Дмитрий Шабанов: Внутреннее важнее внешнего
АрхивКолонка ШабановаУдачная конструкция организма оказывается ловушкой, из которой практически невозможно выбраться без реорганизации характера отбора. Выпустить из неё может биосферный кризис.
Мне уже приходилось писать, что на биологическом факультете Харьковского университета проводят ежегодные биологические конференции для молодых учёных. На открытие мы приглашаем состоявшихся специалистов, которых просим рассказать что-то интересное для значительного количества слушателей. Обычно какие-то из пленарных докладов делают "свои", на какие-то приглашаем гостей издалека. Самые интересные гости проводят на следующий день круглый стол, на котором с ними можно спокойно поговорить.
В такой роли оказывались уже четверо гостей из России: Александр Александрович Никольский, известнейший специалист по заповедному делу, Александр Владимирович Марков, палеонтолог и ярчайший популяризатор биологии на постсоветском пространстве, Анатолий Ильич Протопопов, генератор оригинальных идей о брачном поведении людей, и, наконец, на этой неделе, Александр Павлович Расницын.
Александр Павлович известен как палеоэнтомолог (специалист по ископаемым насекомым) и как теоретик эволюционной биологии и систематики. "Википедия" сообщает о нём, что он - автор описаний 250 родов и 800 видов, и прежде всего среди его любимой группы - перепончатокрылых. Он - международно признанный специалист, который в своё время избирался Президентом Международного Палеонтологического общества. Полевик, работавший во многих странах. Теоретик, пересказ идей которого вошёл в школьные учебники Украины более 10 лет назад. Создатель концепции адаптивного компромисса, один из авторов эпигенетической теории эволюции. Некоторые его идеи мы обсуждали в одной из прошлых колонок. Ну что же, это один слой, который можно описать, перечисляя разнообразные достижения.
Другой слой проявился в нашей с моими коллегами реакции, впечатлении, оставшемся от общения с Александром Павловичем. Мы оказались просто очарованы. Судя по тому, что, отвечая на вопрос, реагируя на реплику в разговоре, Александр Павлович сразу хватает самую суть и говорит то, что надо, мысли его работают стремительно. Это как-то непривычно связано с неторопливостью и чётким контролем речи, выраженностью артикуляции.
Что ещё? Лёгкость в общении, отсутствие профессорского гонора. Опыт личного знакомства и дружбы со множеством людей, ставших гордостью биологии (и не только биологии). Пожилой человек (перевалил за три четверти века), у которого не удаётся отобрать рюкзак, чтоб помочь его носить, и который весьма органично с этим рюкзаком смотрится. Вообще, человек, с которым приятно находиться рядом.
Один из смыслов приглашения мэтров на молодёжную научную конференцию - показать студентам, какими бывают специалисты. Я очень рад, что к нам приезжал Расницын - профессионал высшей пробы.
А если он - профессионал, то и надо сосредоточиться на том, с чем он работает, о чём он думает и о чём рассказывает.
Пленарный доклад был посвящён влиянию пермско-триасового кризиса на разнообразие насекомых. Это не умозрительные построения, а результат многолетнего исследования ряда фаун (каждая - из определённого места и времени), позволяющих судить о том, что происходило с этой многочисленнейшей группой наземных животных на грани палеозойской и мезозойской эр.
Тут надо сказать вот о чём. Геологическая история Земли разделена на эры и периоды в значительной степени на основании смен характерных флор и фаун, запечатлевавшихся в осадочных породах. Мы все наслышаны о перестройке фауны на границе мезозойской и кайнозойской эр (мел-палеогеновом кризисе). Примерно в это время вымерли динозавры и множество других групп животных. Пермско-триасовый кризис, на котором в последние годы сосредоточено внимание Александра Павловича, был ещё более глубоким.
Если вы смотрите западные научно-популярные фильмы, вам давно сообщили, от чего вымерли динозавры: прилетел большой астероид - бабах! - и на Земле освободилось экологическое пространство для млекопитающих. То, что задолго до ударного события образование новых видов динозавров прекратилось, в момент удара их фауна была чрезвычайно оскудевшей да ещё в некоторых местах земного шара динозавры пережили падение астероида, из виду при этом упускается.
Геологи нашли объяснения чуть не всем массовым вымираниям в истории Земли. Пермо-триасовые события, к примеру, принято объяснять катастрофическими извержениями в Сибири. То, что такие извержения были, - несомненно. Сыграли ли они существенную роль в эволюции, сказать сложнее; сейчас, кажется, пришли к выводу, что массовые вымирания произошли до геологических пертурбаций.
Геологам (и иным не-биологам) проще смотреть на изменение разнообразия со временем как на процесс, зависящий от внешних условий. Геологическая среда на планете изменилась - и жизнь, куда ей деваться, была вынуждена подстроиться под новые условия. Намного сложнее разглядеть внутреннюю логику и неожиданно высокую степень независимости биологической эволюции от разнообразных катастроф. Название этой колонки - некое метафорическое резюме доклада Александра Павловича, презентацию которого он разрешил выложить в общий доступ, - спасибо ему за это!
Вернусь к тому, что пережили насекомые на границе палеозойской и мезозойской эр. Расницын и его сотрудники провели тщательный анализ огромного материала. Получены данные о динамике появления и вымирания видов, родов и семейств насекомых - достаточно ёмкие меры скорости эволюции групп. Эти данные сопоставлены с имеющимися у палеонтологов мира оценками динамики всех прочих групп организмов, в том числе морских. Получен неожиданный вывод.
