Глядя на процесс, занявший несколько веков, мы видим, что заводчики собак обошлись с плотью, как скульптор с материалом. Микеланджело взял глыбу мрамора, удалил лишнее и явил миру статую Давида. Ни крошки мрамора не было добавлено. Генофонд, напротив, все время пополняется (например, новыми мутациями) и одновременно сокращается из-за неслучайной (избирательной) гибели особей. Здесь аналогия со скульптурой исчерпывается, и, как мы увидим в главе 8, ее не следует пытаться применять.
Когда думаешь о скульптуре, то на ум приходят сверхмуску-листые тела бодибилдеров или аналогичные примеры из мира животных, например коровы породы бельгийская голубая. Этот ходячий завод по производству говядины был создан при помощи генетического изменения, известного как удвоение мускулатуры. В организме млекопитающих присутствует мио-статин, ограничивающий рост мышечной массы. Если “выключить» ген, ответственный за выработку миостатина, мускулы вырастут больше обычных. Зачастую один ген может мутировать по-разному, приводя к одинаковому результату. Соответственно, есть несколько способов нарушить работу гена, ответственного за миостатин, и все они приводят к желаемому увеличению объема мускулатуры. Среди прочих примеров нарушения гена миостатина можно назвать породу свиней черный экзотик и отдельных собак со сверхразвитой мускулатурой, относящихся к различным породам. Бодибилдеры достигают схожих результатов при помощи изматывающих физических упражнений и зачастую приема анаболических стероидов, то есть под воздействием факторов внешней среды, эквивалентных по действию с генетическими факторами у бельгийских голубых коров и черных экзотических свиней. Важно, что результат один и тот же. Изменения наследственности и изменения условий окружающей среды могут приводить к одним и тем же результатам. Если вы хотите создать ребенка, который выиграет олимпийскую медаль по тяжелой атлетике, а у вас есть в запасе несколько столетий, можно заняться генетическими манипуляциями в расчете на получение такого же мутантного гена, как и у бельгийских голубых коров. Более того, известны случаи делеций гена миостатина у человека, и мускулатура таких людей действительно переразвита. Если бы в качестве исходного материала у вас был ребенок-мутант и вы заставили бы его качать железо (что трудно проделать с коровами и свиньями), то был бы хороший шанс получить в итоге нечто более гротескное, чем Мистер Вселенная.
Политические противники евгенического подхода к деторождению часто доходят в рассуждениях до абсолютно неверного утверждения, что он в принципе невозможен. Это не только аморально, говорят они, но просто невозможно. К несчастью, то, что некий процесс недопустим с точки зрения морали или политически нежелателен, не означает, что он невозможен. Нет сомнений, что, имея достаточно времени и политического влияния, можно вывести расу превосходных бодибилдеров, прыгунов в высоту или толкателей ядра, спринтеров, сумоистов, ловцов жемчуга, а также художников, музыкантов, поэтов, математиков или сомелье (оговорюсь, что в животном мире нет таких примеров). Я уверен в возможностях селекции в направлении атлетических способностей потому, что необходимые для этого свойства прекрасно достигаются при разведении ломовых и скаковых лошадей, гончих и ездовых собак. В успехе (но не моральной или политической приемлемости) отбора людей согласно умственным или другим уникальным способностям я уверен потому, что есть чрезвычайно мало примеров неудачных попыток искусственного отбора животных, даже по признакам, которые могут казаться неочевидными. Кто бы подумал, к примеру, что собак можно разводить на улучшение пастушьих навыков, для охоты или для травли быков?
Хотите получать высокие надои — на много порядков выше, чем требуется корове, чтобы выкормить теленка? Пожалуйста, к вашим услугам искусственный отбор. Можно добиться того, чтобы вымя коровы увеличивалось до огромных размеров и продолжало вырабатывать молоко еще долго после окончания естественного периода кормления. “Молочных» лошадей никто не выводил, но есть ли у кого-либо сомнения в том, что если бы мы захотели, мы смогли бы? Это же, кстати, справедливо для “молочных» людей, если бы кому-нибудь это понадобилось. Слишком много женщин, сведенных с ума мифом о том, что огромные, как дыни, груди привлекательны, платят хирургам огромные деньги за имплантанты, добиваясь весьма непривлекательных — для меня, во всяком случае — результатов. Неужели кто-либо сомневается, что подобное искажение человеческого тела может быть достигнуто за несколько поколений путем искусственного отбора, как это было проделано, например, с коровами фризской породы?
