Культура - движущая сила эволюции? "В мире науки" №7

Чарлз Дарвин в свое время предложил логичный механизм, отвечающий на вопрос: что есть движущая сила эволюции? С биологической точки зрения за эволюцию ответственен так называемый естественный отбор. Однако сегодня ученые все чаще говорят о влиянии культуры на эволюционный процесс. Об этом и многом другом мы беседуем с заведующим кафедрой биологической эволюции биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова профессором РАН Александром Владимировичем Марковым.

 

— Какое место занимает теория эволюции в современной науке?

— Теория эволюции в современной биологии занимает центральное положение и представляет собой основу, объединяющую и объясняющую биологические факты, закономерности и теории. Проще говоря, эволюция лежит в основе всего. Один из крупнейших эволюционистов ХХ в. Ф.Г. Добржанский говорил: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Именно эволюция придает логику всему тому массиву фактов, который накоплен в современной биологии. Все находит объяснение и становится понятным исключительно с эволюционных позиций.

— Каковы проблемные точки теории эволюции сегодня?

— Научных направлений эволюционной биологии в наши дни огромное количество. Хотя, конечно, базовые принципы биологической эволюции хорошо известны. Вопрос в том, как они работают в разных ситуациях и какие дополнительные факторы могут влиять на биологические процессы.

Базовые принципы эволюции — изменчивость, наследственность и естественный отбор. Но эти принципы нельзя рассматривать без учета рекомбинации, полового размножения и отбора, родственного и группового отборов и массы других вещей. Все это влияет на ход эволюционного процесса.

Возьмем, например, онтогенез — индивидуальное развитие организма. Одна клетка зиготы развивается в сложное многоклеточное «сооружение». Эволюционирует в данном случае не конечный взрослый организм, а весь процесс развития. У этого процесса свои закономерности, ограничения и законы. Поэтому одно из наиболее быстро развивающихся направлений эволюционной биологии сегодня — эволюционная биология развития. Она изучает, как именно в ходе эволюции происходят изменения механизмов онтогенеза, меняются гены, которые управляют индивидуальным развитием организма. Это одно из важнейших фундаментальных направлений в науке.

Но есть и масса практических приложений. У всех на слуху, особенно сейчас, вопросы эволюции бактерий и вирусов, адаптации к антибиотикам, адаптации вредителей сельскохозяйственных растений к разным пестицидам и другие. С развитием современных методов палеонтологии мы сейчас узнаем гораздо больше о флоре и фауне, существовавших сотни миллионов лет назад. Это позволяет уточнять, а иногда и пересматривать наши представления об эволюции конкретных групп или целых сообществ организмов. Быстро развивается эволюционная экология, которая пытается понять, как разные экологические факторы влияют на эволюцию.

— Как менялись взгляды ученых на теорию эволюции Чарлза Дарвина?

— Когда Чарлз Дарвин выступил со своей теорией, она была встречена в целом положительно, хотя, конечно, сразу появились и противники. Дарвин не был первым, до него выдвигались различные эволюционные теории, однако ни одна из них не предлагала настолько четкого, логично работающего механизма, который бы двигал эволюцию. То есть сам факт эволюции был многим понятен, но какая сила за этим стоит, объяснила лишь дарвиновская теория естественного отбора.

Затем, уже в начале ХХ в., появились классическая генетика и хромосомная теория наследственности. Генетики начали ставить первые эксперименты на дрозофилах, изучать мутации. Поначалу некоторым специалистам казалось, что результаты исследований плохо согласуются с классическим дарвинизмом. Отчасти причина заключалась в том, что Дарвин писал об очень медленных, почти незаметных изменениях, тогда как первые генетики работали в основном с мутациями — чем-то грубым и зримым, проще говоря, с различными уродствами, когда, например, у дрозофилы глаза становятся не красными, а белыми, или крылья сворачиваются в трубочку.

Понадобились три десятилетия, чтобы научное сообщество осознало, что на самом деле генетика не противоречит дарвинизму, а, наоборот, очень хорошо с ним сочетается. Поэтому, начиная с 1930-х гг., постепенно формируется так называемая генетическая, или синтетическая, теория эволюции, которая представляет собой синтез классического дарвинизма и генетики. При этом еще не была открыта материальная природа наследственности. Ученые знали, что наследственная информация каким-то образом записана в хромосомах, где линейно располагаются гены, но что собой представляют эти гены и как на химическом уровне записана наследственная информация, было неизвестно.

