Страница 33 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Естественный отбор в своей классической форме и участие в нём случайностей обычно иллюст­ри­руют схемами типа рис. 3.1.

Дан некоторый биологический вид живых существ, возникший по не объяснённым причинам. Его характеризует набор определяющих при­з­наков (ось абсцисс на рис. 3.1). Это может быть объём и метабо­лизм мышечной массы, опре­де­ля­ю­­щий скорость бега. Или размер хвоста пав­лина, для существо­ва­ния которого трудно обнару­жить явное предназначение.

Естественный отбор зак­лю­чается в том, что какие-то из индивиду­умов, параметры которых по данному признаку отвечают задан­ным ин­те­р­валам на оси абсцисс (отсчитанным от положения на ней максимума кривой), дают мень­­ше потомства (эти интер­ва­лы выделены на рис. 3.1 бо­лее жирной линией на оси при­з­на­ков и вертикальной чер­той).

Понятие – дают меньше по­томства – отнюдь, далеко не просто, хотя в дарвинизме об этом если и упоминают, то скорее как исключения. Поясню его бо­лее полно и в терминологии этой работы.

Пред­­­ставитель новой так­­соно­ми­ческой градации воз­никает на ос­но­ве прин­­­ципа мак­си­му­ма про­изводства энтропии (инфор­мации). Он дол­жен только выжить. Для этого существенна абсолютная скорость раз­множе­ния, задающая про­из­вод­ст­во эн­т­­ро­пии в той её части, которая зависит от об­щей численности N. Но именно этот случай относится к тем, которые не могут быть описаны в терминах дарвинизма.

Например, для крыс плодовитость есть условие вы­жи­вания как ви­да, но для тигров без относительно малой рожда­е­мо­с­ти выжива­ние было бы невозможным. Однако для тигров оптимизация в этом ста­ла угрозой вымирания при изменении внешних условий, вызванном человеком.

Дарвиновский отбор в своём классическом виде оптимизации, как под­чёркивалось выше, содержит в себе элементы выживания выживаю­щих. Условия для этого сложные и, в частности, влючают в себя мини­ми­­за­цию количества потомков и риск уничтожения вида за счёт этого при измене­нии внешних условий.

Расположение интер­ва­лов умень­шения пло­до­ви­то­сти по от­но­ше­нию к мак­си­му­му N0 распределения случайностей признаков задаёт три укруп­нён­ных ва­ри­анта пос­ледствий отбора.

Первый из них (А на рис. 3.1) есть несимметричное располо­же­ние интервала умень­шения выживания выживающих по отношению к мак­си­муму рас­пре­деления. Гауссов­с­кий закон распределения нару­шить труд­­нее, чем вызвать сме­­щение его максимума или де­­формацию относи­тель­ной ши­­­рины и высоты. По­этому не­сим­метрия отбора приводит к сме­щению в по­пу­ляции мак­си­мума распре­де­ления по дан­но­му приз­на­ку, которое обычно рас­прост­ра­няется на весь вид в целом (А на рис. 3.1). Такую реализацию дарвинизма называют напра­в­ленным отбором.

Обычная трактовка в литературе на­прав­ленного отбора явно или чуть скры­то подразумевает существование це­ли отбора. Это ошибка. Не цель, а невозможность выжить, есть причина, задающая направле­ние от­бо­ра. Результат та­кого на­­прав­лен­ного отбора в большинстве слу­ча­ев есть вы­ми­­ра­ние вида. Вероят­ность положительного для вида ре­зуль­тата направ­лен­­но­го отбора мала. То, что запоминается из случайных вариантов нап­рав­лен­ного отбо­ра, час­то гро­тескно уникально, несмотря на то, что, казалось бы, “цель”-оптими­за­ция должна это исключать.

Вымирание индивидуумов или вида в целом не вос­при­нимается че­ловеком как результат нап­рав­ленного отбора. Человек видит выжив­ших – гротескное, удиви­тель­ное нагромождение преимуществ для рав­­но­­­вес­ного существования вида. Имен­­но эта иррациональность сочетания случайностей и их ре­зультатов создаёт впе­чат­­ле­ние какой-то невероят­но мудрой, удивительно рацио­наль­ной, предзадан­ной “цели” направ­лен­но­го отбора. Но её нет и быть не может.

