Поэт-натурфилософ первого века нашей эры посвятил целую книгу стихов происхождению и развитию жизни, утверждая, что все подчинялось законам природы, а не воле богов, хотя большинство закономерностей по тому времени он знать не мог, лишь гениально предвосхищая борьбу за существование и отбор. Тем более ему оставались неведомы частные законы эволюции.
Нам же необходимо в них разобраться. И с этой целью перейдем от научной поэзии к науке непосредственно, к конкретным законам эволюции, чтобы один вслед за другим пример показывал, как, по каким внутренним причинам изменяются органы?
Заметим, что число жаберных щелей и дуг вначале у самых низших рыб и их предков было больше 6, затем, у акул их стало 5, а у высших рыб — 4. Число все уменьшается. То же самое наблюдается и в количестве конечностей у членистоногих. Вспомните и сравните их число у многоножек и насекомых. Таких примеров достаточно. Вначале одноименные органы возникают в большом числе, но все они слабо работающие. Со временем их становится меньше, но работают они уже с «полной нагрузкой». Это «Закон уменьшения числа одноименных органов», открытий В. А. Догелем.
Мы видели, как изменение плавательного пузыря рыб тесно связано с изменением кровеносной системы и, конечно, с коренными изменениями дыхания. Однако «любое изменение одного органа влечет за собой изменение всех других, с ним связанных». Это Закон корреляций, сформулированный Жоржем Кювье. Закон этот связан с математикой и физикой. В том же организме один орган не может измениться без того, чтобы не изменился и другой, подобно тому, как нельзя помножить на сто числитель дроби, на у множив на столько же ее знаменатель, иначе общее значение дроби не останется прежним.
Вот почему недоразвитые крылья страусов сопровождаются недоразвитой мускулатурой, а эти мышцы, идущие от плечевой кости к грудине, будучи тонкими и слабыми, не требуют большой площади для прикрепления и «довольствуются» плоской грудиной, не образующей киля. Здесь хочется сказать несколько слов о функции киля. У летающих птиц, наоборот, крыло большое, мышцы сильные и толстые. Сокращаясь, они с силой опускают крыло, преодолевая сопротивление воздуха и вес всего тела. Отсюда ясно, для него служит большой киль. Боковые поверхности этого выступающего костного гребня и служат площадью прикрепления мощных мышц, идущих к плечевым костям крыльев.
Киль у птиц не имеет никакого отношения к «разрезанию воздуха», потому что мышцы с боков доходят до самого его края, и над ними он нисколько не выступает. Кроме того, все это сверху покрывает кожа с перьями, окончательно закруляющими грудь, без всяких выступов. Грудь птиц, как и нос корабля, не столько «разрезает», сколько продавливает, раздвигает внешнюю среду (воздух, воду: здесь законы физики одинаковы). Но главное в другом: обтекаемые тела не требуют заостренных передних концов. Идеальна для этого форма вытянутой капли, закругленной спереди, но обязательно оттянутой и заостряющейся кзади. Это относится и к формам тела рыб и китов в равной степени. Заострение заднего конца необходимо для того, чтобы струи, обтекающие тело, могли с него «сбегать», соскальзывать, не образуя завихрений, тормозящих продвижение вперед, особенно на большой скорости. Многие птицы летят округлой грудью вперед, согнув шею (цапли, совы, некоторые орлы).
Не служит киль и противовесом «для равновесия», так как центр тяжести тела птиц часто лежит выше, над килем, да к тому же он не тяжелее соседних частей и тканей.
Однако вернемся к закону корреляций. Выше говорилось, что превращение пузыря в легкие повлекло за собой образование малого круга кровообращения, а он, в свою очередь, потребовал разделения предсердия перегородкой на правую и левую части.
Нередко корреляция выражается в обратно пропорциональной зависимости: например, взамен постепенной потери функции дыхания кожей, при ее ороговении, у рептилий сильнее и лучше развиваются легкие.
Чем разветвленней дыхательная система у членистоногих (например, у раков, пауков и насекомых), тем менее развита сеть кровеносных сосудов. Обе эти системы также находятся в коррелятивной зависимости, отчасти заменяя друг друга при доставке кислорода к тканям.
