Предположения о существовании жизни на других планетах Солнечной системы и в других звездных мирах высказывались уже давно. Джордано Бруно за такие мысли был сожжен инквизицией на костре. Это было на границе XVI–XVII веков. В начале XX века астрономы обнаруживали на Марсе растительность, сходную с высокогорной растительностью Земли, а вытянутые образования на поверхности планеты принимались за каналы, вырытые марсианами. Но в более поздних исследованиях эти данные не подтвердились. Тема нашествия марсиан на Землю, поднятая Уэллсом, не единожды волновала фантазию писателей. И Уэллс и его последователи всячески подчеркивали непохожесть марсиан и землян. Наверно, даже им мысль о марсианском происхождении существующей на Земле жизни показалась бы слишком неправдоподобной. Однако результаты последних исследований показывают, что эту версию не следует сбрасывать со счетов, хотя на самом Марсе следы жизни пока не обнаружены (Davies, 2003). Анализ метеоритов, приземлившихся за последние 150 лет в разных точках нашей планеты и подобранных “по горячим следам” или обнаруженных в ледяном панцире Антарктиды, показал, что некоторые из них, хотя и различаются как минералы, по ряду общих признаков могут быть объединены в отдельную группу. По первым буквам наименований метеоритов, включенных в эту группу, она названа SNC (McSween, 1985). Возраст принадлежащих группе SNC метеоритов (т. е. время, в течение которого они не претерпевали метаморфизма) не более 1.3 млрд лет. Этим, а также отсутствием силикатных гранул (хондрул) они отличаются от ровесников Солнечной системы углистых хондритов. Метеориты SNC схожи с земными минералами, однако отличаются по соотношению определенных элементов и изотопов. Поздний метаморфизм и ряд других факторов свидетельствуют о том, что метеориты SNC находились ранее в составе скальных пород крупной планеты. Важным аргументом в пользу марсианского происхождения метеоритов SNC явился состав газов, захваченных, по-видимому, в момент вылета, когда внешняя область метеорита была подплавлена. Оказалось, что в метеоритах ALHA7705 и EETA79001 изотопный состав идеальных газов (аргона, криптона, ксенона), а также азота уникален, если сравнивать с аналогичными данными для других классов метеоритов, но весьма схож с составом атмосферы Марса по данным, полученным космической станцией “Викинг”.

Минералогические и физико-химические исследования метеоритов SNC привели к ряду важных заключений. У некоторых метеоритов SNC присутствуют признаки ударного метаморфизма – свидетельство падения поблизости крупного космического тела. Именно взрывная волна, вызванная ударом (импактом), – практически единственная причина, которая могла заставить осколки пород покинуть родную планету. Данные по накоплению в метеоритах SNC изотопов 3He, 21Ne, 38A под действием космических лучей указывают, что самое длительное пребывание изученных метеоритов в космосе составило 11 млн лет. Для некоторых метеоритов определенное таким способом время блужданий в космосе оказалось значительно короче – 2.6 млн лет и 0.5 млн лет. Как возможные рассматриваются два варианта. Согласно первому из них, за последние 11 млн лет было несколько случаев падения на Марс крупных тел и, соответственно, выбросов фрагментов скальных пород в космос. Однако нельзя исключить, что все исследованные метеориты образовались из-за одного импакта 11 млн лет тому назад. Некоторые “камни”, выброшенные тогда в космос, были настолько крупными, что их внутренние области оказались защищенными от космического излучения. В космосе по той или иной причине (перепады температуры, столкновения, гравитационные поля) крупные камни разрушались, после чего отсчет времени пребывания в открытом космосе начинался и для внутренних фрагментов. В настоящее время трудно отдать предпочтение одной из этих версий.

Ранее в качестве косвенного довода против присутствия на Земле метеоритов с Марса отмечалось, что импакты происходили и на Луне, но лунные метеориты на Земле не обнаружены. Однако впоследствии они были найдены в Антарктиде (Marvin, 1984). Благодаря этим не оспариваемым никем находкам аргументы в пользу марсианского происхождения метеоритов SNC стали более весомыми.

Далее мы перейдем ко второму, главному для нас, направлению исследований метеоритов SNC, которое представляется еще более сенсационным, – обнаружению в них следов жизни. Еще в ходе первоначального изучения элементарного состава этих метеоритов были выявлены содержащие углерод включения, характеризовавшиеся 513С около -30%о, что указывало на их биологическое происхождение. Однако возникли подозрения, что эти включения – земные примеси. Поэтому последующие исследования проводились с большой тщательностью (Wright et al., 1989). Был выбран внутренний фрагмент метеорита ЕЕТА79001, обнаруженного в Антарктике в толще льда и потому предельно чистого. Путем ступенчатого сжигания была выделена та часть углерода, которая находилась в составе органических соединений. Для этого углерода значение 513С оказалось равным -33 %. Однако авторы не ставят вопрос, что обнаруженные ими органические соединения биологического происхождения, ограничиваясь констатацией их внеземного происхождения. Первое заявление о присутствии в метеоритах SNC биологического материала было сделано в работе МакКея и сотр. (McKay et al., 1996; 2003). В найденном в Антарктике метеорите ALH84001, который также причисляют к марсианским, авторы обнаружили окаменелости с включенными кристаллами магнетита (Fe3O4) и грейгита (Fe3S4), похожими по размерам, форме и степени чистоты на магнетосомы, производимые земными магнитотаксическими (ориентированными по магнитному полю) микроорганизмами (magnetotactic bacteria). Позже для исследования тех же объектов была применена сканирующая стереоскопическая электронная микроскопия (Friedmann et al., 2001). Были выявлены цепочки магнетитовых гранул. Эти гранулы существенно отличались по размерам и форме, но в отдельной цепочке они всегда были одинаковые (Рис. 3Д-Ж). Именно эта картина характерна для земных магнетотактных бактерий. Авторы полагают, что на Марсе колонии бактерий обитали в расщелине скалы. В результате мощного взрыва при импакте обломок скалы с замурованными в ее трещинах бактериями был выброшен в космос и вышел на гелиоцентрическую орбиту. Через несколько сотен тысяч или миллионы лет марсианский камень удачно, т. е. без сильных повреждений приземлился в Антарктике, где был обнаружен в толще материкового льда.

До настоящего времени предположение о существовании жизни на Марсе, хотя бы в прошлом, остается под вопросом. В частности, высказаны сомнения в том, что обнаружение в марсианских метеоритах магнетитовых зерен, организованных в форме цепочек, доказывает их биологическое происхождение (Bradley et al., 1998; Kerr, 1998; Scott, 1999; Treiman, 2003). Высказанные возражения достаточно серьезны. Тем не менее, в одном из последних исследований (Thomas-Keprta et al., 2002) приводятся новые доводы в пользу биологического происхождения марсианских магнетитовых гранул (высокая химическая чистота, форма, однородность размеров и др.). Возраст этих структур оценивается в 3.9 млрд лет. Не исключают биологическое происхождение цепочек магнетитовых гранул в марсианских метеоритах и другие авторы (Weiss et al., 2004).

