По мотивам одноименной главы в книге «Рождение сложности» Александра Маркова.
Мы все со школьной скамьи привыкли к тому, что весь процесс развития живого, его движения к сложности — это борьба за существование, конкуренция и отбор. Так было написано в учебнике биологии 10-11 классов. И все прочно усвоили, что без конкуренции и борьбы никакой эволюции не будет. Мысль эта столь прочно сидит в голове, что ее даже экстраполируют на многие другие области деятельности. Что стоит одно «вечное»: жизнь — это борьба. Осталось понять — борьба с кем или с чем. Ну, да это и не важно. Если жизнь, значит — борьба, значит — конкуренция и отбор. В институте приходится отучать студентов от этой мысли.
Вне всяких сомнений, что конкуренция и борьба в природе имеется. Без этого никуда. Но масштабы этой конкуренции несоизмеримы с масштабами другого, полностью противоположного явления. Называется оно симбиозом. И снова стоит обратиться к школьному учебнику, в котором дано, в общем-то, вполне сносное определение этого явления, как взаимовыгодного сосуществования организмов. И в пример тут же приводятся опять же вполне сносные лишайники и микориза. «Вполне сносные» здесь значит, что для первичного понимания сути симбиоза этого достаточно. На этих примерах показывается, как два совершенно различных организма (из разных царств) сосуществуют вместе и приносят друг другу определенную пользу. Иногда можно встретить пример жвачных животных, у которых в кишечнике живут бактерии, способные к перевариванию клетчатки. Собственно, этим все и заканчивается. Этими примерами и формируется представление о симбиозе. К сожалению, крайне скудное. В полном объеме оно дается только в курсе биологических дисциплин университетов, да и там всей широты не показывается.
Симбиоз — явление куда более распространенное, чем можно представить. Александр Марков справедливо указывает, что в природе вряд ли можно найти организм, который без натяжек можно было бы назвать индивидуальным. Т. е. таким, который сам справляется с обеспечением своей жизнедеятельности, без помощи симбионтов. Даже там, где мы привыкли видеть таких индивидуалов, скорее всего, на самом деле, мы имеем дело с системами симбиотических организмов. Далеко ходить не надо, достаточно посмотреть в зеркало. Человек тоже не может жить полноценно без микрофлоры кишечника.
Удивительно, но наиболее успешные организмы как раз и являются симбиотическими системами с высокой степенью симбиоза. Возьмите, хотя бы, тлей, которые так докучают садоводам. Питаются они исключительно соками растений и больше ничем. Строгая диета из водички с углеводами. Других питательных веществ в соке особо-то и нет. В любом случае их крайне недостаточно для полноценной жизнедеятельности. Но тли быстро растут и размножаются. Равно и клопы, которые тоже питаются соком растений. И те, и другие имеют в своей пищеварительной системе симбиотических бактерий. У тлей это зашло дальше и теперь бактерии (Buchnera) живут не просто в пищеварительной системе, а в специализированных клетках. Как и многие другие симбиотические организмы, бухнера может жить только в организме хозяина. Она потеряла независимостьи ее геном резко сократился и потерял пластичность. Но это по-прежнему симбиот, т. к. он производит для организма хозяина аминокислоты, витамины и много другое, что из сока растений тли получить никак не могут. А тли дают бухнере убежище и создают для нее благоприятные условия проживания. Симбиоз в этом случае достиг такой степени, что симбиотическая бактерия стала едва ли не органойдом клетки... Но тут я сделаю паузу и эту тему вынесу в отдельный пост. Слишком уж она обширна.
Термиты, муравьи, черви (особенно те, которые обитают в глубинах океанов), даже высшие млекопитающие — в природе везде мы найдем примеры симбиоза, который, вроде бы, не укладывается в «школьное» понимание эволюции, как прцесса борьбы и конкуренции. Повсюду мы видим обратное — стремление к организации сложных связей между совершенно различными организмами. И не удивительно, что биологи полагают, что даже растения смогли выйти на сушу только благодаря симбиозу с грибами, который и сейчас имеет место быть и распространен гораздо шире, чем мы можем узнать из школьной программы. К примеру, орхидеи, которые нам столь хорошо знакомы и столь любимы многими за свои необычные цветы. Семена орхидей настолько малы, что больше похожи на пыль, а запас питательных веществ в них крайне скуден. Чтобы преодолеть это препятствие, семена орхидей после попадания в почву обзаводятся спутником в виде мицелия грибов, различных для разных видов орхидей. Грибы и снабжают молодое растение всем, что ему необходимо, пока оно не сможет самостоятельно добывать питательные вещества из почвы. А про клубеньковые бактерии-азотфиксаторы у бобовых мы все слышали.