Мы видели, как орган, несущий свою определенную функцию, постепенно замещается другим, исподволь заменяющим прежний. Новый орган принимает на себя функцию прежнего, хотя сам он совсем иного происхождения и работает по другому принципу. Эго видно на примере постепенной замены жабер легкими, в чем проявляется закон замещения, или субституции.
Далее, очень важен закон Долло, который гласит: «Однажды исчезнувший орган у потомков вновь восстановиться не может. Если и возникает подобный орган, то из других зачатков, иного материала». Например, чешуя у рыб — это видоизмененные мелкие сосочки или пластинки костной ткани (из мезодермы), проросшей сквозь верхний слой (эктодерму) кожи на поверхность. У земноводных она исчезла. Но у пресмыкающихся мы вновь видим чешую. Однако она уже не костного происхождения, а возникла заново из другого слоя — ороговевшей поверхности самой эктодермы кожи.
Высшие млекопитающие не могли быть потомками ни ехидны, ни утконоса, так как эти яйцекладущие звери потеряли за время эволюции свои зубы и чешую даже на хвостах, а у вышестоящих млекопитающих они есть. Значит, предками их были другие, древние яйцекладущие, которые зубов и чешуи не теряли. Потомки же утконоса не могли бы вновь приобрести эти утерянные детали и части.
Теперь выясним, как тот же орган изменяет свою функцию, а вместе с него и свое строение, свой «облик». Древние органы вначале часто выполняли несколько функций. Конечности ящеров могли служить для бега, прыжков, рытья почвы, для гребли при плавании и лазания (хотя и плохо) по деревьям. Затем одна из этих функций становится главной в данных условиях. Она постепенно вытесняет все остальные и остается единственной. Этот путь называют специализацией органа. За последнее время указанный орган изменился так, что может выполнять теперь только одну какую-либо работу.
Всякая специализация органа и прогресс в его развитии — это и одновременно потеря прежнего совершенства. Так, специализированная нога лошади сохраняет лишь один средний палец и ничего, кроме бега, совершить не может. Развитие сложного полового аппарата паразитических червей сопровождается у них потерей или упрощением других органов, в том числе органов чувств и т. п.
Если специализация зашла очень далеко, то возврата к прежнему уже нет. И отклонения от начатого пути тоже невозможны. Но если орган, приобретя главную функцию, еще не потерял и дополнительных, то возможен «поворот» в эволюции. Если началось приспособление к совсем новым условиям жизни, то функции как бы меняются местами. Прежняя главная функция органа исчезает не сразу. Она становится второстепенной, дополнительной. Так, крыло первоптиц еще долго могло помогать при лазании, сохранив свои три пальца. Но дополнительная ранее функция (парашютирование) становится все более и более главной. Аналогично протекала замена одного вида и способа питания другим у зародышей яйцекладущих млекопитающих.
В обоих случаях дополнительная функция становится главной, а бывшая главная — дополнительной. Со временем главная функция и здесь становится единственной (полет — у крыла птицы, потерявшей способность лазать). Этот закон называют Принципом смены функций А. Дорна. Любой орган выполняет всегда какую-нибудь функцию, справляясь с ней хуже или лучше. Бесполезных органов не бывает. Часто даже остатки органа рудименты) и поныне выполняют определенные функции. Например, «остатки» задней пары крыльев у всех двукрылых (комаров, мух, слепней), став так называемыми «жужжелицами», служат стартерами для «запуска» передних крыльев.
Английский ученый Майварт говорил, что новый орган, только появившийся, вначале так плохо служит, что не может дать никакого преимущества своему обладателю. А если это так, то обладатель его не будет иметь никакого шанса на выживание в борьбе за существование, и может исчезнуть, вымирая, как любой неприспособленный организм. Этим рассуждением Майварт хотел взорвать, опрокинуть все учение Дарвина. В противовес ему А. Дорн указал на акул, у которых, как мы знаем, впервые возникли челюсти и зубы. Конечно эти органы еще не могли жевать, но служили, и вначале неплохо, зажимая и удерживая скользкую добычу. Лишь значительно позже зубы акул смогли отрывать часть добычи. Таким образом, Майварт был неправ и должен был признать свою ошибку, хотя на позиции дарвинизма он так и не стал.
