КУНШТ
Вічний еволюціонер
Еволюція – науковий факт, і з цим важко сперечатися. Втім, Дарвін поставив багато запитань, над якими вчені досі ламають голови. Генетика та палеонтологія – сучасні інструменти еволюційної біології, що допомагають шукати відповіді.

Текст : Аліна Вейбер
Ілюстрації : Ірина Гетьман, Юрій Чернявський



«Сила природи» – таку назву має серія скульптур італійського художника Лоренцо Куіна. Автор відчув поштовх до створення цього циклу, коли побачив спустошене після цунамі узбережжя Таїланду у 2004 році та південні штати Америки, зруйновані ураганом Катріна 2005 року. Скульптури зображають жінку, котра за допомогою тонкого шматка матерії, наче камінець у пращі, обертає по колу Землю. Голова і тіло жінки вкриті тонким простирадлом – символ «сліпоти» природи, перед якою люди безсилі.

Еволюція як природний процес також є набором «сліпих» випадковостей. Людини як виду могло б не існувати, якби не відбулося сприятливого для цього збігу обставин. Сьогодні нам важко уявити світ, в якому би замість нашого виду найрозумнішими живими істотами були інші гомініди чи взагалі представники інших класів тварин. Оманливим є поширене уявлення про те, що перебіг еволюції досконалий, адже за всю історію життя на Землі багато еволюційних гілок зайшли в глухий кут. Чимало видів були пристосовані до особливих умов середовища, а при їхній зміні вимирали.

Зокрема, близькі родичі сучасних слонів, представники роду платибелодонів, що жили в період міоцену, мали досить кумедний вигляд: їхні щелепи були пристосовані в основному для споживання болотяної рослинності, тому нижня щелепа була видовжена майже до розміру хобота. А представники роду дейнотерій мали бивні в нижній щелепі, загнуті в бік шиї, що дещо обмежувало рухи цих вимерлих тварин.
Оманливим є поширене уявлення про те, що перебіг еволюції досконалий, адже за всю історію життя на Землі багато еволюційних гілок зайшли в глухий кут.
На перший погляд, еволюційне вчення досить зрозуміле: живі організми розвивалися від простих форм до складніших, змінюючи одні одних під впливом умов зовнішнього середовища. Здавалося б, питання еволюції стало для нас таким звичним, що його можна було би вважати закритим, залишаючи вивчення деталей самого процесу спеціалістам вузького кола.

Однак католицька церква визнала еволюційне вчення (разом із теорією Великого вибуху) теорією, що має право на існування, лише 2014 року за Папи Франциска, який заявив: «Бог – це не чарівник із чарівною паличкою». До цього у 1950 році Папа Пій XIII у своїй енцикліці «Humani generis» (з лат. рід людський – прим. ред.) назвав еволюцію «допустимою гіпотезою», а 1996 року Папа Іван Павло II сказав, що еволюція – це «щось більше, ніж гіпотеза».

В іншій частині ідеологічного спектра в січні 2018 року міністр освіти Індії виступив із промовою, в якій заперечив теорію еволюції, аргументуючи власну позицію тим, що про еволюційний розвиток живих організмів не написано в жодному давньому письмовому джерелі та не сказано в легендах. У школах Сербії до сьогодні теорію еволюції викладають лише в контексті ідей креаціонізму (віри в те, що все було створене вищою силою – прим. ред.).
Спочатку було не слово
Теорія еволюції асоціюється з іменем англійського вченого Чарлза Дарвіна, та не можна приписувати йому всі заслуги, не згадавши тих, хто заклав її основи. Першим попередником Дарвіна був Карл Лінней із його класифікацією рослинного і тваринного світу. Правила опису кожного відкритого виду, встановлені Ліннеєм, дослідники використовують і донині. Чарлзу Дарвіну також були відомі роботи натуралістів Жоржа-Луї Бюффона та Жоржа Кюв'є, котрі під час вивчення викопних органічних решток помітили, що знайдені види скам'янілих тварин зовсім не схожі на представників сучасної фауни Європи.

