Эволюция к вымиранию

Существует очень сильно распространённое заблуждение, согласно которому эволюция работает на благо видов. Вы, наверное, слышали чьи-нибудь рассуждения о том, что два кролика производят на свет восемь крольчат потомства и тем самым «способствуют выживанию своего вида»? Современный эволюционный биолог никогда бы такого не сказал. Скорее бы он породнился с кроликом.

При обсуждении этого вопроса тоже необходимо одновременно держать в уме несколько абстрактных концепций и при этом не смешивать их. Эволюция не работает на уровне конкретных особей. Особи сохраняют те гены, с которыми были рождены. Эволюция оперирует на уровне популяций — видов — во времени. Возникает естественная тенденция думать, что раз Фея Эволюции работает на уровне видов, она, должно быть, оптимизирует ради этих видов. Но на самом деле меняются лишь частоты встречаемости генов в популяции, а они не увеличиваются и не уменьшаются в зависимости от того, насколько этот ген поможет виду в целом. Как мы увидим в дальнейшем, для вида вполне возможно эволюционировать к вымиранию.

Почему мальчиков и девочек рождается примерно одинаковое количество? (Не учитывая безумные страны, использующие технологии искусственного полового отбора.) Чтобы понять, почему это удивительно, учтите, что от одного мужчины могут забеременеть сразу 2, 10, 100 женщин. Не похоже, чтобы одинаковое количество самцов и самок было необходимо для обеспечения выживания вида. Это ещё более удивительно для большинства видов животных, у которых самец практически не участвует в выращивании потомства - в вопросе родительских инвестиций люди экстраординарны, даже среди приматов. Сбалансированное половое распределение обнаруживается даже у видов, где самец оплодотворяет самку, а затем исчезает в тумане.
Рассмотрим две группы на разных сторонах горы: в группе А каждая мать рожает 2 дочерей и 2 сыновей, в группе В каждая мать рожает 3 дочерей и 1 сына. Группа А и группа В будут иметь одинаковое количество детей, но в группе В будет на 50% больше внуков и на 125% больше правнуков. Можно подумать, что это серьёзное эволюционное преимущество.

Но стоит учесть: чем реже начинают встречаться самцы, тем более репродуктивно ценными они становятся - не для группы, а для отдельного родителя. У каждого ребёнка есть отец и мать. Поэтому в каждом поколении общее генетическое влияние всех самцов должно быть равно общему генетическому влиянию всех самок. Чем меньше самцов, тем больше индивидуальное генетическое влияние каждого из них. Если все самки вокруг действуют во благо группы и вида, рожая по самцу на десять самок, вы можете одержать полную генетическую победу, родив исключительно сыновей, каждый из которых (в среднем) будет иметь в десять раз больше внуков, чем у их кузин.

В результате, в то время как групповой отбор должен поощрять рождение большего количества дочерей, индивидуальный отбор поощряет равный вклад в рождение потомства обоих полов. Взглянув на статистику по рождаемости, нетрудно заметить, что в борьбе между этими двумя силами у Homo sapiens, сокрушительную победу одержал индивидуальный отбор.

(Технически, всё немного сложнее. Индивидуальный отбор поощряет равный родительский вклад в потомство обоих полов. Если рождение и/или воспитание самцов в два раза проще, то эволюционно стабильным состоянием будет популяция, в которой самцов в два раза больше чем самок. Если в популяции в целом рождается одинаковое количество самцов и самок, но рождение самцов в два раза проще, то вы опять же можете одержать генетическую победу, рожая больше самцов. Таким образом, пациенты родильного отделения должны отражать баланс родительских издержек в семье охотников-собирателей при выращивании мальчиков и девочек. Но знаете, не похоже, чтобы для семьи охотников-собирателей вырастить девочку было настолько более репродуктивно затратным, что рождение примерно одинакового количество мальчиков и девочек выглядело подозрительным.)