Лет двадцать пять назад я придумал компьютерную модель, прекрасно иллюстрирующую мощь искусственного отбора: компьютерную игру, имитирующую выращивание выставочных роз, собак или коров. Игрок видит на экране девять фигур-биоморфов, средняя из которых — “родитель» остальных восьми. Все формы образованы на основании примерно дюжины “генов» — набора чисел, передающегося от “родителя» “потомству» с небольшой вероятностью “мутации» — малого изменения численного значения. Каждая форма, таким образом, моделируется на основании уникального набора генов. Игрок, в свою очередь, о генах не знает; он видит девять форм на экране и может выбрать форму, которую он хочет размножать дальше. Остальные биоморфы пропадают с экрана. Отобранная форма перемещается в центр и “порождает» восьмерых “потомков». Игра продолжается так долго, как позволяет время или запас терпения. Внешний вид “организмов» на экране с каждым “поколением» меняется. “Потомкам» передаются только “гены», и игрок, отбирая биоморфов по внешним признакам, неосознанно выделяет и определенный комплект “генов». Точно так поступают и селекционеры.
Биоморфы, созданные программой "Слепой часовщик"
С генетикой, пожалуй, все. Игра становится еще интереснее, если ввести в нее “эмбриологическую» составляющую. “Эмбриология» биоморфа — это процесс, при помощи которого численные значения “генов» влияют на форму биоморфа. Можно представить себе множество эмбриологических схем, и немалое их количество я перепробовал. “Слепой часовщик» — первая программа, которую я написал, — основывается на модели бинарного дерева: “ствол» разделяется на две “ветви», каждая из них — еще на две, и так далее. Количество ветвей, их длина и угол соединения со стволом определяются численными значениями “генов». Важно отметить, что неотъемлемым свойством бинарных деревьев является их рекурсивность. Читателю, желающему узнать об этом больше, следует вооружиться книгой об информатике. Скажу только, что рекурсивность подразумевает: мутация влияет на все дерево, а не на отдельный его участок.
Несмотря на то, что мой “Слепой часовщик» начинает с простого бинарного дерева, он довольно быстро порождает целый калейдоскоп эволюционно развитых форм, многие из которых по-своему красивы, а некоторые (в зависимости от устремлений игрока) могут сильно походить на знакомых нам насекомых, пауков и морских звезд. На иллюстрации вы видите бестиарий, собранный в потаенных уголках компьютерной страны чудес одним-единственным игроком (мною). В следующих версиях программы эмбриологические алгоритмы были усовершенствованы. Это позволило “генам» изменять окраску и форму “ветвей» при помощи мутаций.
Следующую, более сложную программу — “Артроморфы» — я написал вместе с Тедом Келером (тогда он работал в “Эппл»). Эмбриологический алгоритм этой программы учитывает особенности строения насекомых, пауков, многоножек, других членистоногих и предназначен для создания артроморфов — существ, сходных с членистоногими. В книге “Восхождение на пик Невероятности» я подробно описал артроморфов, биоморфов, конхоморфов (компьютерных моллюсков) и подобных им существ.
Конхоморфы — смоделированные компьютером раковины
По стечению обстоятельств, математические свойства алгоритмов развития раковин моллюсков глубоко разработаны и в целом выяснены; поэтому моя программа “Конхоморф» способна создавать формы, чрезвычайно близкие к существующим. В главе 13 я вернусь к этим программам. Сейчас я упомянул о них, чтобы продемонстрировать могущество искусственного отбора, огромное даже в сильно упрощенном пространстве компьютерной модели. В реальном мире сельского хозяйства и животноводства, в мире голубятника и заводчика собак, искусственный отбор может достичь куда большего. Биоморфы, конхоморфы и артроморфы только иллюстрируют принцип. По большому счету, сам искусственный отбор иллюстрирует принцип отбора естественного (речь об этом — в следующей главе).
Дарвин не понаслышке знал о возможностях искусственного отбора и воздал ему должное в первой главе “Происхождения видов». Он рассчитывал подготовить читателя к восприятию величайшего своего открытия — могуществу естественного отбора. Если человек смог превратить волка в пекинеса, а дикую капусту — в цветную, и это за несколько сотен или тысяч лет, то почему неслучайное выживание растений и животных на протяжении миллионов лет не должно иметь сходных последствий?