Какое значение имеют рост и размеры животных для эволюции? Биологами в сотрудничестве с инженерами выяснено следующее: у членистоногих прогресс сопровождается уменьшением размеров тела; у позвоночных, наоборот, прогресс всегда приводит к увеличению размеров. Это оказалось связанным с тем, как прилагаются к скелету тянущие силы мышц. У насекомых пучки мышц прикреплены изнутри пустотелых коленчатых трубок конечностей, проходя сквозь суставы их наружного скелета. Расчеты показали, что коэффициент полезного действия будет тем выше, чем меньше вся такая конструкция. У позвоночных же мышцы прикреплены снаружи к поверхности костей. Здесь, наоборот, выгоднее быть крупным.
Вот почему в кембрии, силуре и девонском периодах жили гигантские (до 3 метров длиной) ракоскорпионы, а их потомки, паукообразные, особенно клещи, измельчали. В каменноугольном периоде жили гигантские стрекозы (почти метр в размахе крыльев). Самые же мелкие насекомые — осы-яйцееды, мелкие мошки — относятся к тем группам, которые появились на Земле сравнительно недавно. Что касается позвоночных, то всюду, где удается найти «палеонтологический ряд», то есть почти всех предков и все их переходы к потомкам, мы наблюдаем увеличение их размеров. Таков «ряд происхождения лошади» от фенакодуса с пятью пальцами, который был размером с лисицу Таков «ряд слонов» от предков, размерами со свинью. То же самое видим и в «ряду развития человека» — от полуобезьян величиной с белку. Сейчас выясняются подобные же ряды для некоторых ящеров-динозавров. Но каждый раз такой «взлет» прогресса начинался с мелких и неспециализированных предков с органами, выполнявшими множество функций. Только от них и могло пойти развитие в разные стороны (закон Копа).
Таковы, например, насекомоядные млекопитающие, от которых в разные стороны берут начало ветви грызунов, хищных, китообразных, летучих мышей и полуобезьян. А узкоспециализированные летучие мыши ничьими предками быть не могут, как и в самом отряде насекомоядных — ежи и кроты. Всеобщими предками из них могли быть только зверьки, близкие к землеройкам. Иначе, роющая конечность (крота) должна была бы вновь стать «нероющей», обыкновенной, не специализированной. А эволюция вспять не идет (см. закон Долло). Конечно, далеко не все такие прогрессивные ветви обеспечили «вечное» существование своим представителям. Прогресс в чем-то одном всегда связан с регрессом, с потерей во многом другом. Даже у человека, как он ни прогрессивен, исчезает волосяной покров, уменьшился мизинец ноги, почти не работают мышцы уха, ослабло обоняние и т. д. Увеличение размеров тела у динозавров до гигантизма вообще завело их эволюцию в тупик.
Все то хорошо, что «не слишком». Слишком сильная специализация лишает организм гибкости, приспособляемости к дальнейшим изменениям условий. Таков закон Долло, согласно которому возврат вспять узких приспособлений невозможен. Тогда начинается вымирание, исчезновение, подчас не одного вида, а целых групп животного мира. Если подсчитать количество видов, населявших Землю вместе со всеми «переходными» формами, то в наши дни (без учета влияния человека) сохранилось не более 1/1000 существовавших в прежние эпохи форм. И это несмотря на встречный процесс — непрерывное возникновение новых видов и увеличение их разнообразия. Так, три миллиона лет назад, существовало, по крайней мере, пять групп копытных, а сейчас их лишь две: парно — и непарнокопытные. Исчезли динозавры со всем их разнообразием, «раки»-трилобиты, аммониты (особые головоногие моллюски), сохранив лишь два-три вида наименее специализированных родичей (наутилусы). Исчезли целые отряды насекомых. Все они не дожили до появления человека, многие за десятки миллионов лет.
Итак, мы прошли по страницам развития и становления животного мира, по ступеням его эволюции. Всем строением и отдельными органами человек обязан предкам, и хотя далеко не все животные — его непосредственные прародители, а многие вообще стоят в стороне от путей развития Человека, он с ними связан в единое целое.
Можно гордиться своим разумом, созданным при помощи труда самим же человеком, но нельзя забывать об этих связях, необходимых прежде всего нам самим…