Идеального оптимума для форм жизни нет. Любая таксоно­мичес­кая градация, в частности виды, содержит неоптимальность. Она во мно­гих случаях явно видна как терпимые для вида уродства, прояв­ля­ю­щи­е­ся в том числе и в максимуме распределения N0 . Роль уродств в эволюции жизни понимали предшественники Дарвина, особенно, Мопер­тюи. Био­ло­гам известно как приз­нанный эмпирический закон, что уродства од­но­го из видов, час­то ста­новятся признака­ми, важней­ши­ми для выживания у последующих. Пример. Аппарат ге­нерирования звуков для по­пу­гаев не содержит прис­по­­со­би­тель­ных преимуществ. Сорочье любо­пыт­ство к не­по­нятным пред­ме­там – терпимая издержка отбора. Именно подобное, а не цель, есть глав­­­ная осо­бен­ность естественного отбора. При­­меров мож­но приводить столько, сколько видов живых су­ществ бы­ло в прошлом и есть сейчас на Земле.

В жарком и влажном тро­пи­ческом климате метаболизм активен. По­­э­тому энергетика живых су­ществ позволяет им иметь самые разные фор­­мы и излишества. Дарвин  задумался над задачей эволюции жизни имен­­­но потому, что случайно попал в такую экологическую нишу. Се­го­д­­ня, чтобы такое посмотреть, не надо путешествовать на корабле “Бигль” – стали массовыми демонстра­ции те­ле­визионных фильмов и вы­пуск видеокассет о животном и расти­тель­­ном мире в кли­матических ни­шах, в частности, саванны, тропиков, субтропиков. Присмотритесь к лю­бо­­му та­кому фильму – ошеломляющая гротескность выживания.

Например, не мо­жет выжить громоздкая малоподвижная ящерица, питающаяся быст­ры­ми в реакции и движениях насекомыми. Но ведь она существует. Зем­но­вод­ные, питающиеся насекомыми, представлены мно­ги­ми ви­дами. У них ведущий признак для от­бо­ра связан с актом прог­ла­ты­­вания несеко­мо­го в качестве пищи. В этом слу­чае бли­­же всего к ко­неч­ному ре­зультату рот земноводных, а в нём язык. Оптимизирующий от­бор перебирает самое близкое к конечному резуль­тату – форму язы­ков, их функции, мышеч­ную силу.

Такой отбор происходит из случайностей и даёт разные за­пом­нен­ные слу­­чайные формы. Среди них есть как высоко совершенные, так и с тру­дом совместимые с выживанием или узко специализирован­ные. В ре­зуль­тате отбор из случайных “конструкций” языков поз­воляет на ос­но­ве “недо­с­туп­ной пищи” не только выжить многим ви­дам земновод­ных, но и при­во­дит к гротескному совершенству в виде стреляющего длинного язы­ка, да ещё с тарелкообразной присос­кой на конце.

Но механизм отбора, приводящий к новым видам, систематически (ещё от Ламарка) трактуют вульгарно, вводя в его основу внешне легко наб­людаемые при­знаки  ящерица тянется за насекомыми и это со­вер­шен­ствует и ви­до­изменяет её язык.

Как правило, отбор происходит с уча­­с­тием или на основе скрытых признаков. Среди них при отборе во многих случаях решающее есть слу­чай­ные гене­ти­­чес­кие ва­ри­а­­ции про­изводства гормонов и рецепторов к ним. В максимальной степени влияют на итог эволю­ции по­ло­вые гор­мо­ны и гормоны роста типа соматотропина. Поло­вые гормоны управляют не только размножением, но и силой, разумом, работоспособностью и агрессивностью. Гормоны роста и чувствитель­ность их рецепторов оп­ре­деляют, в частности, раз­меры костей скелета, а также организма в целом и его про­пор­ции.

Жираф имеет столько же позвонков в своей знаменитой шее, как и другие млекопитающие. Небольшие изменения производства гормонов рос­та и чувствительности их рецепторов привели к уроду с невероятно длинными ногами и шеей. В саванне, плотно насе­лён­ной большим чис­лом раз­ных видов жизни, содержащей устоявшиеся оп­ти­­ми­зированные пи­ще­вые це­поч­ки – растения, травоядные, хищник-жертва – этот урод ока­зался не слиш­ком привлекательным для хищников и одновре­мен­но обес­пе­чен­ным растительной пищей, недоступной другим. Поэто­му он вы­жил. По­яс­ню подробнее.