Следующий революционный прорыв не заставил себя долго ждать. Он связан с открытием структуры ДНК. Вначале исследования показали, что ДНК — это вещество наследственности, затем ученые определили структуру ДНК и уже позже расшифровали генетический код, разобрались с механизмами транскрипции, трансляции и репликации. С этого момента эволюционная теория стала развиваться на новом уровне — молекулярном. Это привело к геномной эре. Сегодня мы изучаем эволюцию на основе полных геномных последовательностей организмов. Уже разработаны методы, которые позволяют определять, в каких местах генома действовал отбор и какие следы он оставил.

Главное — что дарвиновская идея о естественном отборе прошла через все перипетии, многочисленные научные достижения и революции. На каждом из этапов она снова и снова подвергалась проверке. И сегодня у биологов нет ни малейших сомнений в существовании эволюции и естественного отбора. Именно он считается главной движущей силой эволюционного процесса. Чарлз Дарвин попал в точку, пусть и во многом наугад, но даже на основе тех скудных данных, которые у него были, он сумел сделать правильные выводы и выбрал правильную теорию естественного отбора, которая подтвердилась на сто процентов.

— Есть ли сегодня те, кто не согласен с теорией Дарвина?

— Теория естественного отбора Дарвина до сих пор будоражит умы альтернативно мыслящих людей. Ни одна из теорий XIX в. не подвергается столь активным нападкам. Но аргументы так называемых креационистов или антиэволюционистов звучат достаточно жалко и давным-давно опровергнуты. Никто из ученых подобные доводы всерьез не воспринимает, а все страсти кипят далеко за пределами биологической науки.

— Тогда почему до сих пор распространяются антинаучные взгляды антиэволюционистов?

— Теория Дарвина повлияла не только на биологию, но и на то, как человек воспринимает окружающий мир. До Дарвина все эти невероятная сложность и рациональность, приспособленность живых организмов к окружающей среде и удивительное разнообразие жизни считались убедительнейшим аргументом в пользу божественного сотворения мира. Люди не знали другого способа создания сложных объектов и систем, кроме разумного дизайна. Было даже такое направление в богословии, которое называлось «естественная теология». Одним из видных представителей этого направления считался Уильям Пейли. Дарвин был знаком с его трудами. Уильям Пейли написал книгу под названием «Естественное богословие», в которой привел знаменитую метафору с часами и часовщиком: если сложный часовой механизм предполагает существование часовщика, создавшего его, то и организованность и целесообразность, существующие в мире, подтверждают существование создавшего этот мир бога. Это соображение о сложности и приспособленности (целесообразности) видов живых организмов считалось самым сильным доказательством божественного сотворения мира. Долгое время оно казалось неопровержимым практически всем, включая даже молодого Дарвина.

Но когда Чарлз Дарвин разработал свою теорию естественного отбора, все в одночасье изменилось, а самый главный аргумент утратил убедительность. Дарвин фактически сказал: разумный дизайн — это не единственный способ создания сложных систем; есть альтернативный механизм — слепая природная сила, естественный отбор в сочетании с изменчивостью и наследственностью тоже может порождать такие системы.

С этого момента биологи могли, подобно Пьеру Симону Лапласу, который, согласно легенде, сказал Наполеону, что не нуждается в гипотезе бога для объяснения Солнечной системы, говорить, что они не нуждаются в гипотезе бога для объяснения биологических фактов.

— В теории эволюции существуют такие ключевые понятия, как макро- и микроэволюция. В чем их главное различие?

— Речь идет о масштабах рассмотрения эволюционного процесса. Микроэволюцией, как правило, называют эволюционные процессы внутри вида. На текущий момент они относительно неплохо изучены.

А палеонтологи, например, работают с другими масштабами и изучают разные виды, роды, семейства, отряды – как они эволюционируют, занимают разные ниши, конкурируют за те или иные адаптивные зоны. Такой масштаб называют макроэволюцией. Некоторые биологи считают, что у макроэволюции нет своих собственных уникальных закономерностей и все объяснимо на микроэволюционном уровне. Но с такой формулировкой согласны не все, и я в том числе. Думаю, что у макроэволюции есть ряд специфических закономерностей, которые теоретически можно свести к микроэволюции, но это как минимум крайне непрактично и нереалистично: как если бы мы сказали, что вся биология сводится к химии, а химия в свою очередь – к физическому уровню.

Кроме всего прочего, у макроэволюции есть некие свойства, которые невозможно объяснить на микроэволюционном уровне. Вот, скажем, реакция биоты на массовое вымирание. Периодически в истории нашей планеты происходили катастрофические события, связанные с вымиранием большого числа видов, после чего характер эволюционного процесса на макроуровне сильно менялся: появлялись новые видовые группы, заполнявшие освободившееся экологическое пространство. Поэтому я бы рассматривал эти понятия отдельно друг от друга.