Дарвин не понаслышке знал о возможностях искусственного отбора и воздал ему должное в первой главе “Происхождения видов». Он рассчитывал подготовить читателя к восприятию величайшего своего открытия — могуществу естественного отбора. Если человек смог превратить волка в пекинеса, а дикую капусту — в цветную, и это за несколько сотен или тысяч лет, то почему неслучайное выживание растений и животных на протяжении миллионов лет не должно иметь сходных последствий?
ГЛАВА 3 ПРИМУЛОВАЯ ДОРОГА К МАКРОЭВОЛЮЦИИ
Глава 2 показала как человеческий глаз, работающий путем селекции на протяжении многих поколений, ваял и вылепливал плоть собак, наделяя огромным разнообразием форм, цветов, размеров и моделей поведения. Но мы, люди, привыкли делать выбор, который является преднамеренным и запланированным. Существуют ли другие животные, которые делают то же самое, что и селекционеры, возможно, без обдумывания или намерения, но с подобными результатами? Да, и они неуклонно продвигают вперед программу разогрева этой книги. Эта глава шаг за шагом начинает искушение разума по мере перехода от знакомой теории собаководства и искусственного отбора к гигантскому открытию Дарвином естественного отбора, через несколько красочных промежуточных стадий. И первый шаг по дороге обольщения ума (было бы видимо чересчур назвать ее дорогой сладостных открытий ?), ведет нас в медоносный мир цветов.
Дикие розы - приятные небольшие цветы, но ничего особенного, чтобы можно было превозносить до небес, скажем, терминами "Мир", или "Прекрасная леди", или "Офелия". У диких роз есть тонкий, легко узнаваемый аромат, но не умопомрачительный, как у "Дня памяти", или "Элизабет Хэрнесс", или "Ароматного Облака". Человеческий глаз и человеческий нос поработали над дикими розами, увеличивая их, формируя их, умножая лепестки, подкрашивая их, совершенствуя цветок, повышая естественные ароматы до пьянящий крайности, регулируя особенности роста, провели с ними в итоге сложную программу гибридизации, пока сегодня, после десятилетий умелой селекции, не были созданы сотни ценных сортов, каждый со своим собственным выразительным или памятным названием. Кто не хотел бы иметь розы, названной в свою честь?
НАСЕКОМЫЕ - ПЕРВЫЕ СЕЛЕКЦИОНЕРЫРозы расскажут ту же историю, что и собаки, но с одним отличием, которое относится к нашей разогревающей стратегии. Цветок розы, еще до того, как человеческий глаз и нос приступили к своей работе по генетическому высеканию, обязан своим существованием миллионам лет подобного ваяния глазами и носами насекомых (ну, точнее антеннами - то, чем насекомые чувствуют запах). И то же самое справедливо для всех цветов, которые украшают наши сады.
Подсолнечник, Helianthus Annuus, это североамериканское растение, которое в диком виде выглядит как астра или большие ромашки. Культурный подсолнечник на сегодня одомашнен до той стадии, когда его цветы имеют размер тарелки. "Гигантские" подсолнечники, первоначально развели в России, 4 - 5,5 метров высотой, диаметр головки близок к 0.3 метра, что более, чем в десять раз превосходит размер диска дикого подсолнечника, и обычно есть только одна головка у растения, вместо многих, намного меньших цветов у дикого растения. Русские стали разводить этот американский цветок, кстати, по религиозным причинам. Во время Великого поста и Филиппова поста, использование масла в кулинарии было запрещено Православной церковью. По причине, которую я, как неискушенный в глубинах богословия, не буду предполагать, подсолнечное масло, было освобождено от этого запрета. Это обеспечило одно из экономических условий, которое стимулировало недавнюю селекцию подсолнечника. Однако, задолго до современной эпохи, коренные американцы культивировали эти питательные и впечатляющие цветы для еды, получения красителей и для украшения, и они добились промежуточных результатов между диким подсолнечником и экстравагантной крайностью современных сортов. Но еще до этого подсолнечник, как и все ярко окрашенные цветы, обязан своим существованием селекции насекомыми.
То же самое верно в отношении большинства из знакомых нам цветов - возможно, всех цветов, которые окрашены иначе, чем в зеленый цвет, и чей запах - нечто большее, чем просто неопределенно растительный. Не вся работа была сделана насекомыми - для некоторых цветов опылителями, которые производили начальную селекцию, были колибри, летучие мыши, даже лягушки - но принцип тот же самый. Садовые цветы были еще в дальнейшем улучшены нами, но дикие цветы, с которых начинали мы, изначально разве что привлекли бы наше внимание, и в силу того, что насекомые и другие селективные агенты существовали до нас. Поколения предков цветов были отбирались поколениями предков насекомых, или колибри, или других природных опылителей. Это являет собой превосходный пример селекции, с той небольшой разницей, что селекционерами выступали не люди, а насекомые и колибри. В конце концов, думаю, разница не принципиальна. И если вы до сих пор со мной не согласны, у меня есть еще кое-что для разогрева.