Так что стоит переосмыслить свои взгляды на эволюцию и отказаться от «школьного» понимания этого процесса, на чем часто играют разнообразные любители покритиковать современную науку, ставя в качестве аргумента такой: терия эволюции оправдывает расизм, говоря, что процветание возможно только для сильных, а слабые и неполноценные должны вымирать. А в природе все оказывается, как всегда, совсем иначе. И борьба слабого с сильным тоже имеет место, но не совсем ясно, кто же сильный, а кто слабый. Потому нам стоило бы поучиться у природы, где при любой возможности организмы образуют между собой связи, плотно сплетающие их обоих, даже не смотря на то, что каждому из них приходится чем-то жертвовать для общего блага. Ну, и не только политикам стоит присмотреться к этому процессу, но и каждому есть, что почерпнуть, научиться понимать природу несколько иначе, с другой стороны, с изнанки. А через это научиться понимать себя. Ведь Великий симбиоз — одна из основ жизни на Земле.
1 сентября 2011 г.
24 апреля 2011 г.
Несистемная эволюция систем
Давно хотел об этом написать. Но все как-то не хватало времени. Теперь вот будем рассуждать об эволюции с системного ракурса. До этого мы касались отдельных проблем и аспектов теории эволюции, практически никогда не рассматривая организм, как систему. А что такое - система? Кратко и просто - множество взаимодействующих и взаимозависящих компонентов, каждый из которых сам по себе не имеет тех функций, которые имеет система этих компонентов.
В живом организме, который уже сам является системой, существует множество систем. Одни можно выделить четко, например, нервная, кровеносная, пищеварительная. Другие выделяются лишь функционально, к ним, в частности, относится эндокринная система. Рецепторная система тоже выделяется исключительно функционально, ибо все органы восприятия устроены различно. Но все эти системы, и явные и не явные, исключительно функциональные, объединяет одно - все их компоненты работают согласовано и зависят друг от друга.
Логично, что всякие изменения одного компонента системы так или иначе скажутся на других. А это повлечет за собой каскад изменений, что представляет собой лишь одну сторону вопроса. Вторая, менее очевидная сторона касается глобальной эволюции организмов и часто не принимается во внимание критиками эволюционной теории. Да, мы снова возвращаемся к критике, чтобы лишний раз показать, что собственно критиковать ТЭ могут только те, кто плохо знаком с основами биологии, да и вообще науки. Понятие системы стало одним из самых фундаментальных в науке очень давно, но вот вульгарным оно стало совсем недавно (кстати, вульгарный в переводе с латыни - обыкновенный). Т. е. термин "система" сейчас в речи часто теряет свое содержание и от того упускается из виду его огромное значение. А между тем применять этот термин необходимо с пониманием его сути, а не как попало.
Но вернемся к теме эволюции. Одной из мышц, которой поигрывают критики, является "проблема" эволюции такого органа, как глаз. Упор делается на невозможности случайного появления глаза ввиду его чрезвычайно сложного устройства, которое при все при том является исключительно эффективным. Не останавливает критиков даже тот факт, что в животном мире совершенно независимо сформировались целых три типа сложно устроенных глаз, которые между собой схожи, разве что, функционально. Это глаза позвоночных, моллюсков и членистоногих. Другие формы органа зрения и перечесть трудно, их достаточно много. Три разных системы, которые выполняют схожие функции. Если глаза членистоногих не достигли такой сложности, как у позвоночных и представляют собой по сути множество простых глазков (омматдиев), которые постепенно сближались и образовали сложный фасеточный глаз, то глаза головоногих моллюсков крайне схожи с глазами, например, млекопитающих. Даже если принять во внимание, что развитие любого глаза запускается одним единственным геном у всех организмов (по крайней мере эти гены в высокой степени гомологичны).
Но это пусть будет ответом на поигрывание мышцами. Тем не менее, понятие "система" тут проходит красной строкой. Глаз - система, в которой ничто не может эволюционировать отдельно. Каждый компонент изменяется согласованно. В то же самое время глаз - это один из компонентов системы восприятия, отвечающий за зрение. А за ним стоит центральная нервная система, которая обрабатывает поток информации от глаза. А за нервной системой стоит кровеносная, которая обеспечивает нервную кислородом (нейроны мозга, как мы знаем, весьма чувствительны к его недостатку) и питательными веществами. А за кровеносной стоит дыхательная, а за ней - рецепторная, а там и мышечная и так далее, тому подобное.