У хищ­ников при всей их мышечной силе, скорости бега и остроте зубов нет абсолютного преимущества, например, перед травоядными ко­пыт­ными. Чтобы их съесть хищник не только должен их дог­нать, но и ухватить за строго определённые места. Лев может справиться с травояд­ны­ми типа буйвола, которые больше его и имеют не­шуточные рога, по­тому, что может рывком догнать его и сзади вспрыгнуть на него, а потом совсем непростыми уси­лиями дотянуться до его шеи, с большим трудом пе­режимая и про­ку­сывая сонную артерию. При других вариантах атаки буйвол уй­дёт (он может быть вскоре от ран и погибнет, но не как добыча для пропитания льва). Более мелкие хищники на буйвола не позарятся. Но и антилоп, зебр и подобных им зубы и скорость бега этих хищников поз­воляют съесть только в том случае, когда преследо­ва­тель вцепится им в мягкое подбрюшье. Тогда, очевидно в результате болевого шока, жертва ста­но­вит­ся их пищей.

Жираф – урод, а не чудо целенаправленной приспособленности. Длинные ноги какие-то преимущества в скорости бега ему дают. Но не это, а именно уродство для него становится главным в защите. Под­брю­шье жирафа слишком высоко для того, чтобы до него допрыгнули отно­си­тельно мелкие хищники. Сонная артерия так высоко, что и льву до неё не добраться. Для хищников “виноград” оказывается “зелен” – есть бо­лее доступная пища. В результате у человека воз­ни­кает вульгаризация “направленного” отбо­ра – у жирафа длинная шея потому, что он из по­коления в поколение тянулся за зеленью на де­ре­вь­ях. Для противников дарвиновского естественного отбора жираф (столь же вульгаризованно) становится примером отсутствия переходных форм, у которых постепен­но эволюционно из поколения в поколение удли­ня­ет­ся шея.

Генетические вариации, приводящие к увеличению размеров ко­неч­­­ностей и скелета в целом (например, из-за изменений продукции гормона роста – со­ма­тотропина и/или чувствительности его рецепторов), проявляются у всех млекопитающих. На­при­­мер, они существуют у человека в виде бо­лез­ни – гигантизма. Её воз­никновение связано с врождённым (гене­ти­чес­ким) изменением обла­с­ти мозга – гипо­фи­за (хотя оно и может быть при­об­ретен­о в процессе жиз­ни, напри­мер, в ре­зуль­тате травм или опу­холей мозга). Как генетическое изме­не­ние гигантизм не может стать при­з­наком для отбора у человека потому, что, как пра­ви­ло, сопро­вож­да­ет­ся атро­фи­ей гениталий и невозможностью дать потом­ст­во как у муж­чин, так и у женщин. В предистории человека бы­ли гиганты – мегантропы и гиганто­пи­те­ки. Возможно, что гиган­тизм (в ви­де болезни) сохранился в ге­номе че­ловека как след их су­ще­ст­вования. Мо­жет быть они и вымерли по­тому, что “направленный от­бор” по приз­на­ку раз­мера тела при­вел эволюцию в тупик гене­ти­чес­­кой болезни.

Схемы, подобные рис. 3.1, распространены в лучшей части литера­туры о дарвинизме. Но даже в ней часто не огова­ри­ва­ется важнейшее – не­прерывная эволюция в процессе дарвиновского опти­ми­зи­рующего от­бо­ра может быть явно про­­слежена только для от­дель­­ных приз­наков на оси абсцисс, которые не обяза­тель­но вульгарно видны. И для них она вклю­­чает в себя множество настолько не­жиз­не­спо­собных форм, что их представители гибнут до рождения.

Выявить переходные формы на уровне тонкостей биохимии мета­бо­лизма можно только с по­мо­щью сложных при­жиз­ненных биохимичес­ких анализов. В палеонтологических на­ходках они не могут быть отра­же­ны. В результате возникает много случаев, когда даже са­мый простой – оптимизирующий – дарвиновский отбор (даже в случае непрывности слу­чайных изменений) внеш­не будет наблюдаться как ска­чок вульгар­ных признаков. Он может быть внутренне строго непрерыв­ным, хотя не было выживших даже в одном экземпляре переход­ных форм. Не то, что они не сохранились или не найдены палеонтологами  они были, но мёртворождёнными или даже нерождёнными.