Другой сенсацией работы МакКея и сотр. (McKay et al., 1996) явилось открытие структур, весьма напоминающих сами бактерии. Их отличие от известных тогда земных микроорганизмов – в существенно меньших размерах (Рис. 3 З-И). Земные бактерии, например Escherichia coli, имеют толщину 2–3 мкм, а толщина марсианских “бактерий” не более 0.05 мкм. Отсюда их условное название нанобактерии. Столь малые размеры этих структур послужили основным поводом для сомнений в их биологическом происхождении: многие авторы считают, что просто не остается внутреннего пространства для размещения всех систем жизнеобеспечения (Maniloff et al., 1997; Vogel, 1998). C другой стороны, появились данные о присутствии нанобактерий на Земле, причем, даже в наше время (Folk, 1997; McKay et al., 1997; Vogel, 1998; Drancourt et al., 2003; Miller et al., 2004; Ciftcioglu et al., 2006). Да и хорошо известные клетки микоплазмы только вдвое толще “марсианских”. Реальность наблюдавшихся МакКеем и сотр. структур была подтверждена другими авторами (Steele, 1998; Gillet et al., 2000). Однако очень похожие структуры были найдены также в метеорите, которому приписывают лунное происхождение (Sears and Kral, 1998). Точку в этих дискуссиях должна поставить уже скорая экспедиция на Марс. Измерения с помощью лазерного альтиметра, произведенные с орбитальной станции, выявили береговую линию некогда существовавшего на Марсе океана (Head III et al., 1999). В последнее время получены и другие свидетельства, причем высказываются предположения о периодических выходах глубинных вод на поверхность Марса и в наше время. Следовательно, должны быть и осадочные породы. Именно в них могут быть обнаружены следы жизни при условии, что она действительно существовала на Марсе. Если (пока условно) принять, что жизнь на Марсе когда-то все же была, то возникнуть она могла до земной, т. к. Марс, имея меньшую массу, затвердел раньше. Если на нем не было преследовавших Землю катастроф, приводивших к глобальным стерилизациям, то “фора” могла составить до 400 млн лет. Поэтому вполне возможно, что к моменту, когда на Земле, наконец, сформировались благоприятные для развития жизни условия, на Марсе жизнь в форме бактерий уже была. Подсчитано, что не менее десяти найденных марсианских метеоритов приземлились за последние 150 лет. Очевидно, что значительно большее количество марсианских метеоритов, попавших на Землю за тот же период, еще не обнаружены. Интенсивность же камнепада с Марса в те далекие времена (около 4 млрд лет тому назад) была существенно выше. Так что есть надежда и на Земле получить новые данные о жизни на Марсе.

Отдельный вопрос, способны ли клетки, если они находились в расщелине скальной породы, которая стала метеоритом, сохранить жизнеспособность при вылете с родной планеты, за время путешествия в космосе и при падении метеорита на Землю. В принципе, такая возможность признается (Rettberg et al., 2002; Gladman et al., 2005; Warmflash and Weiss, 2005). Структурный анализ доступных ныне марсианских метеоритов показал, что многие из них не претерпевали ударного метаморфизма или глубокого плавления в момент вылета. Это означает, что внутри метеорита условия оказались тогда достаточно мягкими и клетки, попавшие в его глубокие расщелины, могли сохранить жизнеспособность при вылете. Далее – путешествие в космосе. Как уже говорилось выше, для найденных марсианских метеоритов максимальная длительность пребывания в космосе составляла около 11 млн лет, но теоретически при удачной траектории она могла быть многократно меньше, вплоть до всего лишь нескольких лет. На Земле столь “скорые” марсианские метеориты еще не найдены. Наконец, исследование метеоритов показывает, что приземление может оказаться достаточно плавным и без перегрева, благодаря чему находящиеся в глубоких трещинах клетки имеют шанс сохранить способность к делению.

Очевидная и, пожалуй, главная проблема гипотезы панспермии заключается в вопросе, возможно ли после блужданий в космосе сохранение клетками (бактериями или их спорами) способности к размножению в случае попадания в благоприятные для этого условия.

Какие же опасности подстерегают клетку в открытом космосе? Первая из них – пронизывающие космос излучения. Ультрафиолетовые лучи весьма эффективно повреждают нуклеиновые кислоты, которые активно поглощают свет в области спектра 250–270 нм. Главный вид УФ повреждений ДНК – образование тиминовых димеров. Жесткие гамма-лучи и элементарные частицы (протоны, мезоны, нейтроны и др.) вызывают, главным образом, разрывы как отдельных, так и обеих нитей ДНК. Естественно, эти же воздействия в той или иной степени клетка испытывает и в условиях нормального существования. Для восстановления поврежденных участков ДНК-клетка располагает разнообразными, сформированными из многих ферментов, репарационными системами (для обзора: Мосевицкая, 1978; Жестянников, 1979; Крутяков и др., 1985; Королев, 2005). Однако при попадании в космос клетки обезвоживаются и большую часть времени пребывают при близкой к абсолютному нулю температуре, т. е. никакие биохимические реакции в них идти не могут. Поэтому все повреждения за время блуждания клетки в космосе сохраняются, а значит, и накапливаются.

В реальном эксперименте споры бактерий Bacillus subtilis были экспонированы в открытом космосе в течение шести лет на спутнике и затем доставлены на Землю. В партии, ничем не защищенной от излучения, сохранили жизнеспособность 0.01 % спор. Главным повреждающим агентом было УФ излучение, испускаемое Солнцем. Однако не все так безнадежно. Проникающая способность УФ-лучей крайне мала. В партии, защищенной от УФ лучей тонкой алюминиевой пластинкой 80 % спор сохранили жизнеспособность.

Споры, обретшие чехол благодаря аккреции пылевых частиц, а тем более спрятавшиеся в расщелине метеорита, также оказываются защищенными от этого вида излучения. Однако спутник обращался на невысокой околоземной орбите, где поток космических заряженных частиц существенно ослаблен магнитным полем Земли. Во внешнем по отношению к этому полю космосе в полной мере проявляется воздействие на споры потоков заряженных частиц (протонов, ядер гелия, электронов и др.), а также жестких рентгеновских и у-лучей. При значительно большей по сравнению с УФ лучами проникающей способности эти формы излучения вызывают в толще метеорита вторичные ливни частиц и “тормозную” радиацию (Hubner et al., 1994; Warmflash and Weiss, 2005). Только споры, находящиеся на расстоянии более 1 м от поверхности метеорита, могут считаться защищенными от действия фонового космического излучения. В этой оценке не учтены нейтральные частицы нейтроны, проникающая способность которых значительно выше. Однако их доля в фоновом космическом излучении невелика. Исключением являются окрестности сверхновых. Судя по довольно частому появлению сверхновых на земном небосводе, клетка за время пребывания в космосе может оказаться (и не раз) в интенсивном потоке нейтронов, испущенных сверхновой, которая вспыхнула на “близком” расстоянии (в пределах 15 световых лет).