Биологи рассматривают эволюцию отдельного органа исключительно для того, чтобы сосредоточиться на нем, а не распылять усилия. Но в контексте системного подхода мы должны обратить внимание на согласованную эволюцию компонентов. За примерами ходить далеко не нужно. Для этого можно даже придумать для себя гипотетический вид, модельную систему, на которой и будем обкатывать наш подход.
Создадим популяцию хищников, пусть они будут четвероногими дневными, среднего размера, например с крупную собаку. Мы знаем, что каждый признак, будь то внешний или любой другой, имеет определенную степень изменчивости - вариативность. Давайте в качестве отправной точки примем такой признак, как содержание гемоглобина в крови. Признак, вроде бы, не существенный, у каждого из нас этот показатель различен и у всех на слуху фраза "гемоглобин низкий" (а кто знает, какова норма для каждого человека). Пусть в популяции все произошло по законам Менделя (для простоты понимания) и во втором поколении появились три группы особоей: с низким уровнем, нормальным и повышенным.
Наши модели - активные хищники. Значит, добычу они загоняют. Значит, нужно двигаться и двигаться быстро. Что определяет скорость движения? Правильно, развитие мускулатуры (ну, там относительные размеры костей скелета, его устройство и т. д., но мы-то полагаем, что у всех особей эти параметры одинаковы). Несколько успешнее будут те особи, которые бегают быстрее, их мышцы получают несколько больше кислорода, а вымывание продуктов обмена происходит активнее. Пусть через несколько поколений это преимущество закрепится. Кровь теперь переносит больше кислорода. Следовательно, те системы, которые особо нуждаются в кислороде, получают возможность немного увеличить свою "производительность" (за счет увеличения объема, усложнения структуры и т. д.). Мышцы теперь могут быть крупнее, работать быстрее, что еще добавляет преимущества особям. Теперь можно бежать быстрее, а тут опять выиграет тот, у кого кровь интенсивнее снабжает мышцы кислородом и питательными веществами (не забываем, что пока наши особи принадлежат к одному виду и, возможно, к одной популяции). Чем быстрее бегает хищник, тем быстрее убегает жертва. Чтобы поймать ее, теперь уже не достаточно просто скорости. Нужно строить простые логические цепочки, уметь разрабатывать тактику, пусть и простую, но эффективную. А кто выигрывает в этом случае? Правильно, те, у кого ЦНС работает эффективнее. А у нас уже есть плацдарм для ее развития и усложнения - кровь, которая переносит много кислорода и питательных веществ. Теперь наши модели не только быстро бегают, но и прекрасно координируют свои действия и даже умеют думать "наперед".
А если есть развитый мозг, значит он способен не только координировать тело, но и работать с более сложными сигналами, например, с визуальной информацией, с информацией от носа, ушей (или органов все это заменяющих). А кто получит преимущество? Верно, те, у кого глаз несколько лучше видит, ухо - слышит, а нос чувствует запахи. А у кого вся эта информация будет обрабатываться тщательнее? Опять верно, у тех, у кого мозг развит. А кого он будет более развит?... Ну и так далее.
Можно углубиться в одну систему, например, в эндокринную и посмотреть, что делается там. А там тоже все будет работать схожим образом, ведь кроме нервной регуляции есть еще и тесно связанная с ней система более медленной гуморальной регуляции. Т. е. тут регуляторные функции выполняются с помощью секретов. Чем больше функций исполняется в регулируемых системах, тем больше будет регуляторов, тем избирательнее будет их действие, тем сложнее будет устроена система желез внутренней секреции, тем более точной она будет. В ответ ткани и клетки-мишени будут избирательнее реагировать на регуляторы, тем более специфичной будет реакция, тем меньше количества секрета потребуются для ответа.
Ни один организм не развивается по частям. Только как целое, как система. Об этом нельзя забывать и потому, что такое упущение приводит к весьма странным вопросам вроде "а откуда появился глаз, ведь сам он случайно появиться не мог, это очень сложный орган". Это не просто орган, это система компонентов, которые развивались строго согласовано. А если наложить этот системный подход на идею об эволюции функций, которая была рассмотрена нами ранее, станет ясно, что эволюция работает не над отдельным органом, а над системой, над всем организмом, лишь отдавая предпочтение наиболее необходимому признаку. За эволюцией одного признака тянется вереница изменений в других, которые потянут за собой следующие. И так всегда и везде, вплоть до эволюции высшей нервной деятельности.
