В высшей степени абсурдным, откровенно говоря, может показаться предположение, что путем естественного отбора мог образоваться глаз со всеми его неподражаемыми изобретениями для регуляции фокусного расстояния, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию (Darwin, 1872) [6].
Креационисты обожают приводить эту цитату из «Происхождения видов», причем всегда останавливаются на этом месте. Однако надо понимать, что эта фраза – не более чем приманка, риторический прием, используемый ученым. Далее Дарвин пишет о том, что когда-то считалось полным абсурдом предполагать, будто Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, и продолжает свою мысль:
Разум мне говорит: если можно показать существование многочисленных градаций от простого и несовершенного глаза к глазу сложному и совершенному, причем каждая ступень полезна для ее обладателя, а это не подлежит сомнению… в таком случае затруднение, возникающее при мысли об образовании сложного и совершенного глаза путем естественного отбора, хотя и непреодолимое для нашего воображения, не может быть признано опровергающим всю теорию.
Я с великой радостью совершила бы путешествие во времени, в эпоху Чарльза Дарвина, и поведала бы ему обо всех научных открытиях, расширивших наше понимание эволюции в XX и XXI веке. Я бы рассказала ему обо всех чудесных ископаемых остатках, по которым можно судить, как у амфибий развивались конечности, как у динозавров отросли перья и как происходила эволюция человека. Я бы рассказала ему о ДНК и геномах. Но с особым удовольствием я бы рассказала ему о недавнем открытии генетических связей между «простым и несовершенным глазом» и «глазом сложным и совершенным».
Наш старый приятель скромный ланцетник, «живое ископаемое», обладает органом, который долгое время называли «лобным глазом» (или «фронтальным глазом»), хотя ученые и не были уверены в том, что ланцетник мог с его помощью что-то видеть. «Лобный глаз» содержит клетки, которые вполне могут быть светочувствительными, так как расположены вблизи темных пигментированных клеток, так же как наша сетчатка содержит слой светочувствительных клеток (фоторецепторов) поверх пигментного эпителия. Но является ли эта структура ланцетника светочувствительной? Потенциально чувствительные клетки в «лобном глазу» ланцетника очень примитивны, в отличие от сложных палочек и колбочек наших человеческих глаз. Сравнительная анатомия, даже на клеточном уровне, не может дать ответ на этот вопрос.
К решению проблемы привлекли генетику. Группа чешских и немецких генетиков и специалистов по биологии развития поставили перед собой задачу разгадать эту загадку и исследовали гены, экспрессия которых формирует «лобный глаз» ланцетника. Гены, экспрессия (считывание информации) которых формирует пигментные клетки ланцетника, как оказалось, очень похожи на гены, формирующие пигментные клетки сетчатки позвоночных животных – «молекулярные отпечатки пальцев» этих клеток оказались одинаковыми. Светочувствительные клетки ланцетника также являются продуктами экспрессии генов, схожих с генами, на которых экспрессируются светочувствительные клетки глаз позвоночных. Очень важно отметить, что среди этих генов есть те, которые кодируют белки, которые, как известно, участвуют в преобразовании падающего света в электрические сигналы в палочках и колбочках. Ученым удалось также идентифицировать длинные нервные волокна, идущие от этих сенсорных клеток в мозг ланцетника. Наконец, было найдено доказательство того, что у этого примитивного, родственного позвоночным животного есть простейший глаз, что пролило свет на то, из какой исходной структуры мог развиться наш сложный глаз.
Простая ресничная клетка (фоторецептор) «лобного глаза» ланцетника (слева), колбочка (в центре) и палочка (справа) – светочувствительные клетки человеческого глаза
Для таких свободно плавающих организмов, как древние хордовые животные, обладание светочувствительным органом, расположенным на переднем конце тела, представляло определенные эволюционные преимущества. По мере усложнения организмов и появления позвоночных животных обладание сложными глазами и соответствующими проводящими путями и нервными сетями головного мозга, которые были в состоянии воспринимать и интерпретировать образы, помогало одним организмам избегать хищников, а самим хищникам – обнаруживать добычу.
Существует, однако, непреодолимая пропасть между такой примитивной структурой, как «фронтальный глаз», и таким сложным образованием, как глаз позвоночного животного, оснащенный сетчаткой, хрусталиком, радужной оболочкой и глазодвигательными мышцами. Заполнить эту пропасть помогает другое существо, принадлежащее к дожившей до наших дней группе бесчелюстных. В то время как миноги обладают сложными глазами, имеющими сильное сходство с глазами всех прочих позвоночных, у их близких сородичей миксин орган зрения устроен весьма примитивно. Конические глаза миксин располагаются под слоем прозрачной кожи. В этих глазах имеется сетчатка, соединенная нервными волокнами с гипоталамической областью головного мозга. Однако в этом, с позволения сказать, глазу нет ни хрусталика, ни радужной оболочки, ни роговицы, ни глазодвигательных мышц, и похоже, что миксина не использует этот орган для «видения» – по сути, миксина слепа; вероятно, это подобие глаза служит животному для задания циркадных ритмов. Тем не менее глаз миксины может представлять собой ступень, одну из дарвиновских «градаций» между примитивным «глазом» ланцетника и нашими глазами, обеспечивающими полноценное зрение. Проблема заключается в том, что мы не можем знать, является ли миксина древнейшим позвоночным, или она когда-то была такой же, как минога, но потом претерпела регрессию и вернулась к более примитивному состоянию. Это означает, что мы не можем рассматривать глаз миксины как свидетельство существования некоего промежуточного звена между простыми и сложными глазами.
Итак, мы снова вернулись к вышеупомянутой пропасти. Но, может быть, нам стоит отвлечься от анатомии взрослых особей и присмотреться к тому, как развивается глаз в эмбриональном периоде. Глаза личинок миноги очень похожи на глаза миксины. После метаморфоза миноги во взрослую особь ее глаз становится больше и сложнее: клетки сетчатки становятся более специализированными, образуется хрусталик, а глаз начинает выступать над поверхностью кожи и приобретает подвижность.
Мы, кроме того, можем проследить развитие глаз от простого к сложному, если внимательно изучим процесс формирования глаз у человеческого эмбриона. Несмотря на то что в нашем эмбриогенезе, вопреки представлениям Геккеля, мы не повторяем нашу эволюционную историю (то есть наш филогенез), мы тем не менее можем уловить «эхо» нашего отдаленного прошлого в ранних стадиях развития эмбриона. Эволюция не создает новые организмы с чистого листа, она пользуется тем, что уже есть в ее распоряжении. Новые признаки эмбриона «приделываются» к старым.
Представим себе человеческий эмбрион на 22-й день внутриутробного развития, то есть на 22-й день после того, как удачливый отцовский сперматозоид оплодотворил материнскую яйцеклетку. В процессе нейруляции возник зачаток центральной нервной системы, и как раз в тот момент, когда на переднем конце произошло замыкание нервной трубки, с каждой стороны от закрытого отверстия, по бокам переднего отдела трубки образуются два симметричных выпячивания, похожие на стебельчатые глазки улитки. Всего через несколько дней эти выпячивания становятся такими длинными, что достигают поверхности крошечного тела эмбриона, его эктодермы. Если развитие человеческого эмбриона остановить в этот момент, то зародыш останется с неким подобием глаза личинки миноги или взрослой миксины. Но развитие человеческого эмбриона на этом не останавливается.