Необходимо иметь в виду также внутренние повреждающие факторы. Это частицы и излучения, освобождающиеся при распаде радиоактивных элементов, присутствующих в окружающем клетку материале (пылевой чехол, метеорит-носитель), или непосредственно инкорпорированных в состав клетки (14C, 3H, 40K, и др.).

Наконец, необходимо иметь в виду еще один механизм повреждения молекулярных структур – спонтанные химические процессы, которые приводят, главным образом, к разрывам химических связей в молекулах белков и нуклеиновых кислот. Этот же механизм может оказаться ответственным за образование случайных связей (сшивок) между оказавшимися в тесной близости реакционными группами. В обычных условиях, а тем более при повышенной температуре, эти процессы являются главной причиной инактивации даже высокоочищенных ферментов, понижения растворимости веществ и др. Однако при сверхнизких температурах, господствующих в космосе, вероятность (скорость) таких процессов резко падает. Это связано с тем, что для осуществления реакции перехода из одного конечного состояния в другое должен быть преодолен активационный барьер, соответствующий энергии активации (U) химической реакции (20–30 ккал/моль). Формально кинетика реакции определяется следующим уравнением: Kp = Be-Uact/RT (Kp – константа скорости реакции).

Kp уменьшается экспоненциально с понижением температуры. Уже при температуре 50° K химическая реакция должна быть полностью замороженной. Фактически это не так. Даже при столь низких температурах химические процессы имеют конечную скорость. Исследуя эту проблему, В.И. Гольданский и сотрудники обратили внимание на возможность туннельного перехода, т. е. осуществления химических реакций (как синтеза, так и деградации) без преодоления активационного барьера (Гольданский, 1986). Таким образом, даже в спрятавшейся в толще метеорита клетке или споре по ряду причин накапливаются повреждения, которые не могут быть своевременно устранены. Повреждаются не только генетические компоненты (ДНК), но и другие клеточные структуры, в том числе ферменты. Именно в инактивации ферментов заключена весьма существенная проблема. После попадания сильно поврежденной клетки даже в самые благоприятные условия она не смогла бы восстановить жизнеспособность, если оказались инактивированными ферменты, осуществляющие репарацию ДНК, транскрипцию (синтез РНК), трансляцию (синтез белка), энергообеспечение и ряд других необходимых для обеспечения жизнедеятельности функций. С учетом всего вышесказанного, способность клетки восстановиться после пребывания в космосе в течение миллионов лет представляется весьма маловероятной. Однако парадокс заключается в том, что большой вероятности тут и не требовалось. Единственная прорвавшаяся из космоса клетка, повреждения которой оказались “совместимы с жизнью”, могла бы оплодотворить стерильную, но уже способную принять жизнь Землю. Мы рассмотрели весьма жесткую ситуацию, в которой оказываются клетки при долгом пребывании в космосе. Однако в каких-то случаях это пребывание может быть намного короче.

Исследование магнитных характеристик Марсианского метеорита ALH84001 показало, что внутренние области этого метеорита ни при вылете, ни при приземлении не подвергались нагреву выше 40 °C (Weiss et al., 2000). Доказана также возможность выхода марсианских метеоритов на траектории, по которым они попадают на Землю через несколько лет (Weiss et al., 2000; Gladman et al., 2005).

Очевидно, что пусть не частое, но возможное сочетание этих благоприятных факторов практически гарантировало доставку микроорганизмов, “спрятавшихся” в расщелинах выброшенной породы, живыми, если жизнь на Марсе действительно присутствовала.

Здесь следует заметить, что, признавая возможность заноса жизни на Землю, нельзя исключить обратное явление: распространение земной жизни в космическом пространстве. Действительно, жизнь на Земле существует уже более 3.5 млрд лет. За это время Земля многократно сталкивалась с крупными телами, и каждый раз материал, в котором содержались разнообразные микроорганизмы, оказывался в космосе. Часть этого материала не возвращалась на Землю и в качестве земных метеоритов могла оказаться на других планетах. Поэтому если будет обнаружена жизнь или следы ее существования на других планетах, в том числе на Марсе, то встанет вопрос, не явилась ли она ветвью земной жизни.

В свое время большой интерес вызвали сообщения о присутствии в являющихся ровесниками Солнечной системы углистых хондритах микрообразований, по структуре напоминающих окаменевшие клетки (Claus and Nagy, 1961; Meinschein et al., 1963; Urey, 1966; Nagy, 1975). Размеры микрообразований – 30–40 микрон, толщина стенок – около одного микрона. Интерес к этим структурам был подогрет находками весьма схожих структур в древнейших земных породах (см. Рис. 2). Исследованию подвергали тонкие полированные шлифы, где наблюдаются срезы присутствующих структур. В них хорошо различима оболочка и представлены элементы, которые можно принять за клеточные органеллы. К наиболее впечатляющим земным образцам относятся датируемые ранним палеозоем (600 млн лет) образцы, добытые Рудавской (1972) на трехкилометровой глубине в Восточной Сибири. Присутствующие в них микроструктуры идентифицированы как окаменелые акритархи рода Polyedrixium. Интрига состоит в том, что на них очень похожи микроструктуры, присутствующие в метеорите Оргей (Orgueil).

Подборка образцов на Рис. 3А-Гдемонстрирует схожесть микроструктур, выявленных в углистых хондритах и в земных породах. Соответствующая гипотеза не заставила себя ждать (Timoffejev., 1963; Urey, 1966; Rossignol-Strick and Barghoorn, 1971; Nagy, 1975; Pflug, 1984). Идея ее в том, что жизнь появилась еще в период формирования Солнца из газово-пылевой туманности. В сферическом слое на определенном расстоянии от молодого Солнца присутствовали необходимые для формирования жизни условия: температура 0-100 °C, влага, несложная органика, необходимая для синтеза более сложных веществ, наконец, пылевые частицы, о возможной роли которых в формировании жизни говорилось выше. Период, в течение которого могла развиваться жизнь в допланетной Солнечной системе, нельзя назвать длительным – не более 100 млн лет. Относительно небольшой временной интервал компенсируется внушительными размерами пространства, которое могло послужить полигоном для испытания разных подходов к “конструированию” живых организмов. Оно было неизмеримо большим по сравнению с пригодным для этих целей пространством на Земле.

