Река из Эдема: Дарвиновский взгляд на жизнь

Введение

Книга Ричарда Докинса «Река из Эдема: Дарвиновский взгляд на жизнь» – научно-популярная книга 1995 года, написанная Ричардом Докинсом. Книга посвящена дарвиновской эволюции и суммирует темы, затронутые в его более ранних работах: «Эгоистичный ген», «Расширенный фенотип» и «Слепой часовщик». Она входит в серию «Мастера науки» и является самой короткой книгой Докинса. Иллюстрации выполнены Лаллой Уорд, в то время женой Докинса. Название книги отсылает к книге Бытия, 2:10, описывающей сад Эдемский. В версии короля Иакова сказано: «И река вытекала из Эдема, чтобы орошать сад; и оттуда разделялась на четыре реки». «Река из Эдема» состоит из пяти глав. В первой главе закладывается основа, на которой строится вся остальная книга: жизнь подобна реке генов, текущей сквозь геологическое время, где организмы – лишь временные вместилища. Во второй главе показано, как родословную человека можно проследить по множеству генетических линий к различным ближайшим общим предкам, с особым упором на африканскую Еву. В третьей главе описывается, как постепенное усовершенствование посредством естественного отбора – единственный механизм, способный создать наблюдаемую сложность природы. В четвертой главе описывается безразличие генов к организмам, которые они создают и отбрасывают, поскольку они максимизируют собственную выгоду. В заключительной главе подводятся итоги основных этапов эволюции жизни на Земле и высказываются предположения о том, как аналогичные процессы могут происходить в инопланетных системах.

Цифровая река

Докинз начинает книгу с утверждения, что все наши предки достигали зрелости и оставляли после себя хотя бы одного потомка, прежде чем умереть. В мире, где большинство организмов погибает до размножения, потомки встречаются часто, а предки – редко. Однако каждый из нас может проследить непрерывную цепь успешных предков до самой первой одноклеточной формы жизни. Если успех организма определяется его способностью выживать и размножаться, то все живые организмы можно считать унаследовавшими "хорошие гены" от своих успешных предков. Каждое поколение организмов – это своего рода фильтр, через который проходят реплицирующиеся и мутировавшие гены. Благоприятные гены проникают сквозь фильтр в следующее поколение, а неблагоприятные отсеиваются. Это объясняет, почему организмы становятся все более и более приспособленными к условиям, необходимым для успеха, и резко контрастирует с ламаркизмом, который предполагает, что успешные организмы должны совершенствовать свои гены в течение жизни. Исходя из такого генно-центрированного взгляда на эволюцию, можно утверждать, что организм – это не более чем временное вместилище для набора генов-компаньонов (фактически аллелей), которые совместно работают для достижения общей цели: довести организм до взрослого состояния, после чего они расходятся по телам потомства. Тела создаются и уничтожаются, но хорошие гены продолжают существовать в виде своих копий благодаря высокоточному процессу копирования, характерному для цифрового кодирования. В процессе мейоза (полового размножения) гены делят тела с разными генами-компаньонами в последующих поколениях. Таким образом, можно сказать, что гены текут подобно реке сквозь геологическое время. Несмотря на свою "эгоистичность", в долгосрочной перспективе каждый ген должен быть совместим со всеми остальными генами в генофонде популяции организмов, чтобы обеспечить создание жизнеспособного потомства. Река генов может разветвляться, в основном из-за географической изоляции двух популяций организмов. Поскольку гены в этих двух ветвях никогда не находятся в одних и тех же телах, они могут постепенно расходиться, пока не станут несовместимыми друг с другом. Организмы, образованные этими двумя ветвями, формируют отдельные, не скрещивающиеся виды, завершая процесс видообразования.

