Людина розумна як біологічний вид з'явилася внаслідок незліченної кількості випадковостей та мутацій. Чи був неминучим розвиток нашого роду (чи подібних істот)?
А що було б, якби ми перевели стрілки назад і перезапустили годинник еволюційної історії?
До речі, це знаменитий уявний експеримент. Американський палеонтолог Стівен Джей Ґулд запропонував його ще наприкінці 1980-х років, але він і сьогодні збурює уяву еволюційних біологів.
На думку Ґулда, за такого сценарію люди б нізащо не еволюціонували повторно, бо розвиток життя на Землі відбувався б іншим шляхом.
Вчений вважав, що еволюція людства була винятковим, неповторним явищем.
Навіть якби ми мільйон разів прокрутили плівку еволюції життя, то жодного разу не побачили б, як виникає щось подібне до Homo sapiens.
У своїх аргументах Ґулд спирався на ту величезну роль, яку в еволюції відіграє випадковість. Масштабні випадки масового вимирання, такі катаклізми, як падіння астероїдів і виверження вулканів, теж належать до випадкових подій.
Не менш важлива дія випадковості й на молекулярному рівні. Генетична мутація, що лежить в основі еволюційної адаптації, залежить від випадкових подій.
Простіше кажучи, еволюція - це продукт довільних мутацій. Рідкісні нечисленні мутації можуть підвищити шанси організму на виживання в певних середовищах. Поділ одного виду на два починається з таких рідкісних мутацій, що з часом стають звичними.
Але в розвиток можуть втручатись інші випадкові процеси, а це може призводити до втрати корисних, а з часом - і збільшення числа шкідливих мутацій. І з кожним повтором плівки виникатимуть все нові й нові форми життя.
Авжеж, повернути час назад нереально. Ми ніколи не дізнаємось достеменно, чому ми з'явились тут саме в такому вигляді. Однак, на щастя, вчені, що займаються експериментальною еволюційною біологією, мають певні можливості перевірити гіпотези Ґулда у мікромасштабі - на бактеріях.
Мікроорганізми діляться й еволюціонують дуже швидко. Тому ми можемо заморозити мільярди ідентичних клітин і зберігати їх як завгодно довго.
Це дозволяє взяти субпопуляцію цих клітин, помістити в нове середовище, щоб вони там росли, й спостерігати за адаптивними змінами в режимі реального часу. Ми можемо переходити від "теперішнього" до "майбутнього" і навпаки скільки завгодно. Тобто відтворювати еволюцію життя в пробірці.
Досліджуючи еволюцію бактерій, учені дійшли висновку (можливо, неочікуваного), що за короткий період вона часто рухається цілком передбачуваними шляхами, і виникають одні й ті самі риси та генетичні рішення. Візьмімо як приклад один тривалий експеримент.
У ньому з одного клону кишкової палички (Escherichia coli) виникло 12 незалежних популяцій, і з 1988 року вони постійно еволюціонували. З'явилось понад 65 000 поколінь - а з часу появи сучасного Homo sapiens було всього-на-всього 7 500-10 000 поколінь.
І всі популяції, що розвивались, мали краще здоров'я, швидші темпи зростання і більші клітини у порівнянні з предками. Це свідчить про те, що шляхи еволюції організмів дещо обмежені.
Наявність еволюційних сил допомагає організмам, що розвиваються, не збитися з прямого шляху.
Природний добір - "керівна рука" еволюції; він приборкує хаотичні мутації та сприяє корисним. Це означає, що велика кількість генетичних змін з часом слабшатиме і зникатиме, а виживуть лише найсильніші. Також внаслідок цього ті самі рішення щодо виживання реалізуються в неспоріднених видах.
Це доводить історія еволюції. У видів, що не були близькоспорідненими, але мешкали в спільному середовищі, розвивались однакові риси. Наприклад, у птахів та птерозаврів, що вимерли, розвинулися крила і виразний дзьоб, але вони не походять від близького спільного родича. Тож фактично під тиском еволюційного добору крила й дзьоби паралельно розвивалися двічі.
Однак важлива й генетична архітектура. Не всі гени рівні: деякі виконують надважливу роботу. Гени часто поєднані в мережі, які можна порівняти з електросхемами, де є резервні та "головні" вимикачі. Мутації у "головних вимикачах" закономірно приводять до значно більших змін, через опосередкований ефект "доміно", який позначається на всіх генах під їхнім контролем.
Це свідчить про те, що певні локації в геномі частіше роблять внесок у еволюцію, тобто справляють більший ефект, ніж інші. Впливаючи тим самим на результати еволюції.
Але як бути з основоположним законами фізики? Чи сприяють вони прогнозованій еволюції? У великих масштабах здається, що так і є. Наприклад, численні закони, які керують нашим Усесвітом. Гравітація, завдяки якій є океани, щільна атмосфера та процеси ядерного синтезу в Сонці, що випромінює нам енергію, - це передбачувана сила.
Теорії Ісаака Ньютона, що спираються на масштабні детерміновані сили, також можна застосувати до опису багатьох систем у великому масштабі. Вони описують Усесвіт як досконало передбачуваний.
З погляду Ньютона еволюція людей була неминучою. Однак ця втішна передбачуваність розлетілася на друзки в ХХ столітті, коли було відкрито суперечливий, але такий захопливий світ квантової механіки. У крихітному світі атомів і часток царює справжня випадковість. Тобто на найбільш фундаментальному рівні наш світ непередбачуваний.
Це означає, що загальні "правила" еволюції залишатимуться незмінними, хоч би скільки разів ми прокручували плівку життя. Завжди існуватиме еволюційна перевага для організмів, які отримують енергію сонця. Завжди будуть додаткові переваги для тих, що використовують гази, якими багата атмосфера.
А на основі цих адаптацій можуть прогнозовано виникати знайомі екосистеми. Але врешті-решт хаотичність, притаманна багатьом еволюційним процесам, забере в нас можливість "передбачати майбутнє" зі стовідсотковою точністю.
Як аналогію, можна навести проблему з царини астрономії.
На початку ХVIII століття один інститут математики пообіцяв премію тому, хто розв'яже "задачу трьох тіл" - про точний опис гравітаційної взаємодії та орбіт Сонця, Землі й Місяця.
Переможець довів, що точного розв'язку цієї задачі не існує. Подібно до того хаосу, який спричиняють випадкові мутації, незначна початкова похибка неминуче наростатиме. А отже, ви не зможете легко визначити, де опиняться три тіла в майбутньому.
Але як домінантний партнер, Сонце до певної міри вказує орбіту всім трьом небесним тілам - дозволяючи нам звузити їхні можливі розташування до певного ряду.
Багато в чому це нагадує "керівні руки" еволюції, які направляють організми, що адаптуються, на знайомі шляхи.
Ми не знаємо, куди повернула б еволюція вдруге, однак еволюційні шляхи організмів аж ніяк не безмежні. Навіть якби люди й не з'явилися вдруге, той невідомий світ все ж таки був би знайомим.
Статтю вперше опубліковано на сайті The Conversation і перевидано тут у рамках ліцензії Creative Commons.
Прочитати оригінал цієї статті англійською мовою ви можете на сайті BBC Future.