Биологическая наука прошла долгий путь от первоначальных представлений об изменчивости организмов до сложной системы знаний, которые представляет собой современная синтетическая теория эволюции. От мифов о том, что все в мире сотворено Творцом с некоей целью и замыслом, к понимаю того, что природа, по сути, идет вслепую, методом перебора, выбраковки и утверждения. Но никогда не ошибается в каждом конкретном случае. Эволюция не имеет цели, не имеет системы в отношении своей работы, она бессистемна, бесцельна, но направлена и идет только вперед. Лишь на ближайшую перспективу у нее находится решение. Чуть дальше, и снова начинаются поиски и эксперименты. Но никогда не бывает такого, чтобы она ошиблась. Бессистемный поиск, приводящий в систематическому успеху - вот та характеристика, которую я бы дал процессу эволюции.
В живом организме, который уже сам является системой, существует множество систем. Одни можно выделить четко, например, нервная, кровеносная, пищеварительная. Другие выделяются лишь функционально, к ним, в частности, относится эндокринная система. Рецепторная система тоже выделяется исключительно функционально, ибо все органы восприятия устроены различно. Но все эти системы, и явные и не явные, исключительно функциональные, объединяет одно - все их компоненты работают согласовано и зависят друг от друга.
Логично, что всякие изменения одного компонента системы так или иначе скажутся на других. А это повлечет за собой каскад изменений, что представляет собой лишь одну сторону вопроса. Вторая, менее очевидная сторона касается глобальной эволюции организмов и часто не принимается во внимание критиками эволюционной теории. Да, мы снова возвращаемся к критике, чтобы лишний раз показать, что собственно критиковать ТЭ могут только те, кто плохо знаком с основами биологии, да и вообще науки. Понятие системы стало одним из самых фундаментальных в науке очень давно, но вот вульгарным оно стало совсем недавно (кстати, вульгарный в переводе с латыни - обыкновенный). Т. е. термин "система" сейчас в речи часто теряет свое содержание и от того упускается из виду его огромное значение. А между тем применять этот термин необходимо с пониманием его сути, а не как попало.
Но вернемся к теме эволюции. Одной из мышц, которой поигрывают критики, является "проблема" эволюции такого органа, как глаз. Упор делается на невозможности случайного появления глаза ввиду его чрезвычайно сложного устройства, которое при все при том является исключительно эффективным. Не останавливает критиков даже тот факт, что в животном мире совершенно независимо сформировались целых три типа сложно устроенных глаз, которые между собой схожи, разве что, функционально. Это глаза позвоночных, моллюсков и членистоногих. Другие формы органа зрения и перечесть трудно, их достаточно много. Три разных системы, которые выполняют схожие функции. Если глаза членистоногих не достигли такой сложности, как у позвоночных и представляют собой по сути множество простых глазков (омматдиев), которые постепенно сближались и образовали сложный фасеточный глаз, то глаза головоногих моллюсков крайне схожи с глазами, например, млекопитающих. Даже если принять во внимание, что развитие любого глаза запускается одним единственным геном у всех организмов (по крайней мере эти гены в высокой степени гомологичны).
Но это пусть будет ответом на поигрывание мышцами. Тем не менее, понятие "система" тут проходит красной строкой. Глаз - система, в которой ничто не может эволюционировать отдельно. Каждый компонент изменяется согласованно. В то же самое время глаз - это один из компонентов системы восприятия, отвечающий за зрение. А за ним стоит центральная нервная система, которая обрабатывает поток информации от глаза. А за нервной системой стоит кровеносная, которая обеспечивает нервную кислородом (нейроны мозга, как мы знаем, весьма чувствительны к его недостатку) и питательными веществами. А за кровеносной стоит дыхательная, а за ней - рецепторная, а там и мышечная и так далее, тому подобное.
Биологи рассматривают эволюцию отдельного органа исключительно для того, чтобы сосредоточиться на нем, а не распылять усилия. Но в контексте системного подхода мы должны обратить внимание на согласованную эволюцию компонентов. За примерами ходить далеко не нужно. Для этого можно даже придумать для себя гипотетический вид, модельную систему, на которой и будем обкатывать наш подход.
Создадим популяцию хищников, пусть они будут четвероногими дневными, среднего размера, например с крупную собаку. Мы знаем, что каждый признак, будь то внешний или любой другой, имеет определенную степень изменчивости - вариативность. Давайте в качестве отправной точки примем такой признак, как содержание гемоглобина в крови. Признак, вроде бы, не существенный, у каждого из нас этот показатель различен и у всех на слуху фраза "гемоглобин низкий" (а кто знает, какова норма для каждого человека). Пусть в популяции все произошло по законам Менделя (для простоты понимания) и во втором поколении появились три группы особоей: с низким уровнем, нормальным и повышенным.