Dawkins begins the book by stating that all our ancestors reached adulthood and begot at least one child before they died. In a world where most organisms die before they can procreate, descendants are common but ancestors are rare. But we can all claim an unbroken chain of successful ancestors, right back to the first single celled organism. If the success of an organism is measured by its ability to survive and reproduce, then all living organisms can be said to have inherited "good genes" from successful ancestors. Each generation of organisms is a sieve against which replicated and mutated genes are tested. Good genes fall through the sieve into the next generation while bad genes are removed. This explains why organisms become better and better at whatever it takes to succeed, and is in stark contrast to Lamarckism, which would require successful organisms to refine their genes during their lifetime. Following this gene centered view of evolution, it can be argued that an organism is no more than a temporary body in which a set of companion genes (actually alleles) co operate toward a common goal: to grow the organism into adulthood, before they go their separate ways in bodies of the organism's progeny. Bodies are created and discarded, but good genes live on as replicas of themselves, a result of a high fidelity copy process typical of digital encoding. Through meiosis (sexual reproduction), genes share bodies with different companion genes in successive generations. Thus genes can be said to flow in a river through geological time. Even though genes are selfish, over the long run every gene needs to be compatible with all other genes in the gene pool of a population of organisms, to produce successful organisms. A river of genes may fork, mostly due to the geographical separation between two populations of organisms. Because genes in the two branches never share the same bodies, they may drift apart until genes from the two branches become incompatible. Organisms created by these two branches form separate, non interbreeding species, completing the process of speciation.

Вся Африка и ее потомки

Когда мы прослеживаем человеческую родословную, большинство людей обращают внимание на родителей, бабушек и дедушек, прадедушек и так далее. Такой же подход часто используется при отслеживании потомков через детей и внуков. Докинз показывает, что этот подход ошибочен, поскольку число предков и потомков, кажется, растет экспоненциально с каждым добавленным поколением в родословном древе. Всего за 80 поколений число предков может превысить триллион триллионов. Этот простой расчет не учитывает тот факт, что каждый брак – это, по сути, брак между дальними родственниками, включая двоюродных, троюродных, четвероюродных и так далее. Родословное древо – это не дерево, а граф. Докинз предпочитает моделировать родословную как поток генов во времени. Ген предка движется по этому потоку либо в виде точных копий самого себя, либо в виде слегка мутировавших генов потомков. В этой главе Докинз не проводит явного противопоставления между организмами-предками и организмами-потомками, с одной стороны, и генами-предками и генами-потомками, с другой. Однако, первая половина главы посвящена различиям между этими двумя моделями родословной. Если у организмов есть графы родословной и графы потомства, возникающие в результате полового размножения, то у гена – единая цепь предков и дерево потомков. Для любого гена в организме можно проследить единую цепь организмов-предков в прошлое, следуя линии наследования этого конкретного гена, как это описывается теорией коалесценции. Поскольку типичный организм состоит из десятков тысяч генов, существует множество способов проследить родословную организма с помощью этого механизма. Но все эти пути наследования имеют одну общую черту: если начать со всех людей, живших в 1995 году, и проследить их родословную по одному конкретному гену (точнее, локусу), то обнаружится, что чем дальше мы отходим в прошлое, тем меньше становится число предков. Число предков продолжает сокращаться, пока мы не найдем последнего общего предка (MRCA) всех людей, живших в 1995 году, по этому конкретному генному пути. Теоретически, можно также проследить родословную человека по одной хромосоме, поскольку хромосома содержит набор генов и передается от родителей детям посредством независимого расхождения хромосом, получаемых только от одного из двух родителей. Однако генетическая рекомбинация (хромосомный кроссинговер) смешивает гены от несестринских хроматид обоих родителей во время мейоза, тем самым запутывая путь родословной. Митохондриальная ДНК (мтДНК), однако, не подвержена половому смешиванию, в отличие от ядерной ДНК, чьи хромосомы перемешиваются и рекомбинируются в соответствии с законами менделевского наследования. Поэтому митохондриальную ДНК можно использовать для отслеживания матрилинейного наследования и поиска митохондриальной Евы (также известной как африканская Ева) – последнего общего предка всех людей по линии митохондриальной ДНК.