Что склоняет нас думать, что эти различия существенны? С одной стороны, люди вполне осознанно выводят, скажем, как можно более темную пурпурную розу для собственного эстетического удовлетворения, или потому, что думают, что другие люди заплатят за нее деньги. Насекомые производят селекцию, конечно, не из эстетических соображений, но по причинам... Хорошо, тут мы должны немного отступить, и взглянуть в целом на проблему взаимоотношений цветов и их опылителей. И вот от чего мы можем оттолкнуться в наших рассуждениях. По причинам, в которые я не буду вдаваться в настоящее время, суть полового размножения в том, что вы не должны оплодотворять сами себя. Если вы бы делали это, в конце концов, не было бы смысла возиться с половым размножением изначально. Пыльца должна как-то попасть с одного растения на другое. Растения-гермафродиты, у которых есть женские и мужские органы в одном цветке, часто изощряются, чтобы не допустить самоопыления мужскими частями цветка женских частей. Сам Дарвин изучал изобретательный способ, которым это достигается в первоцветах.
Принимая необходимость перекрестного опыления как данность, каким образом цветы умудряются доставить пыльцу через физический промежуток, который отделяет их от других цветов того же вида? Самый очевидный способ — ветер, и множество растений, используют его. Пыльца - мелкий, легкий порошок. Если Вы выпускаете достаточно пыльцы при легком ветерке, одному или двум зернам, возможно, повезет приземлиться в нужном месте на цветке нужного вида. Но опыление ветром расточительно. Необходимо производство огромного количества пыльцы, как известно страдающим сенной лихорадкой. Большая часть пыльцы приземляется где-то в другом месте, чем должна была, и вся энергия и ценные материалы оказываются потраченными впустую. Гораздо более эффективно сделать процесс опыления целенаправленным.
Почему же растения, подобно животным, не решат перемещаться в пространстве в поисках другого растения того же вида, чтобы спариться с ним? Это гораздо более сложный для понимания вопрос, чем может показаться на первый взгляд. Будет порочным кругом просто утверждать, что растения не ходят, но боюсь, мне придется пока этим ограничиться. Факт в том, что растения не ходят. А животные ходят. И животные летают, и у них есть нервные системы, способные направить их к особым целям с искомыми формами и цветами. Так что, если бы можно было каким-то образом убедить животных посыпать себя пыльцой, а затем пойти или желательно полететь на другое растение правильного вида...
Ну, ответ ни для кого не секрет: именно это и происходит. История в некоторых случаях очень сложна и во всех случаях увлекательна.
Многие цветы используют взятку в виде пищи, как правило, нектар. Возможно, взятка - слово с неправильным подтекстом. "Оплата за оказанные услуги" если вам будет угодно? Меня удовлетворит и то и другое, пока мы не поймем их в ошибочно человеческом смысле слов. Нектар - сладкий сироп, и он изготавливается растениями специально, и только для оплаты и заправки пчел и бабочек, колибри, летучих мышей и другого наемного транспорта. Его производство - дорогостоящее дело, забирающее долю энергии солнца, захваченную листьями - панелями солнечных батарей растения. С точки зрения пчел и колибри, это - высокоэнергетическое авиационное топливо. Энергию, заключенную в сахаре нектара, можно было бы использовать в других "секторах экономики" растения, возможно, отрастить корни, или заполнить подземные хранилища, которые мы называем клубнями и луковицами, или даже сделать огромное количество пыльцы, чтобы предать ее четырем ветрам. Очевидно, что для большого числа видов растений компромисс достигается в пользу оплаты крылатых насекомых и птиц для заправки их летательных мышц сахаром. Однако это не всецело подавляющее преимущество, и некоторые растения действительно используют опыление ветром, по-видимому, потому что обстоятельства их экономических условий смещают их баланс в эту сторону. У растений есть энергетическая экономика и, как и в случае с любой экономикой, компромиссы могут благоприятствовать различным вариантам в различных обстоятельствах. Кстати, это важный урок в эволюции. Различные виды делают вещи по-разному, и мы часто не понимаем различия, до тех пор, пока не изучим всей экономики вида.