Наши модели - активные хищники. Значит, добычу они загоняют. Значит, нужно двигаться и двигаться быстро. Что определяет скорость движения? Правильно, развитие мускулатуры (ну, там относительные размеры костей скелета, его устройство и т. д., но мы-то полагаем, что у всех особей эти параметры одинаковы). Несколько успешнее будут те особи, которые бегают быстрее, их мышцы получают несколько больше кислорода, а вымывание продуктов обмена происходит активнее. Пусть через несколько поколений это преимущество закрепится. Кровь теперь переносит больше кислорода. Следовательно, те системы, которые особо нуждаются в кислороде, получают возможность немного увеличить свою "производительность" (за счет увеличения объема, усложнения структуры и т. д.). Мышцы теперь могут быть крупнее, работать быстрее, что еще добавляет преимущества особям. Теперь можно бежать быстрее, а тут опять выиграет тот, у кого кровь интенсивнее снабжает мышцы кислородом и питательными веществами (не забываем, что пока наши особи принадлежат к одному виду и, возможно, к одной популяции). Чем быстрее бегает хищник, тем быстрее убегает жертва. Чтобы поймать ее, теперь уже не достаточно просто скорости. Нужно строить простые логические цепочки, уметь разрабатывать тактику, пусть и простую, но эффективную. А кто выигрывает в этом случае? Правильно, те, у кого ЦНС работает эффективнее. А у нас уже есть плацдарм для ее развития и усложнения - кровь, которая переносит много кислорода и питательных веществ. Теперь наши модели не только быстро бегают, но и прекрасно координируют свои действия и даже умеют думать "наперед".
А если есть развитый мозг, значит он способен не только координировать тело, но и работать с более сложными сигналами, например, с визуальной информацией, с информацией от носа, ушей (или органов все это заменяющих). А кто получит преимущество? Верно, те, у кого глаз несколько лучше видит, ухо - слышит, а нос чувствует запахи. А у кого вся эта информация будет обрабатываться тщательнее? Опять верно, у тех, у кого мозг развит. А кого он будет более развит?... Ну и так далее.
Можно углубиться в одну систему, например, в эндокринную и посмотреть, что делается там. А там тоже все будет работать схожим образом, ведь кроме нервной регуляции есть еще и тесно связанная с ней система более медленной гуморальной регуляции. Т. е. тут регуляторные функции выполняются с помощью секретов. Чем больше функций исполняется в регулируемых системах, тем больше будет регуляторов, тем избирательнее будет их действие, тем сложнее будет устроена система желез внутренней секреции, тем более точной она будет. В ответ ткани и клетки-мишени будут избирательнее реагировать на регуляторы, тем более специфичной будет реакция, тем меньше количества секрета потребуются для ответа.
Ни один организм не развивается по частям. Только как целое, как система. Об этом нельзя забывать и потому, что такое упущение приводит к весьма странным вопросам вроде "а откуда появился глаз, ведь сам он случайно появиться не мог, это очень сложный орган". Это не просто орган, это система компонентов, которые развивались строго согласовано. А если наложить этот системный подход на идею об эволюции функций, которая была рассмотрена нами ранее, станет ясно, что эволюция работает не над отдельным органом, а над системой, над всем организмом, лишь отдавая предпочтение наиболее необходимому признаку. За эволюцией одного признака тянется вереница изменений в других, которые потянут за собой следующие. И так всегда и везде, вплоть до эволюции высшей нервной деятельности.
Биологическая наука прошла долгий путь от первоначальных представлений об изменчивости организмов до сложной системы знаний, которые представляет собой современная синтетическая теория эволюции. От мифов о том, что все в мире сотворено Творцом с некоей целью и замыслом, к понимаю того, что природа, по сути, идет вслепую, методом перебора, выбраковки и утверждения. Но никогда не ошибается в каждом конкретном случае. Эволюция не имеет цели, не имеет системы в отношении своей работы, она бессистемна, бесцельна, но направлена и идет только вперед. Лишь на ближайшую перспективу у нее находится решение. Чуть дальше, и снова начинаются поиски и эксперименты. Но никогда не бывает такого, чтобы она ошиблась. Бессистемный поиск, приводящий в систематическому успеху - вот та характеристика, которую я бы дал процессу эволюции.
Кембрийский взрыв - персоналии
Это вот многоногое существо, обитавшее непосредственно во времена знаменитого кембрийского взрыва, зовется микродиктионом (не путать с водорослью). Интересно, что четко классифицировать ее не получается. Впрочем, как и множество других ископаемых. Но эта оригинальнее других. Кто она? Предок членистоногих, перипатусов или еще одна тупиковая форма?
30 января 2011 г.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)
Сообщения
