…Все существует, растет, изменяясь
Здесь, поскольку назначено то по законам природы,
И никакое усилье порядок вещей не нарушит,
Ибо не может ничто от материи прочь отделиться
Все тут одно из другого становится ясным, и если
Понял меня ты, труды приложив небольшие —
с дороги
Ночь не собъет тебя больше. И узришь ты тайны
Природы
Так одна вещь постоянно должна освещаться другою
Поэт-натурфилософ первого века нашей эры посвятил целую книгу стихов происхождению и развитию жизни, утверждая, что все подчинялось законам природы, а не воле богов, хотя большинство закономерностей по тому времени он знать не мог, лишь гениально предвосхищая борьбу за существование и отбор. Тем более ему оставались неведомы частные законы эволюции.
Нам же необходимо в них разобраться. И с этой целью перейдем от научной поэзии к науке непосредственно, к конкретным законам эволюции, чтобы один вслед за другим пример показывал, как, по каким внутренним причинам изменяются органы?
Заметим, что число жаберных щелей и дуг вначале у самых низших рыб и их предков было больше 6, затем, у акул их стало 5, а у высших рыб — 4. Число все уменьшается. То же самое наблюдается и в количестве конечностей у членистоногих. Вспомните и сравните их число у многоножек и насекомых. Таких примеров достаточно. Вначале одноименные органы возникают в большом числе, но все они слабо работающие. Со временем их становится меньше, но работают они уже с «полной нагрузкой». Это «Закон уменьшения числа одноименных органов», открытий В. А. Догелем[34].
Мы видели, как изменение плавательного пузыря рыб тесно связано с изменением кровеносной системы и, конечно, с коренными изменениями дыхания. Однако «любое изменение одного органа влечет за собой изменение всех других, с ним связанных». Это Закон корреляций, сформулированный Жоржем Кювье[35]. Закон этот связан с математикой и физикой. В том же организме один орган не может измениться без того, чтобы не изменился и другой, подобно тому, как нельзя помножить на сто числитель дроби, не умножив на столько же ее знаменатель, иначе общее значение дроби не останется прежним.
Вот почему недоразвитые крылья страусов сопровождаются недоразвитой мускулатурой, а эти мышцы, идущие от плечевой кости к грудине, будучи тонкими и слабыми, не требуют большой площади для прикрепления и «довольствуются» плоской грудиной, не образующей киля. Здесь хочется сказать несколько слов о функции киля. У летающих птиц, наоборот, крыло большое, мышцы сильные и толстые. Сокращаясь, они с силой опускают крыло, преодолевая сопротивление воздуха и вес всего тела. Отсюда ясно, для чего служит большой киль. Боковые поверхности этого выступающего костного гребня и служат площадью прикрепления[36] мощных мышц, идущих к плечевым костям крыльев (рис. 28).
Рис. 28. Поперечные схематичные разрезы через грудь страуса и голубя.
К — киль грудины; Л — лопатка; М — летательная грудная мышца; П — плечевая кость крыла; По — позвоночник; Р — ребра.
Киль у птиц не имеет никакого отношения к «разрезанию воздуха», потому что мышцы с боков доходят до самого его края, и над ними он нисколько не выступает. Кроме того, все это сверху покрывает кожа с перьями, окончательно закруляющими грудь, без всяких выступов. Грудь птиц, как и нос корабля, не столько «разрезает», сколько продавливает, раздвигает внешнюю среду (воздух, воду: здесь законы физики одинаковы). Но главное в другом: обтекаемые тела не требуют заостренных передних концов. Идеальна для этого форма вытянутой капли, закругленной спереди, но обязательно оттянутой и заостряющейся кзади. Это относится и к формам тела рыб и китов в равной степени. Заострение заднего конца необходимо для того, чтобы струи, обтекающие тело, могли с него «сбегать», соскальзывать, не образуя завихрений, тормозящих продвижение вперед, особенно на большой скорости. Многие птицы летят округлой грудью вперед, согнув шею (цапли, совы, некоторые орлы).
Не служит киль и противовесом «для равновесия», так как центр тяжести тела птиц часто лежит выше, над килем, да к тому же он не тяжелее соседних частей и тканей.
Однако вернемся к закону корреляций. Выше говорилось, что превращение пузыря в легкие повлекло за собой образование малого круга кровообращения, а он, в свою очередь, потребовал разделения предсердия перегородкой на правую и левую части.