Рис. 3. Обнаруженные в метеоритах структуры, напоминающие клеточные окаменелости.

А. Окаменелая клетка планктонного микроорганизма (акритарха) из раннепалеозойских отложений Восточной Сибири; размер около 15 микрон (Рудавская, 1972). Б. Похожая на акритарх типичная микроструктура из метеорита Оргей (Orgueil) (см. Рудавская, 1972). В. Микроструктура из метеорита Михей (Mighei) (см. Urey, 1966). Г. Микроструктура (возможно, окаменелость делящейся клетки) из метеорита Оргей (Claus and Nagy, 1961). А-Г. Размеры микроструктур около 15 микрон. Д-Ж. Магнетитовые гранулы, в том числе организованные в цепочки, обнаруженные в Марсианском метеорите ALH84001 (McKay et al., 1996; Friedmann et al., 2001; MacKay et al., 2003). 3 и И. Обнаруженные в метеорите ALH84001 микроструктуры толщиной 0.1–0.2 микрона, идентифицированные как «нанобактерии» (McKay et al., 1996; Kerr, 1996; McKay et al., 2003).

При наступлении фазы слипания пылевых частиц клетки (если они уже действительно существовали) оказались замурованными внутри формировавшихся минералов. По большей части эти минералы вошли в состав формировавшихся планет и на какое-то время оказались расплавленными, но некоторые остались небольшими камнями, какими и являются углистые хондриты, обильно выпадавшие на молодую Землю. Если именно они принесли на Землю жизнь, то становится понятной похожесть окаменелых микроструктур, выявленных как в земных породах, так и в поныне выпадающих на Землю углистых хондритах.

Живые клетки, появившиеся в атмосфере раннего Солнца, могли до Земли обосноваться на “промежуточной станции” – другой планете, раньше Земли подготовившейся к восприятию жизни. В такой роли могли выступить Венера и Марс. Жизнь должна была там продержаться (продолжая эволюционировать) до того времени, когда Земля также стала способной поддержать ее. О марсианских метеоритах, которые могли доставить живые клетки на Землю, говорилось выше.

Высказывались также предположения, что в ранней Солнечной системе получила развитие жизнь, зародившаяся не на месте, а занесенная с другой звездной системы. Считается, что около трети обломков скальных пород, выброшенных в космос при мощном импакте, покидают свою звездную систему. В принципе, какие-то из них могут достигнуть другой звездной системы и принести присутствующие в их расщелинах микроорганизмы на планету с подходящими для их существования условиями. Вопрос в том, существует ли конечная вероятность такого события. Согласно недавно проведенным расчетам, межзвездный перенос жизни практически невозможен (Melosh, 2003). Нельзя исключить, однако, что в соответствующий период, а именно от 4.6 млрд лет (образование Солнечной системы) до 3.8 млрд лет (появление жизни на Земле), некая звездная система, уже обретшая жизнь, сближалась с Солнечной системой, что сделало бы такой перенос более вероятным.

Когда дискуссии на тему панспермии были в разгаре (см. Nagy, 1975), два американских астрофизика выступили с сенсационным утверждением, что межзвездные “пылевые” туманности образованы бактериями. По предположению авторов, эти бактерии были вынесены из газово-пылевой атмосферы звезд, где они обитали (Hoyle and Wickramasinghe, 1977; 1981). Главные доводы авторов основаны на данных инфракрасной спектроскопии и светорассеяния. По этим данным, частицы, из которых сформированы межзвездные туманности, содержат полисахариды, а свет рассеивается на них так же, как в модельных опытах он рассеивался на бактериях с обугленной оболочкой. Авторы опубликовали свое сообщение в престижных научных журналах, что, однако, не уберегло их от трудных вопросов, которые последовали от постепенно выходивших из шокового состояния биологов и других исследователей. Было отмечено, что, в первую очередь, следовало с помощью вынесенных в космос спектрометров исследовать спектры поглощения в ультрафиолетовой области, где должны были бы присутствовать полосы поглощения около 260 нм, характерные для нуклеиновых кислот, и в более коротковолновой области, где поглощает пептидная связь, соединяющая аминокислоты в белках. Насколько известно, такие вполне доступные в наше время эксперименты осуществлены не были. Поэтому вопрос остался открытым, а скорее всего, сенсация на этот раз не состоялась.

До настоящего времени нельзя также считать доказанным, что микроструктуры, обнаруживаемые в углистых хондритах, действительно являются клеточными окаменелостями. Соответственно не доказано присутствие клеток в атмосфере раннего Солнца. Однако само признание возможности развития эволюционного процесса вплоть до появления клеточных форм вне консолидированной твердой фазы (планет), а в газово-пылевой атмосфере звезд (как и в атмосфере планет, о чем говорилось выше), многократно увеличивает доступное этому процессу пространство и продлевает время, в течение которого он мог развиваться.

Согласно современным представлениям, базирующимся на астрономических наблюдениях, путь, который прошла наша Солнечная система, формировавшаяся из газово-пылевой туманности, характерен для всех или почти всех звездных систем. Более того, недавно были описаны “влажные” звездные системы, в которых, возможно, присутствует значительное количество воды (Tarter et al., 2007). В нашей Галактике около 100 млрд звезд. В близком соседстве с нами миллионы звездных систем. Многие из них имели равные с Солнечной системой шансы довести эволюцию до клеточных форм жизни. Другой вопрос – была ли практическая возможность заноса жизни на Землю от далеких космических объектов. Проведенный выше анализ повреждающих воздействий, испытываемых клеткой при ее блужданиях в космосе, почти не оставляет надежды на положительный ответ (Melosh, 2003). Тем не менее, мы окончательно не исключаем такую возможность. Наша Галактика насчитывает более 10 млрд лет. Уже тогда в ней мог начаться процесс зарождения жизни, перекинувшийся и на Солнечную систему, где достиг Земли.

В таблице 1 суммированы приведенные выше допущения и рассуждения о возможных сроках, отпущенных эволюции на создание жизни на Земле, самые ранние признаки которой обнаружены в породах, имеющих возраст 3.85 млрд лет.

Таблица 1

Возможные сроки эволюции до появления на Земле живых организмов предположительно не позже 3.85 млрд лет тому назад

Вопрос, произошло ли зарождение жизни за отведенное на Земле время (по разным допущениям за 10-600 млн лет) самостоятельно либо в те же сроки на Земле прижилась клетка, прибывшая извне, представляет большой научный интерес и реально будет решаться, когда люди столкнутся с жизнью на других планетах и в других мирах. Если образующие клетку молекулярные структуры, основные пути клеточного метаболизма и генетический код окажутся такими же, как у земных организмов, распространение жизни из общего источника можно будет считать доказанным. Если же формы жизни, которые будут обнаружены на других планетах, развивались самостоятельно не только на этапах клеточной, но и доклеточной эволюции, они окажутся отличными от земных форм в базовых механизмах, контролирующих клеточные синтезы и функции.