Одним із важливих попередників був Жан Батист Ламарк, теорія якого перебувала довгий час у конфлікті з дарвінізмом. Він вважав, що організми змінюються протягом життя завдяки тренуванням, а потім передають ці набуті ознаки нащадкам. Класичний приклад: предки жирафів із короткими шиями тягнулись-тягнулись до дерев і у такий спосіб видовжили собі шиї, а їхні нащадки тягнулись ще сильніше, аж поки не з'явилися вже звичні нам жирафи. До того ж цю теорію дуже полюбляли марксисти, бо вона їм підходила ідеологічно. «Праця зробила з мавпи людину», – полюбляли казати в Радянському союзі, тому генетика як наука, що цьому суперечила, була довгий час під забороною: понад 3000 науковців звільнили, багатьох із них заарештували і навіть стратили.
Переполох вчинила революційна на той час ідея про випадковість природного добору: зовнішні умови змінюються, і виживають найбільш пристосовані види
1831 року з метою географічних досліджень колоній Британської імперії у кругосвітню подорож вирушив корабель «Біґль» із 23-річним натуралістом Чарлзом Дарвіном на борту. Протягом п'яти років дослідник відвідав усі континенти, крім Антарктиди. Там він зібрав безліч зразків живої та неживої природи. А через майже 30 років, у 1859-му, вийшла книжка «Про походження видів», з ідеями якої дехто досі не може змиритися.

Переполох вчинила революційна на той час ідея про випадковість природного добору: зовнішні умови змінюються, і виживають найбільш пристосовані види. До того в науковому світі поширеною була гіпотеза Жоржа Кюв'є про те, що всі види виникли одразу в сучасному вигляді, а оскільки деякі з них зникали шляхом катастрофічних вимирань, що відбувалися на великих площах Землі, то наступне відновлення біорізноманіття було можливе завдяки тим видам, що залишалися.

Як і в будь-яких наукових відкриттях, що пропонують принципові методологічні зміни, в роботі Чарлза Дарвіна існувало багато відкритих запитань. Наприклад, відсутність матеріальних свідчень про «проміжні форми» між окремими видами в різних геологічних епохах і неможливість спостерігати еволюційний процес наочно. Тому до дарвінізму ставлення було досить обережне аж до моменту залучення даних генетики і створення нового напрямку досліджень у 1920-1950 роках – синтетичної теорії еволюції.
Синтетична теорія еволюції
Свою назву синтетична теорія еволюції отримала 1942 року після виходу книжки англійського вченого Джуліана Гакслі «Еволюція: сучасний синтез». Мабуть, не випадково, що нове слово в розвиток теорії вніс саме він, внук відомого натураліста Томаса Гакслі Джуліана Гакслі, одним із перших визнав теорію еволюції і активно захищав її від критиків. А брат Джуліана Олдос Гакслі став відомим на весь світ завдяки роману-антиутопії «Який чудесний світ новий».

Того ж 1942 року виходить робота американського вченого Ернста Майра «Систематика та походження видів». На думку Гакслі, на еволюційний процес впливала низка факторів: від кліматичних до зміни ролі виду в розбудові харчового ланцюжка тваринного світу тієї чи іншої геологічної епохи. Різні групи організмів можуть проявляти різні способи адаптації, що відображається на генетичному рівні. Натомість Майр акцентував увагу на географічній складовій –важливою була ізольованість популяції, і що меншою за розміром вона була, то більшою була ймовірність генетичних змін.