When tracing human lineage back in time, most people look at parents, grandparents, great grandparents and so on. The same approach is often taken when tracing descendants via children and grandchildren. Dawkins shows that this approach is misguided, as the numbers of ancestors and descendants seem to grow exponentially as generations are added to the lineage tree. In just 80 generations, the number of ancestors can exceed a trillion trillion. This simple calculation does not take into account the fact that every marriage is really a marriage between distant cousins which include second cousins, fourth cousins, sixteenth cousins and so on. The ancestry tree is not really a tree, but a graph. Dawkins prefers to model ancestry in terms of genes flowing through a river of time. An ancestor gene flows down the river either as perfect replicas of itself or as slightly mutated descendant genes. Dawkins fails to explicitly contrast ancestor organism and descendant organisms against ancestor genes and descendant genes in this chapter. But the first half of the chapter is really about differences between these two models of lineage. While organisms have ancestry graphs and progeny graphs via sexual reproduction, a gene has a single chain of ancestors and a tree of descendants. Given any gene in the body of an organism, we can trace a single chain of ancestor organisms back in time, following the lineage of this one gene, as stated in the coalescent theory. Because a typical organism is built from tens of thousands of genes, there are numerous ways to trace the ancestry of organisms using this mechanism. But all these inheritance pathways share one common feature. If we start with all humans alive in 1995 and trace their ancestry by one particular gene (actually a locus), we find that the farther we move back in time, the smaller the number of ancestors become. The pool of ancestors continues to shrink until we find the most recent common ancestor (MRCA) of all humans alive in 1995 via this particular gene pathway. In theory, one can also trace human ancestry via a single chromosome, as a chromosome contains a set of genes and is passed down from parents to children via independent assortment from only one of the two parents. But genetic recombination (chromosomal crossover) mixes genes from non sister chromatids from both parents during meiosis, thus muddling the ancestry path. However, the mitochondrial DNA (mtDNA) is immune to sexual mixing, unlike the nuclear DNA whose chromosomes are shuffled and recombined in Mendelian inheritance. Mitochondrial DNA, therefore, can be used to trace matrilineal inheritance and to find the Mitochondrial Eve (also known as the African Eve), the most recent common ancestor of all humans via the mitochondrial DNA pathway.

Делай добро втайне

Основные темы третьей главы заимствованы из собственной книги Докинса «Слепой часовщик». Эта глава показывает, как постепенное, непрерывное и кумулятивное усовершенствование организмов посредством естественного отбора является единственным механизмом, способным объяснить сложность, которую мы наблюдаем в природе. Докинз решительно опровергает аргумент креационистов «Я не могу поверить, что такое-то могло развиться путем естественного отбора», называя его аргументом от личного неверия. Креационисты часто утверждают, что некоторые признаки организмов (например, сходство офрис (орхидеи) с самкой осы, восьмёркообразные танцы медоносных пчёл, мимикрия палочников и т. д.) слишком сложны, чтобы быть результатом эволюции. Некоторые говорят: «Половина X не будет работать». Другие утверждают: «Чтобы X функционировал, он должен был быть совершенен с самого начала». Докинз заключает, что это не более чем смелые утверждения, основанные на невежестве:

Вы действительно хоть что-нибудь знаете об орхидеях, осах или о глазах, которыми осы смотрят на самок и орхидеи? Что даёт вам смелость утверждать, что ос так трудно обмануть, что сходство орхидеи должно быть безупречным во всех отношениях, чтобы это сработало? Далее Докинз иллюстрирует свою точку зрения, демонстрируя, как учёным удалось обмануть существ больших и малых, используя, казалось бы, простые стимулы. Например, рыбы-подкаменщики принимают форму груши за сексуальную привлекательность (сверхнормальный стимул). Инстинкт чаек заставляет их подбирать и перекатывать не только собственные выпавшие яйца, но и деревянные цилиндры и жестяные банки из-под какао. Медоносные пчёлы выталкивают из улья живого и протестующего сородича, если его смазать каплей олеиновой кислоты. Кроме того, индейка убьёт всё, что движется в её гнезде, если только это не издаёт звуки, похожие на плач индюшонка. Если индейка глухая, она безжалостно убьёт собственных птенцов. В связи с этим Докинз подчёркивает постепенный характер эволюции. Например, некоторые существа, такие как палочники, обладают поразительной степенью камуфляжа, но на самом деле любой камуфляж лучше, чем его отсутствие. Существует градиент от идеального камуфляжа к полному его отсутствию. Стопроцентный камуфляж лучше, чем девяносто девятипроцентный. Пятидесятипроцентный камуфляж лучше, чем сорока девятипроцентный. Камуфляж в один процент лучше, чем его отсутствие. Существо, обладающее на один процент лучшим камуфляжем, чем его сородичи, со временем оставит больше потомства (эволюционный успех), и его хорошие гены станут доминировать в генофонде. Мы можем не только классифицировать степень камуфляжа насекомых по градиенту, но и изучать все аспекты окружающей среды как градиенты. Например, камуфляж в один процент может быть неотличим от его отсутствия при ярком дневном свете. Но по мере того, как свет тускнеет и наступает ночь, наступает критический момент, когда камуфляж в один процент помогает насекомому избежать обнаружения хищником, в то время как его сородич без камуфляжа становится жертвой. Тот же принцип применим к расстоянию между хищником и жертвой, к углу обзора, к навыкам или возрасту существа и т. д. Помимо демонстрации того, как постепенные изменения могут привести к таким сложным признакам, как человеческий глаз, Докинз утверждает, что компьютерное моделирование, проведённое шведскими учёными Дэном Нильсоном и Сюзанной Пелгер (хотя это не компьютерное моделирование, а простая математическая модель), показывает, что глаз мог эволюционировать с нуля тысячу раз подряд в любой линии животных. По словам самого Докинса, «время, необходимое для эволюции глаза, оказалось слишком коротким для измерения геологами! Это геологический миг». И «неудивительно, что глаз эволюционировал по крайней мере сорок раз независимо в животном царстве».

