Попытка доказать это с научной точки зрения Сент-Илеру не удалась. Но не потому, что он ошибался, он как раз был прав. Просто наука его времени слишком мало знала о тонкостях эволюции живых существ. Только спустя полтора века достижения эмбриологии и генетики развития надежно подтвердили, что все позвоночные существа (включая вид Homo sapiens) — это перевернутые брюшной стороной кверху беспозвоночные. Проще говоря, мы все перевернутые брюхом кверху каракатицы.
Фото: Ullstein bild via Getty Images
Фото: Ullstein bild via Getty Images
От «морского монаха» до перевернутого рака
В истории биологии публичная дискуссия о сходстве позвоночных с каракатицей между академиком Жоффруа Сент-Илером и академиком Жоржем Кювье, которая продолжалась на 11 заседаниях французской Академии наук и длилась с конца февраля и сентябрь 1830 года, считается одной из главных вех эволюционизма додарвиновского периода. Исходным предметом спора было исследование двух молодых ученых, которые хотели доказать, что головоногие моллюски в целом и каракатица в частности устроены по тому же общему плану, что любое животное, в том числе позвоночное.
Доказать это академикам было невозможно: эволюционные пути моллюсков и предков позвоночных разошлись больше 500 млн лет назад, на этапе первых многоклеточных животных. Да и с обывательской точки зрения это выглядело нелепостью: где каракатица и где, например, корова! Не говоря уже о таком позвоночном, как человек. Наверное, академики пожурили бы по-отечески молодых ученых и велели бы им заняться делом, а не фантазировать попусту. Если бы те не ссылались в своей работе на теорию единства плана строения живых существ академика Сент-Илера, а сам академик не выступил бы в их защиту.
Каракатица — лишь один из примеров, может быть, не самый наглядный, говорил Сент-Илер с академической трибуны. «Взгляните на рака, опрокинутого на спину, и вы увидите, что различные системы его расположены совершенно так же, как у высших позвоночных животных»,— говорил он. О том, что каракатицу ученые уже принимали за человекообразное существо, он не говорил, но любой зоолог его времени и так это знал. Еще в XVI веке Конрад Гесснер включил это существо в свою иллюстрированную «Историю животных» под видовым названием Monachus marinus.
Много позже по рисункам в труде Гесснера и в других научных монографиях прошлого ученые опознали в «морском монахе» каракатицу. Но если смотреть на лежащую на брюхе черную каракатицу, то расцветка ее спинной стороны действительно создает иллюзию монаха с тонзурой, в рясе и с торчащим из-под нее рыбьим хвостом, как у русалки. Причем это был вид монаха в фас, то есть с его, монаха, брюшной стороны.
Природа словно подсказывала ученым, где искать главное сходство и различие между позвоночными и беспозвоночными животными. Но они подсказку не поняли, а те, кто всерьез верил в это сходство, искали его не там, где следовало искать. Когда Сент-Илер, демонстрируя академикам перевернутого рака в качестве иллюстрации своей теории единого плана строения всех животных, предлагал рассматривать членистоногих как перевернутых на спину позвоночных, это восприняли как фигуру речи, а не в буквальном смысле.
Два академика
Поставить на место расфантазировавшегося академика Сент-Илера мог только равный ему по калибру оппонент. Оппонентом стал академик Кювье. Оба они были ровесниками, оба из мелкобуржуазного сословия, оба самостоятельно сделали карьеру, причем не только в науке. Сент-Илер, выражаясь словами Остапа Бендера, был «особой, приближенной к императору», официальным помощником Наполеона Бонапарта по науке, вместе с ним участвовал в Египетском походе, где организовал вывоз музейных ценностей в империю, а потом повторил ту же процедуру с португальскими музеями. Занимал высокие государственные чины. Но все это было у него в прошлом. У Кювье, напротив, карьера сильно пошла в рост после Реставрации: при Людовике XVIII и Карле Х он стал пэром и бароном и дослужился бы до поста министра внутренних дел при короле Луи-Филиппе, если бы не умер.
