Половой отбор, естественный отбор и новшества

 

Взаимодействием трех основных процессов полового отбора можно объяснить происхождение брачных украшений. Реже рассматривается вопрос о том, как эти процессы могут взаимодействовать с естественным отбором на выживание, порождая эволюционные новшества. Чтобы понять суть отдельного новшества, в том числе человеческого разума, полезно разобраться, какую роль может играть выбор партнера в появлении эволюционных новшеств в целом.

История жизни на Земле размечена вехами главных эволюционных новшеств – появлением ДНК, хромосом, клеточного ядра, многоклеточных организмов и мозга. Классические примеры эволюционных новшеств средней важности – это ноги, глаза, перья, яйца, плацента, цветок. Гораздо чаще появляются мелкие новшества, отличающие один вид от другого. Эти микроновшества обычно не значительнее особенностей брачного зова или необычной формы пениса.

Крупные эволюционные новшества дают той линии животных, у которых появляются, преимущество в освоении новых ниш. Это приводит к вспышке биоразнообразия, которая называется “адаптивная радиация”. Вид, который первым освоил выкармливание детенышей молоком, в конечном счете стал прародителем всех 4000 видов млекопитающих. Первая прямоходящая обезьяна дала начало примерно дюжине видов гоминид, включая нас. Все крупные группы живых организмов, такие как царства и типы, своим существованием обязаны какому‑нибудь крупному новшеству. Группы рангом пониже (класс, порядок) возникли благодаря новшествам умеренной важности, ну а разные виды отличаются друг от друга микроновшествами. Древо жизни – это по сути древо эволюционных новшеств.

Осталось лишь понять, к какой группе эволюционных новшеств отнести человеческий мозг. Если завтра все мы исчезнем с лица Земли, наш удивительный мозг останется в вечности лишь микроновшеством, характеризующим один‑единственный вид. А вот если наши потомки сумеют колонизировать галактику и через несколько миллионов лет будут исчисляться сотнями тысяч видов – тогда можно будет признать наш мозг макроновшеством. Правда, способность эволюционных новшеств спустя миллионы лет запускать адаптивную радиацию еще не объясняет, как и почему появляются сами новшества. Это серьезный вопрос, который ждал ответа еще со времен Дарвина: как новшества могут возникать в ходе постепенного, накопительного процесса вроде естественного отбора? Этот вопрос можно задать в трех вариантах разной степени сложности.

Самый простой из них и самый общий: как может возникнуть качественно новая структура в ходе постепенных количественных изменений? Ответ, конечно, таков: вся вселенная разворачивается в результате процессов, которые переводят количественные изменения в качественные новшества. Постепенно возрастающая гравитация превращает межзвездные газопылевые облака в звездные системы. Постепенные процессы капиталовложения и образования делают из бедных деревень процветающие мегаполисы. А оплодотворенная яйцеклетка, постепенно развиваясь, превращается в человеческого младенца. Эволюция в этом смысле не отличается от всех перечисленных процессов. Любую вещь в этом мире, которую мы только не поленимся назвать, можно описать как набор качественно новых свойств, появившихся в результате накопления количественных изменений.

Перейдем к вопросу среднего уровня сложности: как может возникнуть сложное новшество, которое состоит из множества совместно функционирующих частей? Если считать, что естественный отбор может в единицу времени изменять лишь одну часть, то сложно представить, как он будет конструировать многокомпонентные новшества. Какой смысл в сетчатке глаза без хрусталика, и наоборот? Может показаться, что это убийственный аргумент против постепенной дарвиновской эволюции, однако это не так. Если с этим согласиться, придется пополнить ряды креационистов только из‑за того, что существует корпорация “Майкрософт”. Эта компания функционирует благодаря слаженной работе тысяч сотрудников: менеджеров, бухгалтеров, кадровиков, маркетологов, финансистов, программистов и многих других. Могла ли корпорация “Майкрософт” стать такой успешной, если бы нанимала сотрудников постепенно – скажем, по одному? Логика говорит нам, что нет. Если бы сотрудник номер один был программистом, корпорация не выжила бы потому, что некому было бы продвигать продукт, начислять зарплату и защищать интеллектуальные права. А если бы номером один был маркетолог, продавать было бы нечего. И так далее. Как так могло получиться, что корпорация, в штате которой десятки специалистов разного профиля, сформировалась всего за 20 лет и именно путем последовательного найма сотрудников? Разгадка проста: первые сотрудники не были узкопрофильными, каждый выполнял сразу несколько функций. Когда “Майкрософт” состояла всего из двух человек – юных Билла Гейтса и Пола Аллена, – они делили все обязанности между собой. По мере того как компания росла, обязанности распределялись между бо́льшим числом людей и функции каждого специализировались. Если вы согласны, что вырастить огромную корпорацию со сложной структурой можно, нанимая по одному сотруднику в единицу времени, то вас не должно удивлять умение эволюции создавать новшества, накапливая одну мутацию за другой. Еще в 1850‑х Герберт Спенсер подчеркивал, что и общественная организация, и биологические приспособления должны развиваться постепенно за счет поступательной дифференциации и специализации.