Однією із центральних фігур у розробці положень синтетичної теорії еволюції є українсько-російський еволюційний біолог Іван Шмальгаузен, котрий навчався і викладав в Університеті імені святого Володимира (нині – КНУ імені Тараса Шевченка). Він впровадив у синтетичну теорію еволюції поняття стабілізаційного добору – коли популяція розвивається завдяки індивідам з середніми ознаками, оскільки вони є більш пристосованими до умов середовища. До факторів еволюції вчений також зараховував спадкову змінність, випадкові зміни в ізольованих популяціях, зменшення свободи схрещування та наявність вільних екологічних ніш.

Після появи можливості використання аналізу ДНК як живих істот, так і викопних решток тварин, на кістках яких іще не відбулося заміщення органіки мінеральною речовиною, заперечити синтетичну теорію еволюції стало неможливо. Генетичні аналізи дозволяють максимально точно встановити ступінь спорідненості між окремими видами. Сучасні дослідження вносять корективи в деякі позиції синтетичної теорії. Наприклад, дискусійною є сфера прогнозування еволюційних змін, виникнення та зникнення нежиттєздатних геномів внаслідок природного добору. Окрім того, в ненауковців також є запитання до теорії еволюції.
Якщо «перемотати касету», то еволюція повториться?
Якщо «перемотати касету», то еволюція повториться? На це запитання Стівен Ґулд у своїй книжці 1989 року «Дивовижне життя: сланці Берджес-Шейл і природа історії» відповідає заперечно. На його думку, виникнення людини і всіх інших видів було випадковістю, яка навряд чи могла би повторитися знову. Він називає цей процес історичною контингентністю – еволюція нас не вибирала, ми просто підвернулися їй під руку. Тож, можливо, на Землі не виникло би розумного життя взагалі.

Цю думку заперечує палеонтолог Саймон Моріс із Кембриджського університету, який посилається на явище конвергентності в еволюції – види, що таксономічно не є близькими, розвинули схожі ознаки, наприклад, політ у мух, птахів і кажанів. На його думку, наявність схожих фізіологічних ознак у різних видів свідчить про те, що еволюція змогла б відтворити організми майже ідентичні до тих, що є сьогодні. Якби у людиноподібних мавп не розвинувся великий мозок і свідомість, то їхнє місце посіли би якісь дельфіни чи ворони, зайнявши нашу екологічну нішу. Адже, як каже Моріс: «Організмам довелося би пристосувати себе до фізичних, хімічних і біологічних реалій світу». Дебати двох науковців, зрештою, зосередилися на запитанні, наскільки така ознака, як людський розум, є повторюваною чи унікальною?
Чи можемо ми простежити еволюційний процес?
Історія роду Homo нараховує близько 2 млн років, людина сучасного фізичного типу, Homo sapiens, існує лише близько 200 тисяч років. У найдавнішій стоянці Омо в Ефіопії первісні люди проживали ще 195 тисяч років тому, а на територію Європи, в тому числі України, людина сучасного типу прийшла 40-30 тисяч років тому. Порівняно з історією розвитку інших форм життя на планеті це досить короткий проміжок часу. Водночас навіть із цього короткого проміжку більшу частину ми жили в печерах і переймалися тим, як вполювати мамонта.

Тому однією з причин, чому ми не можемо спостерігати еволюційні зміни в навколишньому середовищі, є те, що період існування людини з науковим світоглядом надто короткий для таких спостережень. В історії Землі навіть динозаври існували довше, за представників роду Homo. Серед природних змін, які ми можемо фіксувати на власні очі, є, на жаль, лише вимирання деяких видів тварин, оскільки тепер воно пов'язане не з кліматичними чи геологічними чинниками, а з антропологічним впливом.

Втім, вченим усе-таки вдається відтворювати деякі еволюційні процеси в лабораторних умовах із найпростішими організмами. Зокрема еволюційний біолог Річард Ленскі з Мічиганського університету ще 1988 року на прикладі бактерій Escherichia coli спостерігав явище контингентності. За 26 років тривалості експерименту бактерії прожили 50 тисяч поколінь, і в одній із 12 колб вони поділилися на два штами: один із маленькими клітинами й один із великими.
Чи можливо передбачити наступний етап еволюційного розвитку?
Передбачити новий етап еволюційного розвитку досить важко, і такі розмірковування будуть скоріше належати до галузі наукової фантастики. Еволюційні зміни залежать не від часових відрізків, а від змін у навколишньому середовищі, які можуть бути розкидані у часі та проявлятися по-різному.