— Ученые находят закономерности, изучая разные виды организмов. Скажем, исследуя нервную систему морского обитателя, делают вывод о развитии этой же системы у других видов животных. Дело в универсальности генетики?

— Французам Франсуа Жакобу и Жаку Мано принадлежит фраза, которая стала крылатой: «Что верно для кишечной палочки, то верно и для слона». Это была некая эмоциональная реакция на открытие того факта, что у всех живых организмов на самом базовом молекулярном уровне почти все одинаково: один генетический код, в ДНК похожим образом записана наследственная информация, те же рибосомы, процессы репликации, транскрипции, клеточного деления и т.д. Подобные базовые вещи действительно общие как для бактерий, так и для слона. Однако всегда надо четко понимать, какие выводы можно обобщать, а какие нельзя.

Биологи работают в основном с так называемыми модельными организмами. Нельзя просто взять первый попавшийся вид из природы и начать его исследовать. Необходимо время, чтобы для данного вида животных были разработаны все процедуры, протоколы содержания в лаборатории, питания, методики его изучения, генетические инструменты, необходимые для проведения генетических манипуляций. Так постепенно некоторые виды животных становятся модельными. Среди насекомых это, например, дрозофила. У специалистов по молекулярной генетике и эмбриологии любимый модельный объект — червь Caenorhabditis elegans.

Можно ли переносить выводы, сделанные на исследовании дрозофилы, на всех остальных насекомых или даже животных — большой вопрос. В последнее время многие ученые начинают осознавать некоторую ограниченность такого подхода. Мы прекрасно знаем дрозофилу, но в том же отряде двукрылых еще десятки, сотни тысяч видов других мух, комаров, о которых известно на порядок меньше.

— Что сегодня известно об эволюции человека?

— Эволюция человека сейчас очень активно изучается. Данных об этом огромное количество. Я сам написал двухтомник «Эволюция человека», где в более или менее популярном виде изложены основные факты. Сейчас мы с Е.Б. Наймарк дописали третий том, который скоро будет доступен для читателей.

Когда говорят об эволюции человека, часто упоминают некие недостающие звенья. Это выражение пришло из далекого прошлого, когда палеоантропология только зарождалась, а о родственниках человека почти ничего не было неизвестно. С тех пор найдено огромное количество недостающих звеньев. Если раньше лишь предполагали, что эволюция человека берет начало от древних человекообразных обезьян (что верно, но неконкретно), то сейчас ясно, что эволюция группы, которая называется «гоминиды», была не линейной, а ветвистой. У наших прямых предков было много родственников, которые занимали разные ниши и по-своему адаптировались. И даже в пределах рода Homo было довольно много видов, ныне вымерших. По последним данным, около двух-трех сотен тысячелетий назад на планете, по-видимому, одновременно жили как минимум восемь разных видов людей, из которых сейчас остался только один. Причина в том, что наш вид Homo sapiens в какой-то момент приобрел некие радикальные преимущества перед другими видами людей. Он стал расселяться повсюду; и везде, где Homo sapiens появлялся, другие виды людей быстро исчезали. Проще говоря, наши предки просто вытеснили всех остальных людей, и сейчас на планете остался только один вид человека, что для эволюции нашей группы совсем не типично.

— О каких радикальных преимуществах может идти речь?

— Это очень важный вопрос, который до сих пор исследуется. Считается, что на момент, когда успешная популяция сапиенсов вышла из Африки около 60 тыс. лет назад, неандертальцы, денисовцы и другие виды людей, существовавшие в Евразии наравне с человеком разумным, обладали уже достаточно развитой культурой. Те же неандертальцы использовали огонь, создавали украшения, изготавливали сложные каменные орудия. Поэтому очень сложно понять, какими преимуществами обладал сапиенс.

Кое-какие намеки дает генетика. По-видимому, после разделения с неандертальцами у наших предков шел довольно интенсивный отбор по некоторым генам, связанным с работой мозга и нервной системы. Но, скорее всего, ключевые преимущества лежали в сфере культуры, потому что наши предки сапиенсы в отличие от «евразийцев» — неандертальцев и денисовцев – жили в Африке, где плотность населения и интенсивный культурный обмен между группами были значительно выше. По одной из гипотез, которую поддерживают некоторые ведущие антропологи, у наших предков в рамках культурной эволюции сформировалась способность координировать действия групп, характерная для современных охотников-собирателей. Речь идет о сложной, разветвленной системе родственных связей, которые пронизывали отдельные группы и связывали их в нечто целое, напоминающее племя, где люди следовали брачным обычаям, каким-то ритуалам. Это давало радикальное преимущество в конкурентной борьбе с другими видами людей, которые жили разрозненно.