Независимо, какой из вариантов ранней эволюции имел место в действительности, существенным является обстоятельство, что клеточная форма жизни появилась вскоре после того, как Земля стала достаточно комфортной для ее поддержания и дальнейшего развития. Нет оснований полагать, что Земля в этом отношении уникальна. Отсюда очевидный вывод – вероятность зарождения жизни высока везде, где этому благоприятствуют условия среды.

4.2.1 Высокая вероятность появления жизни при наличии совместимых с нею условий и малая вероятность появления разумных существ в ходе эволюции

Таким образом, мы приходим к важному промежуточному результату. Аргументы, представленные во Введении (Глава 1), привели к заключению, что наша цивилизация, развитие которой определяют разум и любознательность, уникальна, по крайней мере, в доступной общению области космоса. Можно представить две a priori допустимые версии, объясняющие уникальность Земной цивилизации. Первая – уникальность самой жизни, развившейся только на Земле. Согласно второй версии, при широком распространении жизни как явления чрезвычайно мала вероятность варианта эволюции, ведущего к разумным существам, который имел место именно на Земле. По сумме изложенных выше результатов и соображений мы будем придерживаться последней версии, тем самым снимая вопросительный знак в названии этой книги. И сразу встает новый вопрос: почему столь маловероятно достижение жизнью “разумной” стадии, и какие факторы направили эволюцию на Земле в нужное русло? Этой проблеме будут посвящены последующие разделы книги. Прежде всего следует рассмотреть вопрос, каким образом развивалась на Земле эволюция клеточных форм жизни на протяжении более 3.5 млрд лет.

Приведенные выше палеонтологические данные свидетельствовали, что на Земле около 3.5 млрд лет тому назад уже существовали разнообразные микроорганизмы современного типа. Это означает, что бактерии и архе разделились еще раньше. Однако основанная на этих данных хронология на какое-то время была поставлена под сомнение. “Возмутители спокойствия” явились в лице Р. Дулиттла и сотр. (R. Doolittle, не путать с W. Doolittle), опубликовавших версию дерева жизни, существенно омолаживавшую наш живой мир (Doolittle et al., 1996). Авторы анализировали 57 белков, структура которых известна у разных видов. Всего были исследованы более 500 аминокислотных последовательностей у 15 видов. Подсчет накопленных в них независимых мутаций и соответствующие экстраполяции привели к неожиданному выводу, что разделение архе и бактерий произошло всего 2 млрд лет тому назад, т. е., по крайней мере, на 1.5 млрд лет позже, чем следовало из данных палеонтологии. Большинство исследователей не приняли новую концепцию. Естественно, это неприятие следовало обосновать. К тому времени (1996 г.) были полностью или в значительной степени расшифрованы геномы многих видов, принадлежащих всем трем царствам (бактериям, архе, эукариотам). Полемика с Дулиттлом заставила заняться тщательным анализом этих данных. Результаты анализа внесли существенные коррективы в представления о факторах, оказывающих воздействие на ход эволюции, а следовательно, и на структуру дерева жизни.

Ранее эволюция рассматривалась, главным образом, как вертикальный процесс, т. е. как следствие накапливания в поколениях спонтанных мутаций, к которым относят не только замены отдельных оснований в хромосомной ДНК, но также хромосомные перестройки и транслокации мобильных элементов. Именно генетические преобразования обеспечивают прогрессивное усложнение организмов, составляющее суть вертикальной эволюции (см. Суходолец, 2003).

Однако, хотя эволюция и базируется на вертикальном процессе, фактическая ситуация оказалась многократно сложнее. Предпринятое рядом исследователей сопоставление генных последовательностей и первичной структуры белков у разных видов показало, что на ранних этапах эволюции не был редкостью и даже осуществлялся рутинно горизонтальный перенос признаков между видами, в том числе принадлежащими разным царствам (Doolittle, 1999; Gogarten et al., 1999; Aravind et al., 2000). Он позволял оперативно создавать различные комбинации признаков и вносил значительный вклад в создание новых видов. Согласно анализу, проведенному рядом авторов, осуществлявшиеся на ранних этапах горизонтальные переносы могли существенно ускорить эволюционный процесс (Doolittle, 1997, 1999; Woese, 1998; Whitman et al., 1999) и, добавим, делали его еще менее предсказуемым. Очевидно, горизонтальный перенос признаков мог быть одним из главных инструментов ранней эволюции, существенно ускоряя ее темп.

Для горизонтального переноса наследуемых признаков могли быть использованы хорошо известные ныне механизмы. У бактерий – это, прежде всего, генетическая трансформация (для обзора: Прозоров, 2000). Этот, возможно, самый архаичный путь горизонтального переноса наследуемых признаков заключается в поглощении клетками ДНК из среды и включении ее фрагментов в хромосому клетки путем гомологичной рекомбинации. В эксперименте это ДНК, выделенная из клеток другого штамма того же вида бактерий, в природе – ДНК, спонтанно освобожденная клетками, в частности при их автолизе (Виноградская и Мосевицкий, 1982). Распространенной формой горизонтального переноса является также трансдукция – перенос генетического материала от клетки к клетке (от организма к организму) вирусами, способными при формировании белковой оболочки в родительской клетке захватывать фрагменты ее ДНК. Эти “чужие” фрагменты вирус освобождает в очередной зараженной клетке. По разным причинам зараженная клетка может сохранить жизнеспособность. Застроившись в геном такой клетки, “чужая” ДНК вносит в нее новую информацию. Примером такого вируса является бактериофаг ламбда (Драбкина и др., 1967; Gingery and Echols, 1968) На ранних этапах эволюции примитивные вирусы могли быть существенно менее специфичны по отношению к клетке-хозяину и служить эффективным средством межвидового параллельного переноса генетической информации (Forterre, 2005).

Наконец, формой горизонтального переноса является половой процесс, обусловливающий обмен признаками между родителями, один из которых является донором, а другой – реципиентом генетического материала. Половой процесс присутствует уже у бактерий (например, конъюгация у кишечной палочки Escherichia coli, см. Bresler et al., 1981).

В современном живом мире горизонтальный перенос является эффективным способом обмена генетической информацией между особями одного вида. Действительно, ДНК, выделенная из бактерий Bacillus subtilis, оказалась малоэффективной при трансформации хотя и близких, но принадлежащих другой разновидности бактерий Bacillus megaterium, а при использовании в качестве реципиентов пневмококков перенос признаков полностью отсутствовал.

