми стал более совершенным. Мало того, в мозге человека сформировались структуры, позволяющие объединять звуки таким образом, чтобы придумывать и произносить слова — сочетания звуков, обозначающие объекты. С помощью слов люди смогли точнее выражать свои мысли. Это свойство в сочетании с развитой способностью накапливать и обрабатывать информацию сделало Homo sapiens самым могущественным существом на Земле.
Прежде чем продолжить перечисление свойств, имеющихся исключительно у человека как животного, мне хотелось бы кое-что прояснить. Всего на нескольких страницах я перескочил от происхождения первой органической материи к возникновению человечества. Но каким образом произошла эта эволюция? Как получилось, что всего за три с половиной миллиарда лет простая клеточная оболочка превратилась в плоть, вакуоль — в сложную систему пищеварения, а из ядра клетки образовался головной мозг? Как чешуя рептилий преобразилась в перья, а их лапы стали крыльями? Какая понадобилась органическая алхимия или молекулярное колдовство, чтобы превратить одни существа в другие? В качестве примера возьмем человека.
Две клетки, сперматозоид и яйцеклетка, встретились. Эти две клетки отличаются от всех прочих клеток человеческого тела тем, что каждая содержит половину набора хромосом организма-хозяина. В ядре сперматозоида заключена половина отцовских хромосом, в яйцеклетке — половина материнских. Когда две клетки с неполными наборами хромосом встречаются, когда происходит оплодотворение яйцеклетки, два неполных набора хромосом объединяются и рекомбинируются, образуя одну уникальную клетку с полным набором хромосом.
Этот полный набор хромосом внутри свежеоплодотворенной клетки — нечто вроде программы, содержащей все материалы, необходимые для создания полностью развитого человеческого существа. Сами хромосомы состоят из генов. В каждом гене содержится информация об одной или нескольких потенциальных физических особенностях индивида. К примеру, один ген может нести информацию, определяющую пол человека, другой обусловить его цвет кожи, третий — рост, цвет волос и т. п. Этот список физических характеристик можно продолжать для всей анатомии, от формы головы до подошв, и все эти параметры будут храниться в генах.
А что же такое гены? По словам биолога Уильяма Китона, ген — это «единица наследственности, часть молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты)»{2}. Вот техническое описание этой молекулы, составленное Китоном:
Молекула имеет лестничную структуру, где две вертикальных части состоят из чередующихся фосфатных групп и сахара, а поперечины — из парных азотистых оснований. Каждую поперечину образуют одно пуриновое основание (любое из нескольких двухкольцевых азотистых оснований) и одно пиримидиновое (любое из нескольких однокольцевых азотистых оснований). Если в качестве пурина выступает гуанин, тогда парный ему пиримидин — всегда цитозин; если пуриновое основание — аденин, тогда пиримидиновое — тимин. Аденин и тимин соединены двумя водородными связями, гуанин и цитозин — тремя{3}.
Итак, гены состоят из ДНК, макромолекулы, образованной комбинацией молекул сахара, фосфатов и молекул с азотистыми основаниями, и все они имеют форму витой лестницы, или так называемой двойной спирали. В сущности, гены состоят из молекул. А что такое молекулы? Это структуры из двух и более атомов. К примеру, молекула сахара вроде тех, которые входят в состав ДНК, образована сочетанием атомов углерода, кислорода и водорода.
Атомы углерода, кислорода и водорода, азотистые основания, фосфаты — все это необходимые ингредиенты для создания человеческого существа. В определенном расположении этих атомов зашифрована вся информация, необходимая для образования физического облика человека, собранная еще до того, как он станет полностью сформировавшимся эмбрионом и задолго до того, как он родится. Пол человека, цвет глаз и кожи, рост, зрение, слух, предрасположенность к психическим или физическим заболеваниям — астме, диабету, шизофрении, болезни Альцгеймера и аллергии, а также такие черты личности, как склонность к застенчивости, агрессивности, любопытству, депрессии, занятиям спортом, способности к музыке и математике, общительность, не говоря уже о многих других примерах, — все это присутствует в первой оплодотворенной яйцеклетке, как квинтэссенция нашей физической и психологической жизненной истории, изложенная в момент нашего зачатия.
Итак, сперматозоид и яйцеклетка встречаются и образуют одну оплодотворенную яйцеклетку, насыщенную информацией. В этой первой клетке заложены инструкции о делении. Как только оно происходит, начинается существование будущего человека в виде двух клеток, и каждая содержит всю необходимую информацию для полного развития человеческого существа. Затем каждая из этих двух клеток воспроизводит сама себя, и так далее, до тех пор пока не образуется скопление клеток. Внутри каждой хромосомы в этих клетках хранится информация, которая теперь даст клеткам сигнал продолжать воспроизводство специализированных клеток — нервных, кровяных, мышечных. С появлением этих специализированных клеток эмбрион будет продолжать расти и приобретать характерные особенности до тех пор, пока через девять месяцев не будет готов покинуть материнское чрево.
