А. Целесообразность жизненных явлений как результат естественного отбора
Труд Дарвина, как было указано вначале, способствовал утверждению в широких кругах читателей материалистического мировоззрения. Это можно весьма наглядно показать на объяснении явлений целесообразности. До Дарвина целесообразную приспособленность живых существ к их условиям существования объясняли неправильно — думали, что каждый организм сотворен чудесным путем, высшим существом, которое наделило его всеми нужными приспособлениями. В бесчисленных фактах целесообразной приспособленности легковерные люди приглашались видеть доказательства разлитой в природе премудрости божьей.
Дарвин разъяснил прежде всего основную ошибку: никакой неизменности условий существования живых организмов нет и не было. Наоборот, как условия жизни, так и сами организмы многократно менялись в течение тех сотен миллионов лет, в которые осуществлялось историческое развитие жизни.
Вместе с тем Дарвин показал, как это видно из всего вышесказанного, что в основе явлений целесообразной приспособленности живых организмов к условиям существования лежит разрешение коренных, насущных задач получения пищи, защиты от неблагоприятных и опасных для жизни внешних влияний и важнейшей задачи оставления потомства. Целесообразные приспособления возникают в результате выживания в каждом поколении тех организмов, которые наилучше добывают пищу, наиболее защищены от вредных воздействий среды и в наибольшем числе достигают половой зрелости.
Большое значение для естественно-научного объяснения целесообразности жизненных явлений имеет то обстоятельство, что целесообразность любого приспособления относительна. В определенных условиях приспособление спасает организм, а при изменении условий оно оказывается бесполезным или даже вредным. Так, панцырь черепахи защищает ее от нападения мелких млекопитающих и птиц, но не спасает от более редкого врага — крупной хищной птицы, которая поднимает черепаху на большую высоту и бросает ее вниз, причем панцырь разбивается о камни.
Живущий в СССР заяц-беляк летом имеет буроватую окраску, под цвет почвы. С наступлением холодов летняя шерсть выпадает и заменяется зимней, белого цвета, с густым подшерстком, которая хорошо защищает зайца от зимней стужи и делает его малозаметным на фоне снежного покрова.
Сезонная смена серо-бурой шерсти на белую у зайца-беляка целесообразна в тех случаях, когда эта смена совпадает по времени с установлением снежного покрова. Однако она становится нецелесообразной и даже вредной, когда похолодание наступило, заяц шерсть сменил, а выпадение снега задержалось: белые зайцы выделяются на фоне бурой почвы и могут стать добычей хищного млекопитающего или крупной хищной птицы.
Пчелы обладают могучим средством защиты от нападения хищных насекомых в виде жала, снабженного ядовитой железой. Однако это средство оказывается для них вредным, когда они жалят млекопитающих: пчела не может вынуть свое жало из плотной кожи млекопитающего и погибает.
Современные собачьи хищники, например, волки, обладают остробугорчатыми зубами, длинными челюстями (большая пасть), длинными ногами с «сбитой» лапой (пальцы тесно прижаты друг к другу, что уменьшает точку опоры). Современные копытные, например, олени, косули, бараны, обладают зубами-жерновами, с высокой, плоской коронкой, пронизанной пластинками эмали, пригодными для перетирания грубого корма. Громадный добытый наукой материал показал, что те и другие целесообразные приспособления развились постепенно. С одной стороны, в результате отбора возникли хищники, способные догнать и овладеть крупной добычей, которую они хватают на бегу зубами. С другой — в длинном ряду поколений спасались от преследования хищников, выживали и оставляли потомство копытные, наиболее сторожкие, наиболее быстрые и увертливые, наилучше способные питаться жесткими, грубыми растениями.
Мы видели, что в ряде случаев отбор наилучше приспособленных был изучен на основе опытов, происходивших в самой природе.
Даже такие замечательные, особые случаи приспособлений, как брачное оперение самцов птиц, их «танцы», пение, явления импозантности[1] у самцов млекопитающих, получили объяснение в теории полового отбора, подробно развитой Дарвином в сочинении «Происхождение человека и половой отбор».