Или ещё пример. Отложения жира в организмах, например, млеко­пи­тающих есть высокоэффективный аккумулятор энергии, необходимой для выживания в условиях сезонности пищевых ресурсов. При вынаши­ва­нии плода самки ограничены в поисках пищи. Без запа­сов жира они не могли бы воспроизводить потомство. Не случайно имен­но женские гор­мо­ны в значительной степени ответственны за накопле­ние жира.

Однако в этом отклонения сверх необходимой потребности – ожи­ре­ние – распространённая гормональная бо­лезнь млекопитаю­щих, содер­жа­щая во многих случаях генетическую ос­но­ву. Это одно из харак­тер­ных для них уродств. В мире диких животных уви­деть болез­нен­ное ожи­ре­ние трудно – хищники получают значительные преи­му­ще­ст­ва по от­но­ше­нию к таким особям и они уничтожаются на самых ран­них ста­ди­ях ожи­­рения. У самих хищников с такой наследственностью быс­т­ро воз­ни­­ка­ют трудности в обеспечении себя пищей. 

Однако для водных млекопитающих под­кож­ный жировой слой – эффективная защита от потери тепла. Поэтому отбор по признаку ожи­ре­ния становится высоковероятным направлен­ным отбором – вариации ге­не­тической изменчивости, которые были га­ран­тиями гибели особи, пре­в­ра­щаются в источник направ­ле­ния отбора, приводящий к “цели”. Опять появляется вульгаризация – киты как вид накопили жир с целью защиты от хо­лода в воде. Обратите внимание. Теплопередача остаётся причиной сущест­во­вания у водных млекопи­та­ющих жирового слоя как при пра­виль­­ном, так и при вуль­гар­ном подходе. Но различие в этих подходах су­­щественно. Поясню это ещё раз.

Задано нормальное гауссовское распределение случайностей в про­изводстве и рас­пределении жира в организме млекопитающих. Оно зависит от вари­а­ций от­но­си­тельной концентрации мужских и женских гормонов (в орга­низ­мах обоих полов) и чувствительности к ним рецепто­ров, регулиру­ю­щих производство и отложение жира. Количество жира при взаимодей­ст­вии  с внешней средой может становиться поло­жи­тель­ным или отрица­тель­ным признаком отбора. Этим симметрия распреде­ле­ния случай­но­с­тей нарушается – сдви­гается максимум распределения слу­­чайностей по оси признака (коли­чест­ва жира в организме). Если в ре­зуль­тате вид при­шёл в равновесие с внешней средой, то разброс коли­чест­венной величи­ны его признаков опять описывает гауссовское рас­пре­деление случайно­с­тей, но положе­ние его максимума – иное. Не цель этому причина, а невоз­мож­ность вы­жить.

Отбор во всех формах – даже искусственных, когда цель явно пос­тав­лена извне человеком, – только кажущимся образом целенаправлен.

 Из­­быточность производства энергии – харак­тер­ная особен­ность всех форм жизни. Защита человека вызывает немед­ленный ответ на одо­маш­­ни­­вание животных – появления избыточного веса и жира. Человек за­щи­ща­ет их от вымирания при избыточном весе. Но в этой тенденции со­дер­жится дополнительная специфика.

Напри­мер, дикий кабан агрессивен и, отнюдь, не слишком жирен. Агрессивностью глобально управляют мужские поло­вые гормо­ны. От­ло­же­ниями жира – женские. Несомненно, что первичной целью челове­чес­кого отбора при одомашнивании кабанов было их миролюбие. Результат – домашние свиньи. Они – образец миролюбия даже в народ­ных сказках. Побочный результат, зависящий от пока не иссле­дованных особенностей рецепторов гормонов у исходных диких ка­банов – свиньи как произ­во­ди­тели в ка­чест­ве продуктов питания человека не только мяса, но и жи­ра. Отбор с целью удобства домаш­него со­дер­жания дикого животного за­ко­номерно привёл к поколениям, у ко­то­рых выделены генетические ва­риации, приводящие к специфическому действию женских гормонов. По­бочным ре­зультатом отбора, имеюще­го цель – миролюбие, стал сви­ной жир как продукт питания. На этой основе для домашней свиньи, как но­вого вида, стал возможным целенаправленный отбор человеком, умень­шающий или уве­личивающий количество жира. Но агрессивность ди­кого кабана он не вос­крешает.