Естественный отбор — не о группах, не о видах и даже не об отдельных особях. У видов, практикующих половое размножение, отдельный организм не эволюционирует, он сохраняет те гены, с которыми был рождён. Особь — это одноразовый набор генов, который никогда не возникнет вновь. Как можно вести отбор на таком основании? Стоит заметить, что почти все ваши предки мертвы, как становится ясным, что «выживает сильнейший» — это огромное заблуждение. «Воспроизводство более приспособленных» — вот подходящая формулировка, хотя технически приспособленность и определяется исключительно в терминах воспроизводства.

В действительности, естественный отбор — о частотах генов. Чтобы получить сложную адаптацию, механизм с множеством взаимозависящих деталей, каждый новый ген в процессе эволюции зависит от остальных генов, в достаточной степени распространённых в генетической среде. Они должны часто встречаться. И чем сложнее механизм, тем больше должны быть эти частоты. Особенность естественного отбора проявляется в распространённости гена, увеличивающейся от 0.00001% до 99% генофонда. Увеличение распространённости — это информация в смысле теории информации, и оно необходимо, чтобы большие сложные адаптации эволюционировали.

Настоящая борьба естественного отбора не в конкуренции между организмами за ресурсы, это лишь морок и все его участники исчезнут в следующем поколении. Настоящая борьба в соревновании между аллелями за частоты в генофонде. Именно результат этой борьбы создаёт информацию, сохраняющуюся надолго. Два ревущих барана, столкнувшиеся рогами всего лишь тени на стене пещеры.

Абсолютно возможно для аллеля распространиться вплоть до повсеместности, победив в конкурентной борьбе альтернативный аллель, который был бы «лучше для всего вида». Если бы Летающий Макаронный Монстр магически создал вид, в котором половое разнообразие было бы идеально оптимизировано ради выживания всего вида – такое, что могло бы эффективно восстанавливать популяцию после событий приводящих к почти полному вымиранию, адаптироваться к новым экологическим нишам и так далее, – то эволюция быстро бы испортила это разнообразие с оптимального значения для вида к индивидуальному оптимальному значению одинакового вклада в потомство обоих полов.

Представьте «ген Фродо», который жертвует своим носителем, ради спасения всего вида от вымирания. Что же случится с распространённостью этого аллеля в результате? Она уменьшится. Спасибо и до свидания.

И если события, способные привести к вымиранию вида, возникают регулярно (назовём это «средой Баффи»), распространённость гена Фродо будет систематически понижаться, пока он не исчезнет. Вскоре после этого исчезнет и весь вид. Гипотетический пример? Возможно. Если человечество планирует остаться биологическим ещё один век, было бы хорошей идеей начать клонировать Ганди.

У вирусов существует противостояние между стремлением каждого вируса воспроизвестись как можно быстрее и выгодой от того, что носитель останется в живых достаточно долго, чтобы распространить болезнь. Это хороший пример группового отбора, существующий в реальном мире. Если вирус эволюционирует до такого состояния, когда давление группового отбора не справляется с давлением индивидуального, вирус может вскоре исчезнуть. Не знаю, зафиксированы ли случаи, когда какая-нибудь болезнь эволюционировала к вымиранию, но наверняка это происходило многократно.

Нарушители сегрегации нарушают работу механизмов, которые обычно гарантируют справедливость полового размножения. Например, существует нарушитель сегрегации в мужской половой хромосоме некоторого вида мышей, который приводит к рождению исключительно самцов, которые также несут в себе этот нарушитель сегрегации. Затем эти самцы оплодотворят самок, те родят исключительно самцов и так далее. Вы могли бы возмутиться: «Это же жульничество!» Но это человеческий взгляд: репродуктивная приспособленность аллеля невероятно высока, ведь он оставляет в два раза больше копий себя в последующем поколении, чем альтернативный, немутировавший аллель. Даже когда самки начинают встречаться все реже и реже, самцы, несущие в себе этот ген имеют не меньшие шансы на спаривание, чем любые другие самцы, и таким образом нарушитель сегрегации остаётся в два раза более приспособленным, чем альтернативный аллель. Предполагается, что настоящий групповой отбор мог сыграть свою роль в удержании распространённости этого гена на том небольшом уровне, на котором она и находится. В таком случае, если бы в результате эволюции мыши научились летать и мигрировать на зиму, они бы наверняка сформировали единую репродуктивную популяцию и эволюционировали к вымиранию, как только нарушитель сегрегации распространился бы по все популяции.