Неудивительно, что подробности первого скандального заседания французской Академии наук по поводу каракатицы в феврале 1830 года выплеснулись на страницы прессы, причем не только французской, но и других европейских стран, включая Россию. Левые газеты безоговорочно выступали на стороне Сент-Илера, консервативные — Кювье. Ведь Кювье декларировал неизменность четырех типов устройства всего живого на Земле (позвоночные, членистые, мягкотелые и лучистые), а Сент-Илер говорил о едином плане строения для всего живого, который мог развиваться у разных существ в разных направлениях в зависимости от изменения условий их жизни. Даже самый далекий от науки человек понимал, что Кювье отстаивает данную свыше и на веки вечные сословность в мире живых существ, а Сент-Илер выступает за свободу воли живого существа, способного трансформироваться от низшего к высшему.
Неудивительно, что даже события Июльской революции во Франции (с марта по август 1830 года) не отвлекли внимание политически озабоченных подданных европейских монархий от захватывающего реалити-шоу во французской Академии наук, которое, как уже сказано, длилось на протяжении восьми месяцев. В итоге в августе 1830 года Бурбонов сменила ее младшая Орлеанская ветвь, на престоле оказался Луи-Филипп, «король-гражданин», или «король-буржуа», как пиарщики новой власти пропагандировали нового монарха. А в сентябре в Академии наук барон Кювье был объявлен победителем научного диспута, и в Пале-Рояль всерьез рассматривали его кандидатуру на пост министра внутренних дел.
Спор о подобии человека каракатице сошел на нет. Действительно, о чем тут можно было спорить? У позвоночных животных центральная нервная система тянется вдоль спины, а сердце и другие внутренние органы расположены ниже ее, с брюшной стороны тела. У беспозвоночных животных все наоборот: центральная нервная система тянется вдоль брюха, а сердце и другие органы находятся в спинной части тела. Есть еще несколько принципиальных различий в эмбриональном развитии позвоночных и беспозвоночных, но и перечисленных было достаточно, чтобы решением французской Академии наук похоронить идею Сент-Илера. Но она не умерла окончательно, она ждала своего времени.
Паук размером с теленка
К позвоночным животным относятся рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие. Если быть совсем точным, то позвоночные входят в тип хордовых, кроме них к ним относятся похожие на маленьких рыбок и медуз морские существа — ланцетник и несколько видов оболочников, а также живущие на дне морские сидячие организмы — асцидии. У них всех есть внутренний скелет (у асцидий он есть только у их плавающих личинок). Если не считать одноклеточные организмы, то все остальные животные относятся к беспозвоночным. По размерам они гораздо меньше позвоночных.
Пауки, муравьи, богомолы и прочие насекомые размером с теленка и много больше бывают только в фантастических хоррорах, в природе такой паук нежизнеспособен по простой причине: он будет передвигаться с большим трудом, как спешенный средневековый рыцарь в латах. У позвоночных масса скелета составляет от 1/4 до 1/10 массы их тела (человека в среднем — 1/7), у паука скелет наружный, и его масса больше половины массы тела. Именно по этой причине больших беспозвоночных животных не бывает. Точнее, они могут быть большими, только если живут в воде, как, например, гигантские кальмары и осьминоги, где по закону Архимеда им легче управляться со своим телом без внутренней опоры в нем.
Опорный стрежень для мускулатуры внутри тела был одним из важнейших эволюционных приобретений подвижного живого существа, вопрос был только в том, откуда он взялся. Во времена Кювье и Сент-Илера эмбриологи, изучавшие развитие зародышей, уже знали, что он, как и нервная система, производное одного из зародышевых листков — эктодермы. Но эмбриология отвечала на вопрос, как образуется внутренний скелет у уже имевшихся на Земле позвоночных, а не откуда взялись сами позвоночные, как, когда и почему они появились в процессе эволюции.
Ненасытные
Почему, было понятно априори: внутренний скелет давал неоспоримое преимущество в жизненной борьбе. Судите сами. Всего на Земле примерно 60 тыс. видов позвоночных животных. Беспозвоночных — 1,5 млн видов, то есть на порядок больше. Если же считать их по штукам, то численность беспозвоночных выше, чем позвоночных, на несколько порядков. Но если считать по биомассе, то разрыв между ними гораздо меньше. Беспозвоночных на Земле по массе всего в два с небольшим раза больше, чем позвоночных, что легко объяснимо: позвоночные, как уже сказано, гораздо крупнее и тяжелее.
Суммарная биомасса на планете всех беспозвоночные животных (рассчитанная по углероду) составляет 1,7 млрд тонн углерода. Из них на членистоногих приходится 1 млрд тонн углерода. На червей приходится 0,4 млрд тонн углерода, на моллюсков — 0,2 млрд тонн, на кораллы, медуз и прочих, как их называют, стрекающих — 0,1 млрд тонн. По порядку величин это вполне сравнимо с позвоночными. На них всех вместе — 0,7 млрд тонн углерода.