В основе видовой специфичности генетической рекомбинации лежит явление гомологичного узнавания: только гомологичные, т. е. практически не отличающиеся по последовательности оснований молекулы ДНК (или участки ДНК в хромосомах) способны вступить в тесный контакт (узнать друг друга), что открывает путь к осуществлению дальнейших этапов перевоссоединения нитей ДНК и рекомбинации генетических признаков (см. Мосевицкий,1975; Mosevitsky, 1978; Ланцов, 2007). Однако 2–3 млрд лет тому назад запрет на межвидовой обмен мог быть не столь строгим, каким он стал позже.

При горизонтальном переносе соответствующие свойства реципиента могли одномоментно меняться весьма существенно (скачком). Это, в первую очередь, касалось признаков, контролируемых отдельным агентом, как правило, белком. Значительно менее вероятна замена путем горизонтального переноса отдельных элементов в сформировавшихся сложных структурах, в частности в рибосомах. Именно поэтому сделанный Уэзом выбор рибосомной РНК, как и выбор рибосомных белков, в качестве молекулярных часов был оправдан. Исключив ряд белков, которые могли участвовать в горизонтальном переносе и, следовательно, искусственно сближать виды, Р. Дулиттл и сотрудники (см. Feng еt al., 1997) уже в следующем после их нашумевшей публикации 1997-ом году получили новые результаты, согласно которым разделение бактерий и архе могло произойти 3.23.8 млрд лет тому назад. В этот интервал укладывались и экстраполяции других авторов (см. Doolittle, 1997). Следует заметить, что и в настоящее время оценка разными группами исследователей вклада горизонтальных переносов в эволюционный процесс неоднозначна. По данным некоторых авторов горизонтальные переносы вносят столь значительные искажения в обусловленную мутациями “вертикальную” эволюцию, что существенные ошибки в построении дерева жизни неизбежны (Bapteste et al., 2003; Andersson et al., 2005).

Выше, говоря о горизонтальном переносе, мы имели в виду передачу отдельных признаков (генов). Такие переносы, постепенно накапливаясь, могли коренным образом преобразовать генетический аппарат и физиологию клетки. Было высказано предположение, что особенно эффективно они происходили при захвате и использовании одних клеток другими в качестве пищи. В частности, именно “пищевыми“ переносами Дулиттл объяснял присутствие большого числа бактериальных генов в хромосомах эукариотов (Doolittle, 1998).

Однако значение, которое невозможно переоценить, сыграла другая форма горизонтального переноса, когда объединялись в единый организм целые клетки.

5.3.1 Концепция формирования митохондрий и хлоропластов путем симбиоза бактериальной клетки и раннего эукариота

Около 2 млрд лет тому назад на Земле создалась критическая для дальнейшего развития жизни ситуация. Фотосинтезирующие бактерии, размножившись, стали производить все больше кислорода. Первоначально, пока на поверхности Земли было много чистых металлов, а в атмосфере присутствовали метан, сероводород и другие восстановленные соединения, практически весь кислород расходовался на их окисление. Однако к указанному сроку практически все выходившие на поверхность металлы были превращены в окислы и в атмосфере начал накапливаться свободный кислород. Для хемотрофных анаэробов, какими были тогда все архе, кислород оказался ядом. Поэтому они были либо обречены на гибель, либо должны были ограничиться нишами, куда кислород не проникал (глубинные области морей и океанов, выходы лавы и подземных вод и др.). Однако у бактерий успели появиться виды (протеобактерии), которые, обзаведясь механизмом окислительного фосфорилирования, стали использовать кислород для получения энергии, запасаемой в АТФ (как при фотосинтезе). Естественно, для них кислород стал не ядом, а благом. Анаэробы могли облегчить свое существование, вступив в состояние симбиоза с протеобактериями, которые, поглощая кислород, осуществляли локальную детоксикацию. Если вернуться к представлению о эукариотах как о продолжении одной из линий архе, то ранние эукариоты были анаэробами и так же, как архе, нуждались в тесном общении с утилизирующими кислород бактериями.

Около 20-ти лет тому назад исследование митохондрий и хлоропластов, присутствующих в клетках животных (только митохондрии) и растений (митохондрии и хлоропласты), неопровержимо доказало их бактериальное происхождение. Тогда же получила признание гипотеза формирования современных эукариот, благодаря имевшим место случаям симбиоза ранних эукариот с бактериями, которые трансформировались в митохондрии (Gray, 1989; Cavalier-Smith, 2002). Митохондрии стали внутриклеточными энергетическими фабриками эукариотической клетки, в которых осуществляется синтез АТФ по механизму аэробного окислительного фосфорилирования (Рис. 5А). На основании генетического анализа разных форм современных эукариот многие исследователи пришли к заключению о единственном эпизоде симбиоза раннего эукариота с α-протеобактерией, в результате которого эукариоты приобрели митохондрии. Симбиоз уже содержавших митохондрии эукариотических клеток с фотосинтезирующими бактериями, которые трансформировались в хлоропласты, дал миру растения, в первую очередь водоросли. Произошло это около 1.5 млрд лет тому назад (Yoon et al., 2004). У различных водорослей, помимо других отличий, обнаружены разные формы хлорофилла, характерные для определенных фотосинтезирующих бактерий. Это означает, что акты симбиоза, приводившие к образованию хлоропластов, были неоднократны. В частности, зеленые водоросли, давшие начало наземным растениям, произошли от эукариотической клетки, вступившей в симбиоз c зеленой бактерией (для обзора Малахов, 2004).

У современных эукариотических организмов некоторые гены, контролирующие работу митохондрий, сохранились в самих органеллах, в которые трансформировались бактерии, а другие переместились в ядро и, функционируя в составе генома эукариотической клетки, продолжают обслуживать своих бывших хозяев. Потому, несмотря на ядерную локализацию, их именуют митохондриальными. К ним относятся гены митохондриальных транспортных РНК, рибосомных РНК и рибосомных белков. Продукты этих генов транспортируются в митохондрии, где участвуют в формировании рибосом бактериального типа для синтеза собственных белков. Поэтому рибосомы митохондрий даже визуально отличаются от рибосом самой эукариотической клетки, унаследованных от архе. В принципе, также обстоят дела и с хлоропластами растений.

5.3.2. Гипотезы, связывающие появление эукариот с актом симбиоза архе и протеобактерии

В последние годы появились основания к пересмотру некоторых элементов эволюционной истории эукариот. Главным образом, изменения касаются самого происхождения эукариотической клетки и ранних этапов ее эволюции.