 

Порог новшеств

 

А вот и действительно сложный вопрос: как может естественный отбор поддерживать новшества на начальных стадиях развития, когда они лишь требуют вложений и не предоставляют никаких преимуществ для выживания? Дарвин много размышлял над этой проблемой. Как естественный отбор мог благоволить протоглазам или протокрыльям еще до того, как они стали достаточно большими и сложными, чтобы приносить пользу для выживания? Ведь этот отбор экономен: он отсеивает дорогостоящие признаки, от которых нет никакой отдачи. Если новшества в большинстве своем становятся выгодными для выживания только после преодоления некоего порога сложности и эффективности, то непонятно, как эволюция может способствовать их развитию до достижения порога. Это всегда было единственным серьезным возражением против дарвиновской теории эволюции путем естественного отбора. Энергичнее всех на нем настаивал зоолог Сент‑Джордж Майварт сразу же после выхода “Происхождения видов…”, и с тех пор оно так и оставалось камнем преткновения.

На мелкие новшества принцип порога не распространяется. Например, шея жирафа могла удлиняться постепенно, и каждый небольшой прирост давал немедленную выгоду – позволял достать листья акации, растущие чуть выше. Покровительственная окраска насекомых могла развиваться постепенно, с каждым изменением уменьшая вероятность обнаружения особи хищником. Удлинение шеи и изменение окраски могли непрерывно давать чистую выгоду.

По мнению некоторых теоретиков эволюции, таких как Ричард Докинз и Манфред Эйген, значимость порогового эффекта для многих важнейших новшеств преувеличена. Они считают, что глобальные новшества вполне могут развиваться в ходе постепенного процесса, где каждый шаг прямо от начальной точки дает преимущества для выживания. Возможно, Докинз и Эйген правы. Мы знаем об эволюционной динамике сложных признаков слишком мало, чтобы понять, насколько широко распространена проблема порога. Многие биологи по сей день считают, что она имеет огромное значение, и именно к ее решению должны в первую очередь стремиться теории эволюционных новшеств. Я разделяю эту точку зрения. Мой опыт работы с компьютерными симуляциями генетических алгоритмов говорит, что проблема порога – весомое препятствие на пути развития новшеств. Если, запуская симуляцию естественного отбора, вы хотите получить что‑нибудь сложное и полезное, вас, скорее всего, ждет разочарование. Эволюция в таких симуляциях часто останавливается без всякой видимой причины, застревает на одном месте на тысячи поколений и упрямо избегает интересных новшеств везде, где только можно. Специалисты, которые занимаются генетическими алгоритмами, сильно расстраиваются от того, насколько редко подобные симуляции порождают новшества.

Пороговый эффект можно объяснить через аналогию из области экономики фармакологических исследований. Фармацевтическая корпорация “Пфайзер” потратила многие годы и больше 100 миллионов долларов на разработку препарата “Виагра”, прежде чем он принес первый цент прибыли. Сперва были только расходы, а выгоду компания стала получать значительно позже. Фармкомпании могут мириться с отсроченным получением прибыли и умеют выбирать такие направления исследований, которые с наибольшей вероятностью приведут к созданию новинок с высоким потенциалом продаж. Но эволюция предугадывать не умеет: ей не хватает дальновидности менеджмента фарминдустрии. Ни один биологический вид не сможет привлечь венчурный капитал, чтобы платить по счетам, пока его исследовательская команда пытается претворить инновационную идею в лидирущий на рынке биологический продукт. Любой вид должен оставаться биологически профицитным в каждом поколении, иначе он просто вымрет. У живых организмов всегда есть проблемы с денежным оборотом, поэтому они не могут делать сомнительные вклады с ориентацией на гипотетическую пользу в будущем. Более того, эволюционная отдача от любого гена, кодирующего любое потенциальное новшество, должна быть больше, чем от генов‑конкурентов. В противном случае он элиминируется еще до того, как новшество полноценно разовьется. Потому‑то так сложно объяснить появление новшеств.