Ляпсусы эволюции

От ошибок не застрахован никто, даже природа…

Когда мы смотрим на творения природы, они кажутся нам совершенными. Всё их строение, каждая черточка точно подогнаны под тот образ жизни, который они ведут. Инженеры с завистью наблюдают, как зависают и мгновенно разворачиваются в воздухе колибри и мухи-журчалки, как стремительно прорезают плотную толщу воды дельфины и пингвины, как древесные стволы выдерживают напор ветра, несмотря на огромную парусность веток и листьев… Кажется, что все технические решения в мире живых организмов идеальны.

ГЛАЗА НАИЗНАНКУ

Но когда ученые начали внимательнее присматриваться к творениям природы, они обнаружили, что гениальные конструкции порой соседствуют здесь со странными решениями, за которые инженера-человека, вероятно, просто выгнали бы с работы. «Если бы какой-нибудь оптик попытался продать мне инструмент со всеми этими дефектами, я бы счел себя в полном праве обвинить его в разгильдяйстве и вернул бы ему его инструмент», – сказал знаменитый немецкий физик и физиолог Герман Гельмгольц о предмете своих исследований – человеческом глазе. Столь резкая оценка была вызвана прежде всего нелепым строением главной части глаза – сетчатки. Именно в этом слое, выстилающем заднюю стенку глаза, лежат клетки-фоторецепторы, которые улавливают попадающие в глаз фотоны и преобразуют их в электрические импульсы. Эти импульсы передаются на клетки другого слоя сетчатки, а те, в свою очередь, передают возбуждение на третий слой. Только импульсы третьего слоя клеток по зрительному нерву поступают в головной мозг.

Само по себе такое устройство сложно, но вполне понятно: оно позволяет провести первичную обработку сигнала – усилить контрастность, сбалансировать цвет и т. д. Но при этом логично было бы ожидать, что слои будут расположены так, чтобы первым клеточным слоем на пути света оказался слой фоторецепторов. На самом деле всё обстоит ровно наоборот: чтобы добраться до фоторецепторов, свет должен пройти все прочие клеточные слои сетчатки! Они, конечно, очень тонкие и прозрачные (иначе мы бы вообще не могли ничего видеть), но всё-таки какая-то часть попадающего на них света неизбежно поглощается или рассеивается, что ухудшает качество изображения. Кроме того, необходимость поддерживать прозрачность этих слоев исключает использование в них миелина – специальных оболочек, которыми обмотаны аксоны – нервные отростки, соединяющие нервные клетки с другими клетками, в частности – с фоторецепторами. Такие оболочки резко ускоряют движение импульса по аксону, но их никак нельзя сделать прозрачными – и клеткам сетчатки пришлось от них отказаться, пожертвовав скоростью передачи сигнала.

Но и это еще не всё. Клеткам третьего слоя (того, что первым стоит на пути световых лучей) нужно как-то передавать сигналы в головной мозг. Их аксоны, идущие по поверхности сетчатки, собираются в пучок – в зрительный нерв, который уходит вглубь сетчатки, проходя насквозь всю ее толщу. Естественно, там, где этот нерв проходит сквозь сетчатку, никаких фоторецепторов уже быть не может. И ту часть зрительного поля, которая проецируется на эту область, человек просто не видит – это так называемое «слепое пятно». Конечно, то, что попадает на слепое пятно, можно легко увидеть, просто чуть-чуть переместив взор. Но так или иначе странное расположение клеточных слоев еще и отнимает у нас часть поля зрения. И не только у нас, а у всех позвоночных, от рыб до птиц – у всех у них глаза устроены таким же странным образом!

ДРУГОЙ ВАРИАНТ

Но может быть, эти слои и нельзя было расположить иначе? Ответ на это дают головоногие моллюски – осьминоги, кальмары и каракатицы. Их глаза устроены очень похоже на глаза позвоночных, но внутренние слои сетчатки расположены рационально и логично: ближе всего к свету лежит слой фоторецепторов, затем – промежуточные клетки и последними – клетки, аксоны которых образуют зрительный нерв. Почему же наши глаза устроены столь противоестественным образом? Дело в том, как именно формировались глаза и мозг у далеких предков позвоночных. Наша центральная нервная система развилась из кожных покровов и когда-то представляла собой нервную пластинку – участок специализированных клеток на спинной стороне древних существ. В ней уже были светочувствительные клетки и даже, вероятно, клетки, обрабатывавшие сигналы от них.