Преобладающим стало мнение, что клеточной линии, отделившейся от прокариот и самостоятельно трансформировавшейся в ранних эукариот, вообще не существовало. Анализ расшифрованных геномов эукариот и прокариотических организмов, как архе, так и бактерий, показал, что первичные эукариоты возникли не в результате обусловленного мутациями вертикального процесса, а как следствие горизонтального процесса – симбиоза бактерии и архе (Gupta, 1998; Martin and Muller, 1998; Ribeiro and Golding, 1998; Vellai and Vida, 1999; Margulis et al., 2000; Horiike et al., 2002, 2004; Aguilar et al., 2004; Rivera and Lake, 2004; Simonson et al., 2005; Zhaxybayeva et al., 2006). Рассматриваются существенно различные схемы такого симбиоза.

Согласно предложенной рядом авторов гипотезе (Gupta, 1998; Moreira and Lopez-Garcia, 1998; Horiike et al., 2002, 2004), эукариотическая клетка образовалась единственный раз за всю историю Земли при событии симбиоза прокариотической клетки, принадлежащей ветви архе (эоцит) и грамотрицательной бактерии (протеобактерия) (Рис. 5Б). Эти авторы полагают, что клетка архе была поглощена бактерией, образовав ядро композита, а сама бактерия сформировала окружение ядра (цитоплазму). Не исключено, что в симбиоз вступили протопласты или сферопласты, т. е. клеточные формы, лишенные оболочки (Sinkovics J.G., 2001; Wachtershauser G., 2003). Позднее хромосома бактерии переместилась в ядро, сформировав там вместе с хромосомой архе комплексный (химерный) геном эукариотической клетки. В этом геноме “информационные” гены, контролирующие репликацию, транскрипцию и трансляцию унаследованы от архе, а значительная часть “операционных” генов, кодирующих биосинтетические процессы и метаболизм эукариотической клетки, привнесены в химерный геном бактерией (Gupta, 1998; Simonson et al., 2005). В соответствии с этой моделью плазматическая мембрана (наружная оболочка) эукариотической клетки формируется из липидов, синтез которых контролируют гены бактериального происхождения.

Рис. 5. Формирование современных эукариотических клеток.

А. На базе возникших эволюционным путем ранних эукариотов. Б. На базе эукариота, возникшего благодаря акту симбиоза протеобактерии и клетки архе (подробности в тексте). Рисунок создан при участии О. М. Горбенко.

Однако авторы, поддерживающие эту концепцию, расходятся в предположении о принадлежности бактерии, участвовавшей в симбиозе с архе, той или иной группе протеобактерий. Это свидетельствует о необходимости более детальных исследований. Тот факт, что какие-то гены эукариот происходят от архе, а другие – от бактерий, позволяет объяснить, почему авторы, использовавшие ранее филогенетический (мутационный) подход, вели происхождение эукариот как от архе (Woese et al., 1990; Doolittle, 1999), так и от бактерий (Hashimoto et al., 1998): все дело в том, ген какого происхождения (архе или бактериального) был выбран для исследования. Cформировавшиеся указанным образом эукариоты позже приобрели митохондрии и хлоропласты благодаря последовательным актам симбиоза с α-протеобактерией и с фотосинтезирующими грамотрицательными бактериями, о чем уже упоминалось выше.

В рамках описанной гипотезы уместно поставить вопрос, почему слияние двух генетически различных прокариотических клеток стало стимулом для формирования клеточного ядра, т. е. образования эукариота. Интересную гипотезу предлагают Мартин и Кунин (Martin and Koonin, 2006). Эти авторы обращают внимание на то обстоятельство, что при формировании в симбионте объединенных геномов происходила фрагментация некоторых генов вследствие образования чужеродных вставок. Однако трансляция непосредственного транскрипта разобщенного гена давала “неправильный” продукт. Для получения прежнего белка следовало освободить мРНК от вставок (интронов). Необходимый для этого процесс вырезания интронов и сшивки фрагментов мРНК (экзонов), именуемый сплайсингом, должен предшествовать трансляции (образованию белков на рибосомах). Предотвратить трансляцию первичных транскриптов можно было, пространственно разделив оба процесса. Именно эту цель преследовало формирование внутренней (ядерной) оболочки. Она изолировала хромосомы от остального объема клетки (цитоплазмы), куда переместились рибосомы, происходившие от клетки архе, занимавшей центральную область симбионта. Образованные в ядре транскрипты после достаточно изощренной и, кстати, небыстрой процедуры сплайсинга уже в форме кодирующих нормальный продукт мРНК транспортируются через ядерные поры в цитоплазму, где подвергаются трансляции на располагающихся там рибосомах. На некоторые данные, вызывающие сомнения в правомерности этой гипотезы, указывают сами авторы, отмечая периодически появляющиеся публикации об осуществлении трансляции в самом ядре на присутствующих там “ядерных” рибосомах (Iborra et al., 2001). Однако утверждение о присутствии рибосом в ядре нельзя считать доказанным (см. Dahlberg and Lund, 2004). Можно высказать и другое соображение. Процессы эволюционного создания инструментов сплайсинга, формирования изолированного от цитоплазмы ядра и отделения рибосом от первичных транскриптов могли занять сотни и сотни поколений. Вместе с тем, клетки для поддержания жизнеспособности должны постоянно синтезировать белки, обладающие необходимой активностью. Это вряд ли выполнимо в случае трансляции первичных транскриптов, содержащих интроны, что неизбежно приводило бы к образованию белков с измененной структурой и нарушенными свойствами. Эту проблему, которая кажется трудноразрешимой, авторы не обсуждают. Авторы рассмотренных выше гипотез формирования эукариотической клетки из композитной клетки, образованной слиянием архе и бактерии, оставляют без ответа и ряд других вопросов. Именно это послужило причиной появления новых идей.

Значительное количество эукариотических генов не имеет аналогов ни у бактерий, ни у архе. Хартман и Федоров (Hartman and Fedorov, 2002) выявили в эукариотических организмах (дрожжах, дрозофиле и др.) более 300 белков, не имеющих “родственников” у известных прокариот. Основываясь на этом факте, авторы предположили участие в формировании эукариотической клетки еще и третьего участника, также прокариота, принадлежавшего линии, названной ими хроноцитами. Эта линия сама не сохранилась и оставила след только в сформированных с ее участием эукариотах. Имея в виду функции белков, отсутствовавших у бактерий и у архе, Хартман и Федоров предполагают, что главной особенностью хроноцитов было присутствие цитоскелета и других структурных элементов цитоплазмы (шероховатый ретикулум, тельца Гольджи), которые отличают цитоплазму всех эукариот от почти неструктурированной цитоплазмы известных прокариот. Как полагают эти авторы, ядра сформировались в результате эндосимбиотического взаимодействия бактерии и архе в хроноците. Последний, уже обладавший актиновым и тубулиновым цитоскелетом, предоставил генетическую информацию, составившую базу для формирования сложно организованной цитоплазмы эукариотической клетки.