— Существуют ли предположения, возможно, математические модели, которые объясняют, что будет с нами как с видом в будущем?

— Куда идет наша эволюция? Во-первых, она, конечно, продолжается. Ее остановить невозможно, поскольку все основные эволюционные факторы неустранимы. Но определить, в каком направлении мы эволюционируем, очень сложно. Очевидно, что благодаря развитию цивилизации и культуры у нас сильно ослабел процесс очищающего отбора против аллелей, которые нарушают работу разных систем организма. Скажем, с появлением антибиотиков хорошая иммунная защита против инфекций для организма стала менее актуальной. С развитием медицины люди постепенно передавали своим потомкам гены ослабленного иммунитета. А это ведет к так называемой зависимости от культуры. Поскольку процесс накопления вредных мутаций продолжается, в какой-то момент ситуация может выйти из-под контроля, а медицина просто перестанет поспевать за деградацией нашего генома.

Аналогичные процессы происходят и с нашей нервной системой. Некоторые косвенные данные указывают на то, что наши мозг и нервная система особо уязвимы. Напомню, что для нормальной работы мозга и его развития необходима слаженная качественная работа очень большого количества генов. Соответственно, если в любом из этих генов произойдет случайная мутация, а такие происходят постоянно, это может негативно сказаться на наших умственных характеристиках. К счастью для нас, уровень развития современной цивилизации позволяет нам существовать и без качественной работы мозга. Есть такая научно-фантастическая комедия в жанре антиутопии — «Идиократия». В ней показан мир будущего, в котором остались одни дураки. У этой режиссерской фантазии, как я уже отметил, есть кое-какие научные основания.

Помимо этого, в современных человеческих обществах, как минимум в развитых странах, проявляется некий отрицательный отбор против хороших врожденных умственных способностей. Согласно генетическим исследованиям, проведенным в Исландии, США и других странах, действительно существуют гены, связанные с интеллектом и склонностью получать хорошее образование. Именно по этим генам идет отбор в сторону уменьшения врожденной склонности к получению образования. Упомянутые исследования доказывают, что люди с высокой генетической предрасположенностью получения хорошего образования хуже размножаются и оставляют меньше детей. Соответственно, такие гены подвергаются отрицательному отбору. Конечно, это процесс медленный и почти незаметный, но он все же идет. И если он не остановится, через несколько столетий люди станут в среднем несколько глупее нас сегодняшних. И не исключено, что, скажем, 300 лет назад люди в среднем генетически были несколько умнее, чем мы сейчас.

Главная сложность в эволюции человека заключается в том, что огромную роль в этом процессе играет культура. Одновременно с генетической эволюцией продолжается и культурная эволюция, идущая гораздо быстрее. Между ними существует очень сложная сеть взаимодействия. Культура эволюционирует по своим собственным законам, которые пока еще известны довольно плохо. И особенности нашей культуры (то, как меняются культура, традиции, нормы поведения в обществе) сильно влияют на то, как действует на нас естественный отбор генетической эволюции. Поэтому сейчас среди ученых распространяется идея генно-культурной эволюции, в рамках которой культура для человека выступает главным фактором, направляющим биологическую эволюцию.

Культура быстро меняется, и, соответственно, ее направляющее действие на биологическую или генетическую эволюцию тоже меняется очень быстро. Предсказать, куда пойдет биологическая эволюция человека в будущем, можно только в том случае, если мы будем знать, в каком направлении движется культурная эволюция человека. А мы этого пока не знаем, поэтому никаких точных прогнозов дать на этот счет невозможно.

— Оставят ли, например, отпечаток нынешние условия пандемии, в которых мы существуем сегодня?

— Влияние пандемии на наше поведение оказалось очень сильным. Каких-то прогнозов по этому вопросу я дать не могу, скажу лишь, что человечество стало сильно рефлексировать на эту тему, принимать меры просто в силу того, что у нас сейчас очень развиты наука, медицина, распространены определенные установки продукции культурной эволюции. Еще 200 лет назад подобная эпидемия могла пройти незамеченной. В древних или маргинальных обществах вообще не считалось большой проблемой, что пожилые люди умирают. А во многих обществах пожилых людей почти и не было, поскольку все умирали раньше по другим причинам.

