Эволюция: почему у неё есть направление и чего ждать дальше

Ошеломляющее разнообразие и сложность жизни на Земле — более 8 миллионов видов — произошли от простого одноклеточного общего предка около 3.5 миллиардов лет назад. Но означает ли это, что эволюция всегда ведёт к большему разнообразию и сложности?

Чарльз Дарвин выделил три условия для естественного отбора: вариация в популяции, наследование этих вариаций и конкуренция за ограниченные ресурсы. Особи с полезными вариациями оставляют больше потомства.

Однако эволюция зависит от контекста и среды, которые постоянно меняются непредсказуемо (например, рыбы в тёмных пещерах теряют глаза). Естественный отбор не планирует наперёд и не имеет цели. Часть изменений нейтральна или случайна. Эволюция не гарантирует увеличения числа видов, так как линия может и вымереть. Как же тогда объяснить наблюдаемое разнообразие?

Влияние экологии

Экология и эволюция — две стороны одной медали. Среда — это не только физическое окружение, но и другие виды.

Можно увидеть это взаимодействие в глубокой истории жизни. Миллиарды лет организмы оставались одноклеточными в морях. Многоклеточность независимо эволюционировала несколько раз (возможно, 25), но первые сложные животные, растения и грибы с разными тканями и органами появились лишь около 540 миллионов лет назад во время "кембрийского взрыва".

Это могло быть спровоцировано ростом уровня кислорода в океанах — результатом фотосинтеза у более простых форм жизни за миллионы лет.

Как только животные достигли большего размера и обзавелись кишечником, твёрдыми частями, челюстями, зубами, глазами и ногами, стали возможны сложные пищевые сети и "гонки вооружений" между хищником и жертвой. Выход на сушу открыл ещё больше возможностей. Эти инновации, однажды возникнув, способствовали разнообразию.

Если видов возникает больше, чем вымирает, их богатство растёт. Видовое разнообразие, судя по всему, увеличивалось последние 250 миллионов лет, а массовые вымирания в долгосрочной перспективе лишь создавали новые возможности.

Вариация не случайна

По мере усложнения систем развития организмам может становиться сложнее менять некоторые аспекты своей анатомии. Гены, ткани и органы часто имеют несколько функций, и изменение одного может "сломать" что-то другое.

Например, почти все млекопитающие — от жирафов до людей — имеют только семь шейных позвонков. Иное число вызывает анатомические проблемы. Птицы же легко эволюционируют новое количество: у лебедей от 22 до 25 позвонков. В целом, гибкость плана тела видов может уменьшаться с ростом сложности.

Часто близкородственные виды эволюционируют сходным образом. "Развивающаяся предвзятость" означает, что анатомическая вариация возникает не случайно.

Млекопитающие, происходящие от общего предка, приобретали strikingly similar формы на разных континентах. Эволюция не полностью непредсказуема — существует ограниченное число решений для одних и тех же физических и биологических задач (зрение, рытьё, полёт).

Будущее эволюции

В эволюционной биологии есть кажущееся противоречие. С одной стороны, механизмы эволюции не предрасположены к изменению в каком-либо конкретном направлении. С другой — запустившись, они порождают взаимосвязанные экологические и развивающиеся системы, которые за некоторым порогом tend to yield всё больше видов с большей максимальной сложностью.

Стоит ли ожидать большего разнообразия и сложности в будущем? Мы находимся в начале шестого массового вымирания, вызванного человеком и стирающего результаты миллионов лет эволюции. Однако сами люди слишком многочисленны, широко распространены и адаптивны, чтобы в ближайшее время оказаться под серьёзной угрозой исчезновения. Более вероятно, что мы расширим своё распространение, создав обитаемые биосферы на других планетах.

На других планетах мы можем однажды найти инопланетную жизнь. Пойдёт ли она по тому же эволюционному пути? Переход от одной клетки к многоклеточности может быть легким препятствием. На Земле он случился поздно, но много раз. Более сложное развитие с разными типами тканей эволюционировало лишь у нескольких групп, что может представлять более высокую планку.

Если инопланетная биология преодолеет некоторые барьеры, её развитие, вероятно, будет способствовать увеличению разнообразия и максимальной сложности. Но, возможно, доминирующий разумный вид, подобный человеку, всегда будет плохой новостью для многих других видов на своей планете.

Астроном Фрэнк Дрейк предложил уравнение для оценки количества разумных цивилизаций в нашей галактике, включавшее параметр о том, как долго они могут существовать, прежде чем уничтожат себя. Дрейк был пессимистичен на этот счёт. Будем надеяться, что он ошибался.