Наприклад, найбільше вимирання видів на планеті – пермсько-тріасове (251-250 мільйонів років тому) – за однією з версій відбулося внаслідок кліматичних перетворень. Вимирання морських і наземних істот на той час звільнило екологічні ніші для представників нового класу живих істот – рептилій. А вимирання видів наприкінці мезозою (65 мільйонів років тому) відбулося внаслідок дії цілої сукупності факторів, зокрема біотичних – зростання кількості ссавців, які винищували дитинчат динозаврів, та абіотичних – зростання вулканічної активності чи падіння метеорита. Зникнення великих хижих динозаврів дозволило ссавцям і птахам посісти вільні екологічні ніші, що стало стимулом для подальшого стрімкого еволюційного розвитку.
Чому сучасні мавпи не еволюціонують у людей?
Критики еволюційної теорії як аргумент досить часто використовують тезу про те, що еволюцію не можна побачити тут і зараз, оскільки людиноподібні мавпи не перетворюються знову в людей, а нові, незнайомі науці види тварин не виникають. У відповідь на цей закид еволюційні біологи звертають увагу на принципову помилковість твердження, що «людина пішла від мавпи». Сучасні мавпи – не наші предки, а сусідні гілки родинного дерева приматів, що розвинулися паралельно.

Правильніше буде сказати, що пращури сучасних людей еволюціонували від окремих видів досить давніх мавп, які давно вимерли – дріопітеків і рамапітеків. Жили вони в третинному періоді, який розпочався 65 мільйонів років тому після мезозойського вимирання і тривав до початку останнього льодовикового періоду – 1,8 мільйона років тому. Цей період палеонтологи жартома називають «ерою гри еволюції», адже після вимирання динозаврів на планеті з'явилося багато екологічних ніш, які заповнили інші види.

У третинному періоді на планеті з'явилися пращури більшості істот, яких ми знаємо сьогодні, але їхні форми були досить незвичними. Наприклад, близький родич свині ентелодонт був хижою твариною і за розмірами сягав двох метрів у холці, а індрикотерій з роду носорогових виростав до восьми метрів і зовсім не мав рогу на лицевій частині черепа; давній кінь гіпаріон мав на одній кінцівці цілих три копита замість одного. Втім, це не означає, що нинішні мавпи не здатні еволюціонувати і не зможуть розвинутись в істот, рівних нам за інтелектом, але ці істоти будуть відмінні від нас. Крім того, для цього потрібні сприятливі умови і величезний відрізок часу, можливо, кілька мільйонів років.
Чи вдавалося людям вивести нові види?
Вид – одиниця класифікації, придумана людьми. У природі немає таких чітких меж, тому науковці досі сперечаються про критерії, за якими відрізняти, де ми маємо справу з окремими видами, а де – з підвидами одного виду. Так, деякі науковці пропонують вважати собаку і кішку окремими видами від їхніх диких родичів. Справді, якби залишилися лише собаки малих порід, то вони були би нездатні спарюватися з вовками (неможливість залишати спільне потомство – один із найтвердіших критеріїв для розрізнення окремих видів, принаймні у тваринному царстві).