Следовательно, по большому счету, все наши черты предопределены с момента нашего зачатия. Но что подразумевается под чертами? Характеристики, отличающие не только один вид от другого, но и отдельных представителей одного вида друг от друга. Откуда же берутся эти черты? Происходят от информации, хранящейся в генах, того самого уникального расположения атомов, которое образует хромосомы организма.
…Все наши личностные черты предопределены с момента зачатия
К примеру, тот факт, что у всех рыб есть жабры, подразумевает, что где-то в хромосомах рыбы есть ген или группа генов, приказывающих эмбриону рыбы на стадии развития обзавестись жабрами. И это справедливо не только для рыбьих жабр, но и для всех физических характеристик, которыми обладает рыба. Поскольку ни одна черта не развивается по своему хотению, это означает, что для каждой черты, имеющейся у рыбы, должен быть соответствующий ген или группа генов, ответственных за ее возникновение. Если только мы не верим, что у всех рыб есть жабры в результате какой-то невероятной случайности или совпадения, нам остается принять генетическое, эволюционное объяснение этого явления. Если у рыбы есть жабры, значит, должны существовать и «жаберные гены». Если у рыбы имеются плавники, значит, должны существовать «плавниковые гены», и т. д., и т. п., пока не будут перечислены все до единой физиологические характеристики рыбы. В этом отношении развитая особь представляет собой совокупность черт, которые соответствуют информации, заложенной в генах этой особи, а эта информация была определена еще в момент зачатия особи.
Поскольку у каждого вида свой уникальный набор характеристик, значит, каждый вид должен обладать собственным уникальным набором генов. Тот факт, что у рыбы есть жабры, означает, что молекулярная структура ее генов должна отличаться от структуры существа, у которого нет жабер. Поскольку жабры есть у всех рыб (разумеется, кроме тех видов, которые в результате мутаций стали исключением из этого правила), значит, «жаберные гены» должны присутствовать в ДНК всех рыб.
Поскольку каждая особь развивается из воспроизведенного половым путем организма, образованного уникальным сочетанием хромосом двух родителей, особи в той или иной мере отличаются друг от друга. Так, несмотря на то что у всех рыб есть «жаберные гены», жабры одной рыбы будут несколько отличаться от жабер другой.
То же самое справедливо и для людей. Хотя все мы наделены генами, приказывающими нам развиваться с двумя глазами, глаза каждого человека немного отличаются от глаз других людей. Это относится ко всем характеристикам, которыми мы обладаем как вид. О чем бы мы ни говорили — о росте, слухе, строении скелета или лица, состоянии сердца, почек, иммунной системе, — все наши компоненты хоть чем-нибудь да отличаются от составляющих любого другого человека. В каком-то смысле каждая часть нашего организма, от каждой клетки до органа, уникальна, как и отпечатки наших пальцев: они есть у всех, но среди отпечатков не найти двух совершенно одинаковых.
Что касается этих небольших различий между особями, то в условиях постоянной конкуренции те из них, чьи отличия оказывались наиболее подходящими к окружению или адаптируемыми к нему, пользовались значительным преимуществом, следовательно, с большей вероятностью выживали. В свою очередь, у выживших вырастала вероятность воспроизводства. А те, у кого было больше шансов произвести себе подобных, имели также больше шансов передать будущему поколению свои гены вместе с чертами, обеспечивающими преимущество.
Как среди особей нет двух совершенно одинаковых, так и в двух поколениях одного вида не может быть абсолютно одинакового генофонда. Поскольку каждое поколение проходит сквозь очередной фильтр естественного отбора, каждое из них, вероятно, лучше приспособлено к своему окружению. В этом смысле жизнь — состояние вечного течения и движения, при этом любой вид постепенно обретает зрелость и развивается с каждым новым поколением.
Приведу гипотетический пример работы процесса естественного отбора. Представьте себе равнину с сочной травой и деревьями. По этой земле бродит похожее на лошадь гипотетическое существо ростом три фута (0,9 м), которое я назову неквусом. Самец и самка неквуса спариваются, у них появляются трое детенышей неквусов. Ввиду сочетания генов двух родителей неудивительно, что все три детеныша будут отличаться друг от друга. К примеру, возьмем рост потомства, определяемый законами генетической изменчивости: вполне возможно, что кто-нибудь из троих детенышей вырастет либо выше, либо ниже своих родителей. Но вернемся к равнине неквусов: представьте себе, что некое событие в мире геологии преобразило некогда цветущий уголок в засушливый. В новых условиях большая часть растительности погибла. И травоядным неквусам внезапно пришлось вести ожесточенную борьбу за быстро иссякающие источники пищи. Увы, среднестатистический неквус, рост которого всего три фута (0,9 м), сможет дотянуться только до нижних веток местных деревьев, которые практически все уже объедены.