Не существует приспособлений, вредных для их обладателя. Иногда самец некоторых птиц как бы во вред самому себе обладает яркой окраской. Несомненно, это увеличивает опасность для жизни этих птиц, привлекая к ним внимание хищников. Однако, дополнительно развиваются другие приспособления, предотвращающие эту опасность: брачный период происходит в то время года, когда пища имеется в изобилии и самцы, обладающие брачным оперением, особенно сторожки, — они уединяются в отдаленные углы чащи леса, «как бы сознавая, что красота служит для них источником опасностей» (Ч. Дарвин).
Дарвин доказал, что яркое оперение самца представляет полезное приспособление к условиям брачного периода: оно обеспечивает наискорейшее созревание половой системы самки, ускоряет спаривание и тем самым ведет к возможно быстрому началу постройки гнезда, откладки яиц и выкармливания птенцов.
Как видно из всего сказанного, объяснение Дарвиным целесообразной приспособленности организмов к их условиям существования показало ошибочность прежнего, религиозного объяснения. Вне человеческого общества, везде в природе господствует полная зависимость организма от природных условий существования, и на основе этой зависимости совершается изменение живых существ, замена менее совершенных форм более совершенными.
Подчеркивая ошибочность господствовавшего ранее религиозного взгляда на природу, Дарвин писал: «Лик природы представляется нам радостным, мы часто видим избыток пищи; мы не видим или забываем, что птицы, которые беззаботно распевают вокруг нас, по большей части питаются насекомыми и семенами и, таким образом, постоянно истребляют жизнь; мы забываем, как эти певцы или их яйца и птенцы в свою очередь пожираются хищными птицами и зверями; мы часто забываем, что если в известную минуту пища имеется в изобилии, то нельзя сказать того же о каждом годе и каждом времени года»[2]. В письме к своему другу ботанику Аза-Грею (от 22 мая 1860 г.) Дарвин писал, что не может «…видеть столь ясно, как другие… признаков плана и благоволения во всем, что окружает нас. Мне кажется, что в мире существует слишком много несчастия. Не могу убедить себя в том, что благодетельное и всемогущее Божество нарочно сотворило наездников с той определенной целью, чтобы они питались в живом теле гусениц, или кошку, чтобы она играла мышью».
Суровая правда лучше сладкой лжи. Как бы ни был убаюкивающе приятен людям прежний взгляд на природу, в которой якобы какое-то высшее существо заботится о человеке, этот взгляд, как ошибочный, пришлось оставить.
Б. Процесс расхождения видов и вымирание переходных форм
Научная теория развития жизни должна была прежде всего ответить на два вопроса: 1) почему организмы целесообразно приспособлены к условиям существования и 2) почему, — если отдельные виды животных и растений появились не сразу, а постепенно, — столь часто нет переходных форм между родственными видами?
Ответ на первый вопрос был дан в предыдущем разделе. Ответ на второй вопрос следует поставить в связь с изучением конкретного хода исторического развития живых существ.
Изучая самые различные группы, мы действительно очень часто не находим постепенных переходов. Если взять в качестве примера отряд непарнокопытных млекопитающих, то виды рода лошадь — дикая лошадь Пржевальского, ослы, зебры — резко обособлены один от другого, еще больше обособлены виды семейства лошадиных от видов семейств тапиров и носорогов. Полностью отсутствуют переходные формы между представителями двух разных классов — птиц и пресмыкающихся.
Надо указать, что это не всегда так — во многих случаях сохранились переходные формы. Так, например, в Австралии живут яйцекладущие млекопитающие, сочетающие в себе признаки млекопитающих и пресмыкающихся — яйцекладность и не вполне развитую теплокровность с волосяным покровом и выкармливанием детенышей молоком. Однако гораздо чаще переходные формы отсутствуют. Более близкое изучение этого вопроса показывает, что вымирание представителей переходных форм объясняется тем, что они менее приспособлены к условиям среды, чем более поздние виды, обладающие более совершенными приспособлениями. Переходные формы могли сохраниться только в особых условиях изоляции, как это и было с яйцекладущими, живущими в Австралии, где до появления там человека не было высших млекопитающих.