Do you actually know the first thing about orchids, or wasps, or the eyes with which wasps look at females and orchids? What emboldens you to assert that wasps are so hard to fool that the orchid's resemblance would have to be perfect in all dimensions in order to work? Dawkins goes on to illustrate his point by demonstrating how scientists have been able to fool creatures big and small using seemingly dumb triggers. For instance, stickleback fish treat a pear shape as a sex bomb (a supernormal stimulus). Gulls' hard wired instincts make them reach over and roll back not just their own stray eggs, but also wooden cylinders and cocoa tins. Honeybees push out their live and protesting companion from their hive, when the companion is painted with a drop of oleic acid. Furthermore, a turkey will kill anything which moves in its nest unless it cries like a baby turkey. If the turkey is deaf, it will mercilessly kill its own babies. As part of this, Dawkins emphasises the gradual nature of evolution. For example, some creatures such as the stick insects possess the most amazing degree of camouflage, but in fact any sort of camouflage is better than none. There is a gradient from perfect camouflage to zero camouflage. A 100 percent camouflage is better than 99 percent. A 50 percent camouflage is better than 49 percent. A 1 percent camouflage is better than no camouflage. A creature with 1 percent better camouflage than its contemporaries will leave more descendants over time (an evolutionary success), and its good genes will come to dominate the gene pool. Not only can we classify the degree of insect camouflage using a gradient, we can also study all aspects of the surrounding environment as gradients. For instance, a 1 percent camouflage may not be distinguishable from no camouflage under bright daylight. But as light fades and night sets in, there is a critical moment when the 1 percent camouflage helps an insect escape detection by its predator, while its companion with no camouflage is eaten. The same principle can be applied to the distance between prey and predator, to the angle of view, to the skill or the age of a creature, etc. In addition to demonstrating how gradual changes can bring about features as complex as the human eye, Dawkins states that computer simulation work by Swedish scientists Dan Nilsson and Susanne Pelger (although it is not a computer simulation but simple mathematical model) shows that the eye could have evolved from scratch a thousand times in succession in any animal lineage. In Dawkins' own words, "the time needed for the evolution of the eye turned out to be too short for geologists to measure! It is a geological blink." And, "it is no wonder the eye has evolved at least forty times independently around the animal kingdom."

