Цифровой журнал «Компьютерра» 2011 № 47 (95) - [19]
Дмитрий Шабанов: Костенеющая свобода
Дмитрий Шабанов
Опубликовано 15 ноября 2011 года
Прошлую колонку я начал с того, что существуют адаптации «старые» и «молодые». Здесь мы обсудим эту тему, а для завязки разговора я расскажу кое-что о ранней эволюции рыб.
В моём рабочем кабинете стоит в воплощённом виде моя давнишняя мечта: аквариум с каламоихтами — почти неправдоподобными африканскими рыбами. Их русское название происходит от калама, тростника, а латинское (в свете последних веяний систематики), Erpetoichthys, означает «змеерыба». Каламоихты и многопёры (Polypterus) — современные представители кладистий, самой архаичной группы лучепёрых рыб.
Каламоихт и схема строения его лёгких (в поперечном разрезе и сбоку, по А. Ромеру и Т. Парсонсу)
Каламоихт — конечно, современная рыба, но он сохранил то строение лёгких, которое было характерно для девонских рыб, осваивавших загрязнённые мелководья (и для наших давнишних предков!). Суша тогда была практически голой, и растительный покров не закрывал её от разрушения водой. Замедляя свой бег у моря, речные воды откладывали песок и глину на дно. Когда отложения пережимали водоток, место их осаждения перемещалось дальше. Приливы прокатывались по широким дельтам — переходным между сушей и морем местообитаниям. Через эти влажные низменности, регулярно заливаемые водой, выходили на сушу и растения, и животные. Богатая растительность поставляла в эти воды немало органики, за её счёт существовала богатая фауна. Рыбы осваивали эту среду.
В воде с обилием гниющей органики часто не хватало кислорода. Как его получить? Некоторые рыбы просто выставляли из воды богатую кровеносными сосудами спину. Иные заглатывали пузыри воздуха, которые задерживали затем в пищеводе, в специальном углублении, служащем для газообмена. У ранних костных рыб орган газообмен отшнуровывался от пищеварительного канала, чтоб не мешать питанию. Смена воздуха в таком примитивном лёгком не требовала особых приспособлений, вроде нашей грудной клетки, работающей как меха. Всплывая к поверхности, рыба выпускала пузырь из лёгкого, набирала воздух в ротовую полость и, опускаясь на глубину, позволяла давлению воды протолкнуть этот пузырь куда надо.
Итак, лёгкие возникли как органы дыхания воздухом из воды. Заодно у них появилась ещё одна функция, гидростатическая: они уменьшают плотность тела рыбы, делая её невесомой в воде. Те рыбы, которые выходили на сушу, вначале не могли пользоваться лёгкими, ведь их тело было прижато к земле. Помогли конечности, способные приподнять тело...
Судьба лёгкого у рыб, оставшихся в воде, была разной. Некоторые из них перешли со временем в чистую морскую воду. Проблемы с газообменом отошли на второй план, дыхательная функция лёгкого отпала, гидростатическая осталась, и лёгкое превратилось в плавательный пузырь. Некоторые рыбы переходили к придонной жизни и теряли ставший ненужным плавательный пузырь. Некоторые лишённые пузыря рыбы (например, сомы, вьюны etc) осваивали пресные воды и оказывались в загрязнённой органикой воде, где сложно дышать. Они начали заглатывать пузыри воздуха с поверхности; в пищеводе у них развилось углубление, служащее для газообмена. Если у вас есть аквариум с рыбами, которые заглатывают воздух, вы знаете это характерное движение: вверх, по поверхности, чуть высовываясь из воды, и вниз, совсем как на иллюстрации. Круг замкнулся, но следующий виток спирали не начался: лёгкие у современных рыб не возникли.
Почему те изменения строения пищевода, которые достаточно быстро произошли в девонских мелководьях, оказались недоступными для современных рыб?
Перед тем как отвечать, скажу, что эта ситуация вполне типична. Изучение палеонтологической летописи показывает одну и ту же картину. Пока какая-то группа молода, её представители показывают изменчивость по существенным особенностям своего строения, демонстрируют так называемое архаическое разнообразие. Со временем из многих эволюционных линий внутри рассматриваемой группы остается лишь несколько. Группа достигает своего расцвета. Среда меняется, но это слабо отражается на строении интересующих нас существ; лишь под самый конец существования группы, перед её вымиранием, в ней появляются уклоняющиеся от общего тренда представители. Молодость, расцвет, старость и дегенерация... Представления о «возрасте» и «старении» отдельных групп были широко распространены среди палеонтологов конца XIX — начала XX века.
Пример перехода от архаического разнообразия к сохранению небольшого количества устойчивых групп даёт тип Иглокожие. Это замечательный тип животных, являющийся, кстати говоря, самым близким из «больших» типов к нашему — типу Хордовые.
Развитие организма — вовсе не механическая реализация чертежа, находящегося в генах. Это сложный процесс, для которого важен и поток управляющих сигналов от наследственной программы, и взаимодействие со средой. Новоприобретённые приспособления наследуются достаточно неустойчиво, зачастую только в специфичных условиях среды. Если какая-то адаптация оказывается удачной, её поддержит отбор. Со временем на смерть и выживание интересующих нас организмов будут оказывать большее влияние уже другие признаки, более молодые адаптации. Относительно старых признаков отбор будет нацелен только на одно: на поддержание их нормального развития. Всё новые адаптации будут развиваться у организмов, обладающих этими стабильными признаками. Теперь уже их изменение будет означать глубокую перестройку множества свойств организма, которая, скорее всего, будет малосовместимой с жизнью.