Потом пластинка втянулась внутрь тела и замкнулась в трубку. И фоторецепторы, лежавшие ранее на поверхности нервной пластинки, оказались внутри трубки. Для маленьких прозрачных животных, которыми являлись предки позвоночных, это было неважно – их органы зрения все равно не могли дать четкого изображения, а отличать свет от тьмы можно было и сквозь ткани тела. Затем, по мере увеличения размеров и усложнения строения, позвоночным удалось вынести эту часть нервной системы наружу и сформировать сложные глаза, но так и не удалось изменить расположение клеточных слоев в сетчатке.

МИМО СЕРДЦА

Конструкция сетчатки – возможно, самый поразительный, но не единственный пример «слепоты» эволюции. У всех млекопитающих чувствительность гортани и управление ее мышцами (в том числе голосовыми связками) обеспечивается возвратным гортанным нервом – одной из ветвей так называемого блуждающего нерва. Место выхода этого нерва из черепа расположено совсем недалеко от гортани – у человека это расстояние составляет всего несколько сантиметров. Но блуждающий нерв весь целиком, не давая ответвлений, проходит через шею в грудную клетку. Неподалеку от сердца от него ответвляется возвратный гортанный нерв, и оттуда, огибая дугу аорты, идет обратно – к гортани. Таким образом, нервные импульсы от мозга к гортани и от гортани к мозгу должны проходить путь, чуть ли не вдесятеро превышающий расстояние между этими органами. И эта абсурдная схема присуща всем млекопитающим – даже жирафу, у которого длина волокон возвратного гортанного нерва составляет около четырех метров!

Зачем нужна такая расточительная и неэффективная конструкция? Незачем. Это опять-таки наследие эволюционного прошлого. У далеких предков всех наземных позвоночных – древних рыб – этот нерв обслуживал заднюю часть жаберного аппарата. Никакой шеи у них, конечно, не было, жаберные дуги располагались совсем недалеко от мозга, и то, что эта веточка нерва проходит позади одного из идущих к жабрам сосудов, не причиняло никаких неудобств. В ходе дальнейшей эволюции строение животных сильно изменилось: между головой и грудью появилась шея (и порой очень длинная), жабры исчезли, те эмбриональные зачатки, из которых они когда-то развивались, теперь частично входят в состав гортани.

А рядовой сосуд, за которым ответвлялся нерв, превратился в главную артерию всего тела – аорту… Но изменить взаимное расположение нерва и аорты эволюции оказалось не под силу. Вот и приходится нервным волокнам закладывать длинную, абсолютно ненужную петлю.

ОТКАЗ ОТ ПОЛЕТА

Принято считать, что отбор не может создать ничего бесполезного и уж тем более не может уничтожить ничего полезного. Но и это не совсем так. Когда-то одна из групп мелких оперенных динозавров, превратив свои передние конечности в крылья, освоила активный полет. Приобретение действительно оказалось очень выгодным: благодаря ему их потомки – птицы стали самой успешной группой летающих животных, заселили места обитания, недоступные другим животным, и достигли настоящего расцвета. Сегодня по числу видов (около десяти тысяч) птицы – самая многочисленная группа наземных позвоночных.

Но полет требует очень больших затрат энергии. Поэтому если особенности мест обитания или образа жизни тех или иных видов птиц делали полет не очень нужным (например, на удаленных островах, где нет наземных хищников), преимущество получали те особи, которые реже других поднимались в воздух. Отбор действовал уже против крыльев (или, по крайней мере, переставал их поддерживать), и в последующей эволюции крылья становились всё слабее и хуже. В результате сегодня в мире существует несколько сотен видов птиц, неспособных к полету. Некоторые из них, например пингвины, превратили свои крылья в плавники, позволяющие очень быстро и маневренно передвигаться в воде. Другие, например страусы, используют крылья в брачных демонстрациях, конфликтах и других формах внутривидового общения. Но у очень многих нелетающих птиц крылья представляют собой совершенно бесполезные придатки.

Так, у новозеландских киви они уменьшились настолько, что полностью скрылись в перьях. Получается, что эволюция отобрала у этих птиц одну пару конечностей, не дав ничего взамен, хотя всякий раз поддерживала только полезные изменения!

В таких случаях наглядно проявляются принципиальные отличия работы естественного отбора от человеческого творчества. Не руководствуясь никакой целью, отбор может найти технические решения, которые человеку-конструктору просто не пришли бы в голову, и в дальнейшем довести их до совершенства. Но в то же время он поддерживает всё, что выгодно здесь и сейчас, независимо от того, каковы будут более отдаленные последствия. А когда эти последствия наступают, он оказывается не в силах принципиально изменить однажды созданную конструкцию.