Полезная функция Бога

Эта глава – взгляд Докинза на смысл жизни или её предназначение. Докинз цитирует слова Чарльза Дарвина о потере им веры в религию: «Я не могу убедить себя, что благожелательный и всемогущий Бог намеренно создал наездников (Ichneumonidae) с единственной целью – поедать живых гусениц изнутри». Мы спрашиваем, почему гусеница должна страдать от такого жестокого наказания. Мы спрашиваем, почему роющие осы не убивают гусениц сразу, чтобы избавить их от затяжных и мучительных страданий. Мы спрашиваем, почему ребенок должен умирать преждевременно. И мы спрашиваем, почему мы все должны стареть и умирать. Докинз перефразирует понятие «цель» в терминах «функции полезности», как её называют экономисты, то есть «то, что максимизируется». Инженеры часто исследуют предполагаемое предназначение (или функцию полезности) устройства, используя обратную разработку. Докинз применяет этот метод, чтобы реконструировать цель в сознании Божественного Инженера Природы, или Функцию Полезности Бога. По мнению Докинза, ошибочно полагать, что экосистема или вид в целом существует ради какой-либо цели. Более того, заблуждение – считать, что отдельные организмы ведут осмысленную жизнь. В природе только гены обладают функцией полезности – увековечивать собственное существование, не обращая внимания на страдания, которые они причиняют организмам, которые строят, эксплуатируют и отбрасывают. Как было намекнуто в первой главе, гены – высшие властители в мире природы. Иными словами, единицей отбора является ген, а не индивид или любая другая группа более высокого порядка, как утверждают сторонники группового отбора. Пока организм переживает детство и успевает размножиться, передавая свои гены следующему поколению, гены не заботятся о том, что произойдет с родительским организмом впоследствии. Поскольку организм всегда подвержен риску гибели в результате несчастных случаев (что является потерей инвестиций), генам выгодно создавать организм, который концентрирует почти все свои ресурсы на производстве потомства как можно раньше. Таким образом, мы накапливаем повреждения в организме с возрастом и страдаем от заболеваний с поздним началом, таких как болезнь Гентингтона, которые оказывают минимальное влияние на эволюционный успех наших генных повелителей. Гены, утверждает Докинз, безразличны к тому, кто или что пострадает, пока ДНК передается дальше. Он заключает:

This chapter is Dawkins's take on the meaning of life or the purpose of life. Dawkins quotes how Charles Darwin lost his faith in religion, "I cannot persuade myself that a beneficent and omnipotent God would have designedly created the Ichneumonidae with the express intention of their feeding within the living bodies of Caterpillars." We ask why a caterpillar should suffer such cruel punishment. We ask why digger wasps couldn't first kill caterpillars to save them from a prolonged and agonising torture. We ask why a child should die an untimely death. And we ask why we should all grow old and die. Dawkins rephrases the word purpose in terms of what economists call a utility function, meaning "that which is maximised". Engineers often investigate the intended purpose (or utility function) of a piece of equipment using reverse engineering. Dawkins uses this technique to reverse engineer the purpose in the mind of the Divine Engineer of Nature, or the Utility Function of God. According to Dawkins, it is a mistake to assume that an ecosystem or a species as a whole exists for a purpose. In fact, it is wrong to suppose that individual organisms lead a meaningful life either. In nature, only genes have a utility function – to perpetuate their own existence with indifference to great sufferings inflicted upon the organisms they build, exploit and discard. As hinted at in chapter one, genes are the supreme lords of the natural world. In other words, the unit of selection is the gene, not an individual, or any other higher order group as championed by proponents of group selection. As long as an organism survives its childhood and manages to reproduce thus passing its genes down to the next generation, what happens to the parent organism afterwards does not really bother genes. Because an organism is always at the danger of dying from accidents (a waste of investment), it pays for the genes to build an organism which pools almost all its resources to produce offspring as early as possible. Thus we accumulate damages to our body as we age and harbour late onset diseases such as Huntington's disease which have minimum impact on the evolutionary success of our gene overlords. Genes, Dawkins argues, are indifferent to who or what gets hurt, so long as DNA is passed on. He concludes:

За минуту, пока я пишу это предложение, тысячи животных съедаются живыми; другие бегут, скуля от страха; другие медленно пожираются изнутри грызущими паразитами; тысячи всех видов умирают от голода, жажды и болезней. Так и должно быть. Если когда-либо наступит время изобилия, этот факт автоматически приведет к увеличению популяции, пока не восстановится естественное состояние голода и нищеты.

Копированая бомба

В последней главе Докинз рассматривает, как может выглядеть дарвиновская эволюция за пределами Земли. Похоже, что запускающим событием станет спонтанное возникновение самовоспроизводящихся сущностей или феномен наследственности. Как только этот процесс запустится, он вызовет взрыв реплицирующихся сущностей, пока не будут исчерпаны все доступные ресурсы и не будут заполнены все свободные экологические ниши. Именно поэтому главу так назвали. Докинз пытается выделить десять ключевых этапов из истории единственной известной нам «бомбы репликации» – жизни на Земле. Он отбрасывает любые специфические земные условия из этих этапов, которые он называет порогами, надеясь, что эти пороги будут применимы к внеземной эволюции в другой планетной системе. От начального порога репликатора мы в конечном итоге можем достичь более высоких порогов – сознания, языка, технологий и радиосвязи. Финальный порог – космические путешествия. Достигнув Луны, мы едва ли вышли за порог.