Тим більше важко вважати домашню кукурудзу тим самим видом, що і її дикий предок теосинте. Ці рослини настільки різні, що дикий родич кукурудзи залишався загадкою для науковців до недавнього часу. Ще одним прикладом є чорноплідна горобина, виведена російським біологом Іваном Мічуріним шляхом схрещування двох інших видів рослин. Сьогодні вже існує перший вид синтетичної бактерії з найменшим у світі геномом. Із розвитком механізмів генної інженерії ми в найближчому майбутньому маємо шанс побачити значно більше таких прикладів.
Еволюція, закарбована в камені
Однією з наук, яка безпосередньо пов'язана з вивченням еволюційних процесів, є палеонтологія. Саме вона надає нам докази існування проміжних форм розвитку організмів, що є одним із доказів еволюційної теорії. Наприклад, довгий час залишалося загадкою, як риби вийшли на берег і дали початок усім групам чотириногих. Ця загадка була розв'язана, коли 2004 року палеонтологи знайшли на півночі Канади рештки істоти, якій дали назву тіктаалік і яка поєднує ознаки риб і земноводних.

Ще до того, як Дарвін розробив теорію еволюції, в різні історичні періоди люди знаходили скам'янілі рештки викопних тварин або рослин і намагалися дати їм пояснення. Навіть сьогодні досить часто вздовж розмитих берегів річок чи піщаних кар'єрів можна знайти рештки головоногих молюсків белемнітів, що мають довгасту овальну форму. В давнину люди теж їх знаходили і називали «пальцями русалок», «чортовими пальцями» або вважали стрілами бога-громовержця і використовували як оберіг від грози та пожежі. Скам'янілі белемніти нерідко трапляються на археологічних розкопках України.

Зокрема на поселенні Ходосівка, що датоване раннім середньовіччям, знайшли фрагменти цих молюсків, які дослідник стоянки Ігор Готун інтерпретував як предмети ритуального призначення. У 2001 році на Рильському провулку (Київ), культурний шар якого датується ХІІ-ХІІІ століттям, знайшли белемніт, стилізований під палець людини, що може свідчити про тривале збереження язичницьких уявлень серед населення Київської Русі.Засоби масової інформації та кінематограф створюють образ палеонтолога, який як не клонує мамонтів, то розкопує динозаврів.

Насправді робота палеонтолога більш кропітка і трудомістка. Галузь досліджень залежить в основному від особливостей матеріалу, знайденого в місцезнаходженнях – природних місцях захоронення решток викопних організмів. Наприклад, найбагатші місцезнаходження динозаврової фауни розташовані на території сучасних Північної та Південної Америк і Монголії. У Пермському краї сучасної Росії містяться добре збережені рештки фауни кінця палеозойської доби, завдяки чому отримала назву ціла геологічна система – пермський період. Так склалося, що в мезозойську еру, коли жили динозаври (252‑65 мільйонів років тому) на території сучасної України існував неглибокий океан Тетіс, тому замість решток гігантських рептилій українські палеонтологи досліджують морську фауну того періоду.
Навіть сьогодні досить часто вздовж розмитих берегів річок чи піщаних кар'єрів можна знайти рештки головоногих молюсків белемнітів, що мають довгасту овальну форму. В давнину люди теж їх знаходили і називали «пальцями русалок», «чортовими пальцями» або вважали стрілами бога-громовержця і використовували як оберіг від грози та пожежі.
В Україні також можна досліджувати неогеновий період (другий період кайнозойської ери – прим. ред.), який тривав від 23 до 2,5 мільйонів років тому. В цей час море зменшується, і на цій території розвиваються нові класи тварин: ссавці та птахи. Ми маємо такі багаті місцезнаходження: Гриців, Новокам'янка, гора Пивиха. Одне з цікавих місцезнаходжень неогенової фауни – це Одеські катакомби. Воно датується епохою міоцену (23-6 мільйонів років тому), коли до нас мігрують такі теплолюбні тварини, як давній слон – мастодонт, носоріг ацетатерій та хілотерій, жираф херсонотерій. Клімат у цей час був набагато теплішим, а ландшафти – трав'янистим лісостепом, який нагадував Африканську савану. В каньйонах Дністра і Смотрича є досить перспективні поклади силуру, які приїжджають вивчати науковці з різних частин світу.