Существуют варианты естественного отбора, известные как стаби­ли­зирующий от­бор И.И. Шмальгаузена [77]. В прямом виде это уси­ле­ние ро­ли признака, отвеча­ю­щего интервалу в зоне максимума гауссов­с­кой кри­вой (Б  рис. 3.1). В этом случае явно видно, что фактор отбора не само число N, а относительная величина N/N0 . Результат такого отбо­ра – суже­ние диа­па­зона случайных отклонения от мак­си­мума гаус­сов­с­кого распреде­ления вероятностей.

Однако именно максимум приспо­соб­ленности, максимум оптими­за­ции во многих случаях оказывается невыгодным для выжива­ния вида в целом. “Идеально приспособленные” виды в большистве случаев ста­но­вят­ся тупиками эволюции.

Пример – сегодняшнее хрупкое экологи­чес­кое равновесие панды, вы­соко приспособленной к питанию побегами бам­бука. К длительно су­ще­ствующим равновесиям относятся некоторые виды рыб, живущих в толще океанов. Там ус­ло­вия не изменяются десятки и сотни миллионов лет, поэтому вы­со­кая при­способленность остаётся преимуществом на про­­­тяжении даже таких боль­ших времён. В океанах, но ближе к поверх­но­сти, таких гаран­тий ста­бильности условий нет. Там нередки эко­ло­ги­чес­кие катастрофы, например, при климатических изменениях средней температуры воды всего на единицы градусов.

Возможен такой вариант отбора (В на рис. 3.1), для которого от­бра­ковка на­и­более интенсивна в зоне максимума рас­пределения.

С точки зрения сочетания консер­ва­тизма и возможностей продол­же­ния дар­виновской эволюции видов этот отбор бли­же всего к понятию оптимально­го. Он ста­билизирующий в том смысле, что может на оси абс­цисс сох­ранять положение максимума распределения. Однако в ре­зуль­тате отбраковки происходит расширение интервала на оси приз­на­ков. В экстремальных при­­­родных ситуациях это защищает виды от вы­ми­­ра­ния, так как боль­шая ширина распре­де­ления создаёт возможность для его крыльев пе­ре­хо­дить к самостоятельной эволюции в тер­минах напра­в­лен­ного от­бо­ра. Интересные примеры подобного есть в [78].

Схематизация эволюции видов жи­вых организмов во времени типа рис. 3.1 – классическая для ли­те­ратуры о дарви­низ­ме. Однако исполь­зо­ва­ние га­уссовской кривой (рис. 3.1) для описания раз­бро­са приз­наков под­разумевает равнове­ро­ят­­ность независимого изменения каж­­до­го из них. Для жи­вых организмов процессы метаболизма на всех иерархи­чес­ких уровнях взаимосвязаны между собой. Независимой равнове­ро­ят­но­сти заведомо нет, так как любое изменение содержит сложные функ­цио­наль­ные связи с другим – нет независимости случайностей, которая важ­на для гаус­сов­с­ко­го распределения. Это становится одним из источников непонимания и непризнания роли случайностей в процессе дар­виновс­ко­го естествен­но­го отбора.

Поэтому схема дарвиновской эволюции типа рис. 3.1 имеет иллю­ст­ративный характер. Три типа отбора, которые она характеризует, су­ще­ствуют. Но сам факт образования нового вида (именно потому, что вид – новый) зависит от негауссовс­кой случайности. Вид образуется тогда и потому, когда исчерпаны возможности цепочек автоподстройки в ответ на случайное изменение одного из признаков. Давление отбора в тер­минах рис. 3.1 только подводит данную форму жизни к границе но­во­го видообразования, но не описывает его. Выживание выживающих закрепляет те статические или динамические равновесия, которые удов­летворяют критериям устойчивости рис. 1.2, 1.4. Случайности для запоминания создаются на основе условий. Сам по себе отбор условия на­прямую не формирует. Конечно, состоявшийся отбор (запоминание) изменяет экологию данной локальной или глобальной ниши, но после того, как он уже состоялся. Дарвиновская борьба за существование, дар­ви­новский естественный отбор не происходят “с целью”. Это самое су­ще­ст­венное в эволюции жизни.