Из теории естественного отбора следует, что выживание наилучше приспособленных ведет к расхождению родственных когда-то видов. Конкретный ход процесса развития можно представить в виде дерева — от общего корня расходятся сначала крупные ветви, а затем все более и более мелкие. Это расхождение, как выяснил Дарвин, объясняется стремлением каждого вида захватить все ему доступные места в природе. В развитии каждой большой группы можно видеть это распространение видов-потомков по разным направлениям. Так, в период расцвета пресмыкающихся одни из них приспособились к различным условиям сухопутного образа жизни и стали растительноядными, хищниками или трупоедами, другие переселились в пресные воды, третьи стали морскими животными, четвертые перешли к воздушному образу жизни и т. п. Еще большее разнообразие направления приспособлений можно наблюдать у высших млекопитающих, которые используют буквально все возможные виды пищи, все ландшафты и зоны (леса, степи, горы, болота, пустыни, арктические льды и пр.); здесь имеются сухопутные насекомоядные и добывающие насекомых в воздухе (летучие мыши); питающиеся травой, листьями и ветвями кустарников, корой деревьев, ростками и плодами; самые различные хищники, трупоеды и др.
Охватывая взглядом общую картину развития животного и растительного мира, можно видеть, что каждая вновь появляющаяся группа вначале занимает небольшую область распространения и сравнительно малочисленна. Затем она распространяется на значительной территории, выделяя новые виды, которые переходят к различным условиям существования.
Длительное время жизнь на земле существовала в виде ничтожно малых живых существ. Некоторые из них приобрели зеленое вещество — хлорофилл, с помощью которого смогли улавливать солнечную энергию и превращать воду с растворенными в ней солями и углекислый газ воздуха в сложные пищевые соединения. Другие приспособились к питанию крупинками готовой пищи. Подобное расхождение в резко отличные стороны происходило в течение всего хода развития живых существ. Так, с одной стороны, сохранились очень мелкие живые существа, незаметные простым глазом, и могло происходить дальнейшее уменьшение их размеров, а с другой стороны, другие виды увеличивались в размерах, становились заметными невооруженному глазу, а затем и крупными.
В настоящее время имеются многочисленные представители этих крайних направлений: мелкие и мельчайшие одноклеточные водоросли, грибы и еще более мелкие бактерии и, с другой стороны, крупные и гигантские кустарники, морские водоросли и деревья.
Около 500 миллионов лет тому назад появились первые наземные растения. Среди них можно различить два направления развития — одно связано с мхами, другое с папоротникообразными растениями. Мхи были значительно стеснены папоротникообразными, хотя местами сохранились до наших дней — они достаточно обильно разрастаются на влажной почве наших лесов.
Первые цветковые растения были голосемянными — с открытой семяпочкой. В настоящее время к ним относятся наши хвойные — сосна, пихта, ель, лиственница, можжевельник. Около 150 миллионов лет тому назад появились первые покрытосемянные, которые стали господствующей группой растений. Они во многих местах вытеснили голосемянных, хотя местами последние, как известно, еще занимают обширные территории.
Как и растения, древнейшие животные жили в морях. Первые многоклеточные животные были в основном двух типов: плавающие в толще воды и прикрепленные к подводным предметам. Позднее появились ползающие животные. Пережитком их являются современные свободноживущие плоские, так называемые «ресничные» черви.
Эти ползающие разделились на два ствола, на два направления, которые, в частности, различаются по развитию рта. У одних ползающих рот зародыша становится ртом взрослого животного. У других зародышевый рот превращается в заднепроходное отверстие, а рот возникает заново. К первым относятся черви, мягкотелые (улитки, ракушки и пр.) и членистоногие (раки, пауки, насекомые). Ко вторым — иглокожие и хордовые, к которым относится громадная группа позвоночных.
Историю развития позвоночных мы имеем возможность изучать по остаткам скелетов животных, находимых в толщах земной коры.
Древнейшие позвоночные появляются в первой половине того отдела истории земли, который называют «эрой древних животных». Прежде всего появляются древние хрящевые рыбы и особые, позднее вымершие животные, все тело которых покрыто панцырем. Их назвали щитковыми. Как оказалось, им довольно близко родственны самые низшие из всех ныне живущих позвоночных — миноги.
Около середины «эры древних животных» появляются первые костные рыбы, от которых возникают первые наземные позвоночные — земноводные. Наступает разделение, расхождение позвоночных на два больших раздела: водных и наземных. Первым принадлежит водная стихия, вторым — суша.
Значительно позднее появляются так называемые костистые — наиболее совершенные из рыб, которые представляют самую многочисленную группу современных рыб.