Що далі від сучасності віддалений той чи інший геологічний період, то складніше палеонтологу судити про його біорізноманіття, адже найдавніші істоти на планеті мали досить простий вигляд: вони не мали хребта та панцира, багато з них були схожими на медуз. Саме тому донедавна ймовірні свідчення про найдавніші живі організми на планеті можна було знайти у покладах кембрійського періоду палеозойської ери (541-485 мільйонів років тому), оскільки саме тоді поширилися живі істоти, в тілі яких були тверді тканини, що краще зберігаються.

В цей період більша частина нашої планети була вкрита морем, в якому мешкали такі істоти як трилобіти, ракоскорпіони, губки, двостулкові молюски, скам'янілі рештки яких досить часто можна зустріти на різноманітних виставках мінералів або музейних експозиціях. Сліди, що мали вигляд дископодібних відбитків, знаходили і в шарах геологічного періоду, що передував Кембрію, – Едіакару (635-542 мільйонів років тому). Втім, до середини XX століття палеонтологи вважали, що ці сліди мають неорганічне походження.

Назва періоду походить від австралійського узгір'я Едіакар, із відкладів якого австралійський геолог Реґ Спріґ у 1946 році вперше описав викопні рештки. З того часу почали надходити відомості про схожі відклади з інших регіонів світу: Намібії, Канади, Росії (Архангельськ) й України. 1916 року в піщаниках Подільського щита А. Красновський знайшов артефакти, які спершу сприйняв за сліди від метеоритів більш пізнього силурійського періоду. Першу версію про органічне походження слідів висунула О. Каптаренко у 1928 році, але на той момент це звучало занадто сенсаційно.
На сьогодні еволюція загалом є визнаним фактом, неодноразово доведеним і підтвердженим, а суперечки точаться лише щодо окремих деталей її механізмів.
Новий поворот у дослідженнях відбувся у середині 1960-х років, коли для дослідження відкладів була організована геологічна експедиція Київського університету під керівництвом Заїки-Новацького. Завдяки їхнім дослідженням було описане ще одне місцезнаходження одного з найдавніших фауністичних комплексів світу – долина Дністра з його притоками, де в ерозійному розрізі глибиною до 120 метрів вдалося знайти поклади періоду докембрію. В едіакарський період долина Дністра була морським мілководдям, в якому жили перші медузи, водорості та інші багатоклітинні організми, класову належність яких вченим не вдалося з'ясувати.

Це перші відбитки медузи Bronicella podolica, водоростей Vendotaenia та Tirasotaenia, а також рід безскелетних організмів Nemiana, які заселяли мілководні ділянки, і новий рід цикломедуз, який був названий на честь першовідкривача едіакарської фауни – Cyclomeduza sprigg. Наступний період досліджень у регіоні пов'язаний із розрізами, що з'явилися внаслідок побудови Дністровської ГЕС в 1970-х. З 2009 року дослідженнями едіакарської фауни в Україні займається експедиція під керівництвом палеонтолога Володимира Гриценка.

У 2017 році їм вдалося дослідити кар'єр поблизу міста Ямпіль Вінницької області. Окрім уже описаних видів, вчені знайшли ще кілька зразків відбитків живих істот, які досі не відомі науці та чекають на визначення. Попри складність і часом небезпечність, палеонтолог – це романтична і необхідна професія. Геолог Юрій Шевела, учасник експедиції до Ямпільського кар'єру, поетично порівнює дослідження розрізу з «поглядом в очі самій еволюції».

На сьогодні еволюція загалом є визнаним фактом, неодноразово доведеним і підтвердженим, а суперечки точаться лише щодо окремих деталей її механізмів. Нові технології дозволять нам отримувати все більше даних з тих крихт інформації, які в нас є про минулі епохи. І якщо відкинути упередження і подивитися в очі фактам, то перед нами відкриється справді велична картина – картина історії життя на Землі.