Нередко корреляция выражается в обратно пропорциональной зависимости: например, взамен постепенной потери функции дыхания кожей, при ее ороговении, у рептилий сильнее и лучше развиваются легкие.
Чем разветвленней дыхательная система у членистоногих (например, у раков, пауков и насекомых), тем менее развита сеть кровеносных сосудов. Обе эти системы также находятся в коррелятивной зависимости, отчасти заменяя друг друга при доставке кислорода к тканям.
Мы видели, как орган, несущий свою определенную функцию, постепенно замещается другим, исподволь заменяющим прежний. Новый орган принимает на себя функцию прежнего, хотя сам он совсем иного происхождения и работает по другому принципу. Это видно на примере постепенной замены жабер легкими, в чем проявляется закон замещения, или субституции.
Далее, очень важен закон Долло[37], который гласит: «Однажды исчезнувший орган у потомков вновь восстановиться не может. Если и возникает подобный орган, то из других зачатков, иного материала». Например, чешуя у рыб — это видоизмененные мелкие сосочки или пластинки костной ткани (из мезодермы), проросшей сквозь верхний слой (эктодерму) кожи на поверхность. У земноводных она исчезла. Но у пресмыкающихся мы вновь видим чешую. Однако она уже не костного происхождения, а возникла заново из другого слоя — ороговевшей поверхности самой эктодермы кожи.
Высшие млекопитающие не могли быть потомками ни ехидны, ни утконоса, так как эти яйцекладущие звери потеряли за время эволюции свои зубы и чешую даже на хвостах, а у вышестоящих млекопитающих они есть. Значит, предками их были другие, древние яйцекладущие, которые зубов и чешуи не теряли. Потомки же утконоса не могли бы вновь приобрести эти утерянные детали и части.
Теперь выясним, как тот же орган изменяет свою функцию, а вместе с нею и свое строение, свой «облик». Древние органы вначале часто выполняли несколько функций. Конечности ящеров могли служить для бега, прыжков, рытья почвы, для гребли при плавании и лазания (хотя и плохо) по деревьям. Затем одна из этих функций становится главной в данных условиях. Она постепенно вытесняет все остальные и остается единственной. Этот путь называют специализацией органа. За последнее время указанный орган изменился так, что может выполнять теперь только одну какую-либо работу.
Всякая специализация органа и прогресс в его развитии — это и одновременно потеря прежнего совершенства. Так, специализированная нога лошади сохраняет лишь один средний палец и ничего, кроме бега, совершить не может. Развитие сложного полового аппарата паразитических червей сопровождается у них потерей или упрощением других органов, в том числе органов чувств и т. п.
Если специализация зашла очень далеко, то возврата к прежнему уже нет. И отклонения от начатого пути тоже невозможны. Но если орган, приобретя главную функцию, еще не потерял и дополнительных, то возможен «поворот» в эволюции. Если началось приспособление к совсем новым условиям жизни, то функции как бы меняются местами. Прежняя главная функция органа исчезает не сразу. Она становится второстепенной, дополнительной. Так, крыло первоптиц еще долго могло помогать при лазании, сохранив свои три пальца. Но дополнительная ранее функция (парашютирование) становится все более и более главной. Аналогично протекала замена одного вида и способа питания другим у зародышей яйцекладущих млекопитающих.
33
Лукрецкий Тит Кар (род. ок. 99 г, — ум. в 55 г. до н. э.) — древнейший философ и поэт, великий просветитель древности, один из крупнейших представителей античного анатомистического материализма (БСЭ. Изд. 2-е, т. 25, с. 486). Эпиграф взят из его книги «О природе вещей».
34
Догель Валентин Александрович (1882–1955) — советский зоолог, автор учебных пособии по зоологии и сравнительной анатомии беспозвоночных, а также по общим вопросам паразитологии. Сделал глубокие обобщения по сравнительной анатомии
35
Кювье Жорж (1769–1832) — выдающийся французский естествоиспытатель, известный своими трудами в области сравнительной анатомии, палеонтологии и систематики животных (БСЭ. Изд. 2-е, т. 24, с. 175).
36
Выделение р а з р я д к о й, то есть выделение за счет увеличенного расстояния между буквами здесь и далее заменено
37
Долло Луи (1857–1931) — бельгийский палеонтолог-дарвинист. Разработал Закон необратимости эволюции (Габуния Л. Луи Долло. М., «Наука», 1974).