Древнейшие наземные позвоночные во второй половине «эры древних животных», в свою очередь, разделились на две группы. Одна из них сохранила связь с водой, другая распространилась на обширных материковых территориях. Этих последних называют пресмыкающимися. Мы уже видели, что в период их господства они отличались весьма большим разнообразием. Позднее представители этой группы отступили на второй план под натиском новой группы — млекопитающих. Большинство современных пресмыкающихся относится или к мелким животным, прячущимся и питающимся ночью, или к животным, которые получили своеобразную специализацию, став водными (крокодилы, многие черепахи и змеи), часть из них утратила ноги (змеи), многие приобрели защитный панцырь (крокодилы, черепахи).
В начале средней эры появляются первые древнейшие млекопитающие, которые на протяжении всей средней эры, длительностью свыше двухсот миллионов лет, остаются на заднем плане, приспособляясь к худшим, гористым, холодным местностям земного шара, в результате чего у них появились такие замечательные защитные приспособления, как шерстяной покров, теплокровность.
В конце средней эры млекопитающие смогли вытеснить целую громадную группу гигантских пресмыкающихся — динозавров.
Таким образом, на протяжении всей истории жизни на земле мы видим борьбу старого с новым, борьбу между возникающими и развивающимися прогрессивными видами и застывшими, отстающими формами.
Великий русский ученый-палеонтолог В. О. Ковалевский (1842–1883) изучал конкретный путь эволюции копытных животных на основе учения Дарвина. Он показал, что в семействе лошадиных изменение зубного аппарата и прогрессивное увеличение третьего пальца явилось следствием перехода предков современных лошадей из леса в степь. От питания мягкими листьями кустарников и травянистых растений леса они перешли к поеданию грубой степной растительности, что потребовало большего развития пластинок эмали и более высокой коронки. Они усиленно преследовались степными хищниками, которые уничтожали всех, кого могли догнать. Спасались и оставляли потомство животные, быстрее бегавшие, более выносливые в условиях степного климата и способные питаться сухой растительностью (рис. 7 и 8). Вымирание всех промежуточных форм создало тот разрыв между однопалыми, высшими ныне живущими представителями семейства лошадиных и трехпалыми видами семейства тапиров, живущими в лесах, о чем говорилось выше.
Рис. 7. Современная дикая лошадь и ее предки:
1 — эогиппус; 2 — орогиппус; 3 — мезогиппус; 4 — гиппарион; 5 — современная дикая лошадь Пржевальского.
Рис. 8. Изменение черепа, кисти, стопы и зубов у тех же предков лошади.
Многочисленные последователи Дарвина изучают вопрос о родственных связях между ныне живущими видами и конкретный ход развития отдельных видов и групп. Многое сделал для изучения этих вопросов у низших позвоночных академик А. Н. Северцов (1866–1936).
В своем труде «Происхождение видов» Дарвин пишет, что историю жизни можно сравнить с деревом, в котором отдельные ветви то могуче распускаются, — это те виды и их группы, которые находятся в расцвете, то, наоборот, увядают, засыхают и отваливаются. «Кое-где, в развилине между старыми ветвями, отбивается тощий побег, уцелевший благодаря случайности и еще зеленый на своей верхушке».[3] Таковы переходные формы вроде утконоса из яйцекладущих млекопитающих или двоякодышащих рыб. «Как почки в силу роста дают начало новым почкам, а эти, если только сильны, превращаются, в побеги, которые, разветвляясь, покрывают и заглушают многие зачахнувшие ветви, так, полагаю, было в силу воспроизведения и с великим Древом Жизни, наполнившим своими мертвыми опавшими сучьями кору земли и покрывшим ее поверхность своими вечно расходящимися и прекрасными ветвями».[4]
В настоящее время это единство созидания и разрушения, единство возникновения и вымирания во многих случаях изучено. Древние хвойные вытеснили на громадном пространстве высшие споровые, а затем, в свою очередь, были вытеснены высшими цветковыми растениями. Пресмыкающиеся животные вначале в значительной степени вытеснили древних земноводных, многие группы которых вымерли, а затем, в свою очередь, высшие группы пресмыкающихся, динозавры, вымерли в результате столкновения с более приспособленными к жизни высшими млекопитающими. Постепенное накопление в науке конкретного материала по вопросу о том, как происходило во времени изменение видов, позволяет выдвигать новые задачи дальнейшего, углубленного изучения теории развития, мощный фундамент которой создал Ч. Дарвин.