На протяжении бОльшей части палеозойской эры разнообразие животных стабилизировалось примерно на одном уровне. Массовые вымирания временами снижали количество групп организмов, населявших Землю, но оно быстро восстанавливалось до прежнего уровня. А потом (незадолго до извержений в Сибири, но, видимо, вне связи с ними) произошло что-то такое, что привело вначале к резкому падению разнообразия, а потом - к началу его непрерывного роста. Этот рост (несмотря на некоторые колебания) продолжается по настоящее время - посмотрите на графики в презентации к докладу.
Итак, причина изучаемых событий, скорее всего, внутренняя для биосферы. Какой она может быть? Что-то изменилось в биологических сообществах. Если раньше они имели постоянную ёмкость (которую можно выразить в количестве экологических ниш, представляющем возможности для жизни определённого количества видов), то после описываемых событий эта ёмкость начала расти. Увы, как сказал Александр Павлович, мы слишком мало знаем о даже нынешней организации биологических сообществ, и для предположений о том, что же изменилось в ней на границе перми и триаса, у нас просто нет оснований.
Но хотя мы не знаем, что тормозило эволюцию до кризиса, мы можем в самой общей форме предположить, что же открыло для неё новые пути после всех изменений. Александр Павлович привлекает для объяснения этого феномена собственную концепцию адаптивного компромисса.
Организмы - сложные системы со множеством внутренних взаимосвязей. Экологически стабильная среда проверяет их организацию по многим параметрам, отсеивая особи, которые окажутся носителями тех или иных недостатков. Нам понятно, что оптимизация системы может быть эффективной тогда, когда она проводится по какому-то одному параметру.
Оптимизация по двум несвязанным друг с другом, а иногда и взаимоисключающим параметрам - почти безнадёжное дело. В реальном мире таких параметров множество. Организм должен устойчиво развиваться, противостоять неблагоприятным факторам, эффективно питаться, успешно спасаться от хищников и защищаться от паразитов, не уступать конкурентам, успешно находить себе партнёра и оставлять достаточное количество потомков.
Найти решение, оптимальное с точки зрения всех этих требований, невозможно. Единственный выход - компромисс. Увы, раз найденный в эволюции компромисс окажется ловушкой. Недостаточно, чтобы отбор мог улучшить какую-то характеристику того или иного вида; важно, чтобы улучшение этой характеристики не привело к развалу остальных функций. Александр Павлович сравнивает такие перестройки с попыткой менять конструкцию автомобиля на полном ходу (используя метафору, похожую на ту, которую я применял в прошлой колонке). Зато если контроль отбора за некоторыми из функций системы может быть ослаблен, другие функции можно будет кардинально улучшить.
Примерно это происходит с сельскохозяйственными растениями и животными: избавив их от необходимости выживать в противостоянии агрессивной среде, мы можем гипертрофированно развить некоторые из их функций (скорость бега у беговых лошадей, яйценоскость у несушек, накопление сахара в корнеплоде сахарной свёклы или развитие листового кочана у капусты).
Из сказанного следует, что удачная конструкция организма оказывается ловушкой, из которой практически невозможно выбраться без кардинального изменения условий и реорганизации характера отбора. Так вот, по мнению Расницына, чтобы выпустить разнообразные группы организмов из такой ловушки, нужен кризис. И кризис на границе перми и триаса смог преодолеть "окостенение" биоты, открыв перед ней новые горизонты усложнения.
Так что же, с тех пор эволюционирующие виды уже не попадают в ловушку, ограничивающую их разнообразие? Попадают. Но почему-то со времени описываемых событий в такую ловушку уже не попадают вся фауна и флора целиком. Описать это можно примерно так.
Во второй половине палеозоя в эволюции структуры биологических сообществ было достигнуто состояние устойчивого равновесия. Одни группы вымирали, другие появлялись, но набор ролей, реализуемых живыми существами в биосфере, оставался относительно постоянным. Потом, не столько в силу внешних воздействий, сколько вследствие хрупкости "окостеневших" сообществ, вся эта структура развалилась. Экосистемы стали разнообразнее, и в них начался рост количества возможных ролей, а следовательно, рост количества разных "актёров". С тех пор биосфера так и не смогла прийти в новое устойчивое состояние. Наше появление, между прочим, - следствие такой неустойчивости.
...Сказанное основано на множестве допущений. Это, конечно, не описание открытых фактов, а гипотеза, причём очень-очень расплывчатая. Но и она может стать основой для проверки, уточнения и развития или для опровержения и поиска новых объяснений. Я очень рад, что и у нас, на биофаке Харьковского национального университета имени В.Н. Каразина, происходило обсуждение таких проблем. Мы имели удовольствие слушать человека, который, обрабатывая по-настоящему объёмные массивы данных, нащупывает пути для дальнейшего роста нашего понимания закономерностей эволюции.
Но это ещё не всё. Александр Павлович провёл в Харькове круглый стол, посвящённый проблемам развития теории эволюции и филогенетики (фотографии в этой колонке сделаны там; за вторую из них спасибо Валентине Иншиной). Говорили на круглом столе в основном об эпигенетической теории эволюции, ведь Александр Павлович является одним из людей, причастных к её появлению и развитию. Я давно планировал поговорить об эпигенетической теории подробнее и даже сделал соответствующую "подводку", да потом как-то не сложилось. Что же, в таком случае - в следующий раз.
