Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Независимое изобретение столь высокоспециализированного органа – не случайность. Все виды саламандр с таким языком имеют несколько общих признаков. Большинство саламандр используют жаберные кости для дыхания – чтобы раскрывать рот и проталкивать воздух в легкие. А на стадии личинки они также активно используют эти жаберные кости для питания: движение костей создает всасывающий эффект, необходимый для проникновения пищи внутрь организма. Если жаберные кости нужны для дыхания и питания, как же можно использовать их для стрельбы языком? Так вот: виды с самыми дальнобойными языками не имеют легких и не проходят стадию личинки. При отсутствии этих признаков жаберный аппарат не имеет конкурирующих функций и может использоваться для новой цели – служить снарядом для захвата добычи.

Но как возникает множественность? И что эти примеры говорят нам о внутренних механизмах работы живых организмов?

Шум – это сигнал

Ученые, как и большинство людей, ненавидят путаницу. Ученые любят графики, на которых точки аккуратно укладываются на кривой или прямой линии. Нам хочется ставить такие эксперименты, которые давали бы окончательный ответ. Наши идеальные наблюдения четки, аккуратны и в точности следуют предсказаниям. Мы любим сигнал и не переносим шум.

Анализ дерева жизни в этом смысле ничем не отличается. Построение семейного дерева жизни сродни поиску ключей к идентификации видов в дикой природе: мы отслеживаем специфические особенности, которые являются общими для некоторых животных. Чем больше у какого-то вида таких специфических особенностей, тем легче отличить его от остальных. Каждый может назвать различия между чайкой и совой. У обеих птиц есть идентификационные признаки, такие как круглая форма головы у совы и специфическая окраска клюва и тела у чайки. А родство между ними определяется по наличию признаков (от анатомии до ДНК), общих для разных групп. У всех людей есть признаки, которых нет у других приматов, у всех приматов есть признаки, которых нет у других млекопитающих, а у всех млекопитающих есть признаки, которых нет у большинства пресмыкающихся, и т. д.

Рэй Ланкестер вскрыл проблему курицы и яйца: как отличить сходство, возникшее независимым путем (множественность признаков), от сходства, объясняющегося общностью генеалогии? Если языки саламандр с множеством сложных деталей возникли независимым путем, как можно быть уверенным, что наличие того или иного признака доказывает родственную связь? Выясняется, что язык саламандр – лишь часть истории. Множественность проявляется в разных органах.

Так как же ведущий мировой специалист по саламандрам анализировал их эволюцию? Дэвид Уэйк, как и большинство других исследователей в этой области, практически не использовал анатомические признаки в качестве индикатора родства. Почему? Сколько бы ни накапливалось данных, выяснялось, что саламандры из разных частей света в разное время приобрели одинаковые элементы строения независимым путем.

Может быть, наличие биологической множественности – не помеха, а ключ к каким-то фундаментальным закономерностям? Может быть, то, что мы считаем шумом, на самом деле сигнал? Что, если какие-то пути эволюции не случайны?

Множественность в живых организмах проявляется в двух вариантах. Первый вариант – наличие ограниченного числа решений какой-то проблемы. Например, способность летать. Всем летающим существам для действия подъемной силы нужна большая площадь поверхности частей тела, так что у всех летающих существ есть крылья. Крылья птиц, летающих пресмыкающихся, летучих мышей и мух выглядят одинаково, но у них разные внутренние структуры и разные истории происхождения. Строение костей в крыльях птиц отличается от такового у летучих мышей или птерозавров. Крыло летучей мыши представляет собой мембрану, натянутую между пятью удлиненными пальцами, тогда как крыло птерозавра опиралось на очень длинный четвертый палец. Крылья насекомых совсем другие и поддерживаются тканью иного типа. Физическая необходимость и история привели к возникновению этих структур: все это крылья, но у них разная конфигурация, отражающая разную эволюционную историю млекопитающих, птиц, пресмыкающихся и насекомых.