Иными словами, позвоночных животных на Земле, если их считать поштучно, микроскопически мало по сравнению со всеми остальными, но в пищевой пирамиде они занимают неадекватно большой для их численности сегмент. Человек тоже представитель позвоночных. Во всех людях на Земле сосредоточено 0,06 млрд тонн углерода, что в 30 раз больше, чем во всех диких птицах, и в 10 раз больше, чем во всех диких млекопитающих животных. Звери и птицы уже давно неспособны прокормить людей, и если бы не домашний скот и птица (в них сосредоточено 0,1 млрд тонн углерода), то белковое голодание сократило бы нашу численность на планете до отведенного ей природой уровня в несколько миллионов. Когда видишь эти цифры, невольно возникает мысль, что Вернадский сильно ошибался, когда наряду с биосферой ввел в науку понятие ноосферы (сферы разума). Скорее, ее надо было назвать гастросферой.
Но как бы там ни было, а именно внутренний скелет, а не какая-либо иная эволюционная инновация, обеспечил позвоночным господствующее положение на Земле — и по их доле в пищевом пироге, и по сложности строения и поведения. Одного этого хватает, чтобы попробовать понять, как и когда именно она, эта инновация, появилась. В противном случае придется поверить либо в Промысел Божий, либо в пришельцев.
Подъем переворотом
Исходя из данных эмбриологии, произошло это очень давно, не менее 550 млн лет назад. Но прямых палеонтологических свидетельств этого — переходного звена между беспозвоночными и позвоночными — пока не найдено, и едва ли когда-нибудь его найдут, потому что разнообразие останков животных того времени вообще крайне скудное. Остается только строить теории, исходя из строения современных пограничных форм животных и общих соображений. Такая довольно стройная теория появилась в 1970-е годы.
Согласно этой теории, примитивный предок всех животных, похожий на медузу, осел из толщи океана на дно. Его парение в воде, при котором не было необходимости в устойчивой ориентации относительно гравитационного поля, сменилось ползанием по дну. А тут уже надо было определиться, где перед и где зад, где брюхо и где спина. Собственно, это и произошло.
Круглый рот медузы вытянулся вдоль направления движения, превратившись в щель, сначала открытую, а потом ее середина заросла (так пищеварение шло эффективнее), и появились рот и анус. Диффузный нервный плексус медузы, где нет руководящего центра, превратился в нервный тяж, где руководящий отдел сосредоточился, естественно, в передней части тела. И все — дело было сделано! Дальше оставались только детали: плавники, лапки и так далее.
Именно на этом этапе эволюции какая-то часть предков современных животных перевернулась с брюха на спину. Почему — ответа у науки пока нет. Ясно только одно: те, кто перевернулся с живота на спину, дал начало позвоночным животным. В наши дни помимо эмбриологических и анатомических тому свидетельств появились и молекулярно-генетические. В 1993 году в журнале Nature вышел обзор, в котором его авторы проанализировали многочисленные публикации о зонах экспрессии генов так называемой Hox-группы в эмбриональном развитии различных беспозвоночных и позвоночных животных. Гены этой группы задают программы формирования органов и тканей. Оказалось, что у беспозвоночных эти гены маркируют брюшную сторону, а у позвоночных их экспрессия наблюдается на спинной стороне. Доказательство, как и все остальные, косвенное, но полностью согласуется с идеей исходной перевернутости позвоночных.
Может возникнуть резонный вопрос: а зачем ученым было весь это огород городить, что из этого следует? Много чего следует. Например, это лишний раз доказывает, что первое впечатление самое верное. Что Сент-Илер был прав. Что, беседуя с кем-нибудь тет-а-тет, мы повернуты друг к другу не лицом, а совсем другой с эволюционной точки зрения частью тела. И наконец, что знание причин и их последствий в данном случае открывает перед молекулярными биологами новое поле деятельности для их неустанной работы по совершенствованию продуктов эволюции, или тварей Божьих (это как кому больше нравится). Молекулярные биологи, кстати, судя по публикациям, уже возбудились по этому поводу, и когда они преуспеют в новом направлении, генно-модифицированный рапс покажется нам манной небесной. А вот паук размером с теленка или нечто подобное — это посильнее собаки Баскервилей будет.