Около 50% генома кукурузы состоит из транспозонов - ДНК элементов, чья основная функция копировать себя в другие участки ДНК. Класс транспозонов, называемый «P элементами», похоже, впервые возник в геноме дрозофилы только в середине двадцатого века и за 50 лет распространился по всей популяции. У людей есть «Alu-элемент», транспозон примерно из 300 оснований. Он встречается в человеческом геноме где-то от 300 тысяч до миллиона раз. Возможно, от транспозонов виды и не вымирают, но пользы это не приносит точно: транспозоны вызывают больше мутаций, которые почти всегда опасны, поскольку уменьшают эффективную точность копирования ДНК. И, тем не менее, подобные жулики крайне приспособлены.

Представим, что в некотором виде с половым размножением возник идеальный механизм копирования ДНК. Так как большинство мутаций вредны, подобный набор генов будет преимуществом для своих носителей. Но как же полезные мутации? Раз они иногда возникают, не будет ли неспособность мутировать недостатком? Однако у видов с половым размножением полезные мутации, возникшие в способных мутировать особях, могут распространиться к потомкам неспособных. Таким образом, мутируемость оказывается чистым недостатком. Идеальный механизм копирования ДНК увеличивает свою распространённость вплоть до повсеместности. Десять тысяч лет спустя наступает ледниковый период, и весь вид исчезает. Он эволюционировал к вымиранию.

«Эффект свидетеля» заключается в том, что когда кто-то попадает в неприятность, одинокий человек с большей вероятностью вмешается, чем группа. Студенту колледжа при эпилептическом приступе в 85% случаев помогали одинокие прохожие и в 31% группы из пяти человек. Предположу, что родство в племени охотников-собирателей было достаточно сильно, чтобы создать давление отбора для помощи особям, напрямую не родственным. Однако, я допускаю, что даже в этом случае генетическая гонка вооружений могла способствовать тому, что при наличии нескольких потенциальных помощников лучше остаться сзади. Каждый откладывает свою помощь, рассчитывая, что поможет кто-то другой. В настоящее время перед лицом человечества стоит множество угроз, способных привести к вымиранию всего вида, и, должен сказать, не так уж много людей готовы выступить вперёд. Если мы проиграем этот бой, потому что на поле боя не выйдет практически никто, значит, мы эволюционируем к вымиранию — как, по всей видимости, большое количество видов, которых мы не можем наблюдать сейчас.

Раковые клетки достаточно успешны в теле, они благоденствуют и накапливают больше ресурсов, значительно опережая своих более послушных конкурентов. Некоторое время.

Многоклеточные организмы могут существовать лишь потому, что они развили мощные внутренние механизмы, подавляющие эволюцию. Если клетки начнут эволюционировать, то очень быстро эволюционируют к вымиранию: организм погибнет.

Не стоит восхвалять эволюцию за заботу об отдельной особи, ведь почти все ваши предки мертвы. Не стоит восхвалять эволюцию и за заботу обо всем виде: никому ещё не удалось обнаружить сложную адаптацию, которую можно объяснить лишь направленностью на сохранение вида в целом. Судя по всему, математика показывает, что это практически невозможно. И наоборот, вид вполне может эволюционировать к вымиранию. Не исключено, что человечество завершает этот процесс прямо сейчас. Нельзя даже похвалить эволюцию за заботу о генах: битва между двумя альтернативными аллелями за распространённость — это игра с нулевой суммой.

Приспособленность не всегда ваш друг.