Сегодня то состояние, к которому нас привела культурная эволюция, не только позволило нам заметить эту эпидемию и отреагировать на нее, но и определило те радикальные изменения поведения, которые произошли с человечеством. Мы отправились на карантин, стали носить маски, держать социальную дистанцию, вакцинироваться. В нынешней культурной среде это разумно, правильно и рассматривается как единственный возможный вариант.

Как это повлияет на нас в будущем? Затрудняюсь ответить. Сам вирус эволюционирует, накладывается слишком много разнообразных сложных процессов, которые друг на друга влияют. Если вирус эволюционирует в более смертоносную форму, может быть один сценарий. Если он, наоборот, эволюционирует в менее смертоносную форму, будет другой исход. Возможно, мы подошли к тому моменту, когда подобные пандемии, вызванные новыми вирусами и бактериями, будут возникать регулярно. Численность населения городов растет. С точки зрения эпидемиологии, это создает благоприятное поле для распространения патогенов. Здоровье слабеет, а гуманизм и ценность человеческой жизни в развитых странах растут. Поэтому мы не можем закрывать глаза на то, что, например, от какой-то болезни умирают пожилые люди. А если от следующего вируса будут дети умирать, как мы тогда будем реагировать?

Эта история, с одной стороны, показывает чувствительность и даже хрупкость нашей цивилизации; а с другой — напоминает о могучем развитии науки, позволяющем быстро отреагировать на подобные угрозы. Геном вируса был известен почти сразу, вакцину сделали за невероятно короткое время. Эта мощь науки впечатляет. С третьей стороны, паника, которая охватила многих в связи с распространением этого заболевания, которое, в общем-то, далеко не чума и даже не оспа, говорит о том, что мы уязвимы и чувствительны.

Б.Г. Штерн в своих фантастических произведениях «Ковчег 47 Либра» и «Феникс сапиенс» как раз рассматривает ситуации, в которых современная человеческая культура делает людей хрупкими и беззащитными. Действительно, легко представить такую ситуацию, что лет через сто мы уже будем настолько зависеть от своих культурных достижений, что любое пустяковое событие, которое не заметили бы еще 300 лет назад, негативно повлияет на весь мир. Скажем, вспышка на Солнце, которая приведет к глобальному отключению электричества по всей планете на несколько дней. Если 300 лет назад это вообще бы никто не заметил просто потому, что электричества не было, то в дальнейшем зависимость от электроники может стать настолько большой, что за неделю жизни без электричества человечество погрузится в хаос и произойдет глобальная катастрофа с миллиардами погибших.

— Александр Владимирович, над чем вы сегодня работаете?

— Я выбрал для себя несколько направлений. Одно из них связано с моделированием. При помощи компьютерных моделей я пытаюсь решить теоретические вопросы эволюции генов и культуры. В течение последних 2 млн лет у наших предков начиная от самых ранних представителей рода Homo, которые еще мало отличались от австралопитеков, объем мозга увеличился в три раза. Для эволюции это беспрецедентная скорость увеличения мозга.

Что это был за процесс? Скорее всего, здесь поработала генно-культурная эволюция. Гипотез на этот счет огромное множество. В последние годы стала развиваться относительно новая идея, которая объединяет все остальные и, на мой взгляд, лучше всего объясняет происхождение человека. Эта идея называется «культурный драйв», или теория культурного мозга. Суть в том, что в какой-то момент возникла положительная обратная связь в развитии культуры и нашего мозга. Согласно идее культурного мозга, чем больше в культурной среде полезных навыков, тем выгоднее каждой особи иметь хорошую память и обучаемость, что позволит быстро овладеть всем этим культурным богатством. Соответственно, все адаптивные знания, помогающие выживать, размножаться и прочее, создают естественный отбор на улучшение когнитивных способностей, что в конечном счете ведет к увеличению мозга. А когда за счет биологической эволюции вырастают когнитивные врожденные показатели, то еще сильнее развивается культура, формируются новые ценные знания и навыки. Создается ситуация, в которой выгодно иметь еще более хорошие умственные способности, обучаемость и т.д.

Я пытаюсь понять с помощью методов моделирования, как разные факторы будут влиять на эту обратную связь: например, какие типы знаний распространяются в культуре. Ведь знания и навыки могут быть выгодны на индивидуальном уровне, но бесполезны для группы. Или, напротив, могут быть полезны для группы в рамках конкуренции с другими группами, но невыгодны индивиду — например, какие-нибудь кооперативные альтруистические поведенческие признаки. Некоторые интересные результаты уже получены, но множество других вопросов пока остаются открытыми.