Однако было ли действительно необходимым привнесение в композит гипотетическим хроноцитом определенных признаков, которые отсутствовали у двух очевидных симбионтов – бактерий и архе? В принципе, такой необходимости не было, так как значительное количество новых признаков (генов) сформировалось в процессе эволюционного развития эукариота, т. е. уже после образования композита. В первую очередь это относится к самому ядру. О необходимости формирования у эукариот новых механизмов (а следовательно, и генов) в связи с организацией сплайсинга говорилось выше. Вообще, клеточное ядро – весьма сложное образование. Помимо двуслойной ядерной оболочки, пронизанной регулярно распределенными белковыми структурами, образующими ядерные поры, клеточное ядро имеет сложное внутреннее строение. Его фибриллярный скелет (ядерный матрикс) образован, главным образом, ядерными белками ламинами. Детали структуры ядерного матрикса на протяжении многих лет являются предметом обсуждения (см. Георгиев и Ченцов, 1960; Berezney and Coffey, 1977; Gerace and Blobel, 1982; Мосевицкий и Новицкая, 1982; Мосевицкий, 1985; van Eekelen et al., 2002). Ядерный матрикс участвует в организации и функционировании заключенных в ядре хромосом. На нем базируются ферментные комплексы, осуществляющие пооперонную репликацию ДНК (Tubo and Berezney 1987), транскрипцию (Razin et al., 1985; Jackson, 2005), сплайсинг (Ciejek et al., 1982; Mariman et al., 1982) и другие функции (Pienta and Coffey, 1984). Следует добавить также специфические для эукариот белки, обеспечивающие компактную форму хроматина (гистоны), системы, контролирующие регулярность деления эукариотической клетки (митоз) и др. Мы видим, что объем генетической информации, которую необходимо было освоить формировавшемуся эукариоту (в форме новых генов), был очень велик. Создание цитоскелета стало также необходимым условием образования современной эукариотической клетки, так как позволяло увеличить клеточный объем, фиксировать положение ядра, перейти к активному транспорту и др. Но и эта задача могла решаться уже после акта симбиоза, инициировавшего весь процесс формирования эукариотической клетки. Следует также иметь в виду, что такой акт мог бы состояться 3 и даже 3.5 млрд лет тому назад, когда потенциальные симбионты (архе и соответствующие формы бактерий) уже существовали на Земле. С другой стороны, отпечатки клеток с ядром и другими признаками, характерными для эукариотов, обнаружены в отложениях, возраст которых не более 1.7 млрд лет. Это означает, что на эволюцию от момента симбиотического образования химерной клетки до появления эукариотической клетки было отпущено свыше одного миллиарда лет – даже больше, чем на всю предшествовавшую эволюцию на Земле. Сколько на самом деле продолжался этот процесс – неизвестно, т. к. неясно и вряд ли может быть установлено, когда состоялся инициировавший его акт симбиоза.

Идея вторичности эукариотов, т. е. образования их тем или иным путем из прокариотических клеток, является доминирующей, но не единственной. Некоторые авторы отмечают, что прокариоты более совершенны, т. к. устроены рациональнее, чем эукариоты. Согласно этой линии рассуждений, передача функции хранителя наследственного материала от РНК к ДНК сопровождалась объединением небольших хромосом в крупные. При этом оказывалось неизбежным появление в генах вставок (интронов), искажающих генетическую информацию. Соответственно, сплайсинг и формирование ядра, разделяющего процессы транскрипции и трансляции, оказались вынужденными следствиями переходного периода. Согласно этой схеме, последний общий предшественник был эукариотом, а прокариоты архе и бактерии являются сестринскими линиями, происшедшими от ранних эукариот, эволюционировавших в направлении упрощения метаболизма и структуры клетки (Brinkmann and Philippe, 1999; Poole et al., 1999). Появились ветви клеток, в которых гены были освобождены от интронов, благодаря чему отпала нужда и в сплайсинге, и в самих ядрах. Сложно организованный цитоскелет также перестал быть необходимым и сошел на нет. Осваивая новые ниши, прокариоты приобрели способность к фотосинтезу и окислительному фосфорилированию. Наконец, симбиоз обладавших усовершенствованной энергетикой прокариот с породившими их когда-то эукариотами позволил последним значительно расширить ареал существования, а главное, привел к появлению животных и растений. Однако эта не лишенная изящества схема не подтверждена полученными к настоящему времени палеонтологическими данными, которые указывают на присутствие прокариот в значительно более ранних отложениях, причем разрыв составляет не менее 1.5 млрд лет. Вместе с тем, следует отметить, что находки, сделанные в ранних отложениях, пока весьма ограничены. Обнаружение в них именно прокариот может быть объяснено их более широким, по сравнению с первичными эукариотами, распространением. Обнаружение в ранних осадочных породах отпечатков клеток, содержавших ядра, позволит обсуждать описанную гипотезу всерьез. На первичность эукариот могли также указать данные мутационного анализа генов, которые показали бы, что именно гены, контролирующие сплайсинг, формирование элементов ядерного матрикса и других чисто ядерных структур, наиболее древние. Однако, насколько известно автору, таких данных нет. Мы будем придерживаться более обоснованной сегодня, хотя и остающейся весьма схематичной, концепции, утверждающей, что первичны прокариоты, а формирование эукариот было инициировано симбиозом архе и бактерии.

Главным аргументом в пользу разделенного во времени появления ранних эукариот, а лишь затем приобретения ими митохондрий, было отсутствие митохондрий у протист, рассматриваемых как примитивные эукариоты. Однако генетический анализ выявил у протист гены бактериального происхождения, которые могли принадлежать ранее присутствовавшим митохондриям (Hasegawa and Hashimoto, 1999). К аналогичному выводу привело исследование эукариотических клеток, у которых нет аппарата Гольджи, шероховатого эндо-плазматического ретикулума и некоторых других характерных для эукариот признаков. Их отсутствие достаточно убедительно может быть объяснено не исходной примитивностью этих эукариотических клеток, а утерей определенных признаков в ходе позднейшей эволюции (Clark, 1999).

Выше, при описании акта симбиоза бактерии и архе, положившего начало формированию эукариотической клетки, была использована модель проникновения архе в бактерию, т. е. бактерия, образовав цитоплазму химерной клетки, потеряла способность к автономному размножению. Потребовался дополнительный акт симбиоза – внедрение протеобактерии в формирующийся или уже сформированный эукариот, чтобы могли образоваться митохондрии.

Мартин и Кунин (Martin and Koonin, 2006) предложили в определенном смысле зеркальную схему, согласно которой при инициировавшем формирование эукариот акте симбиоза бактерия внедрилась в архе и приспособилась к автономному существованию (см. также Vellai and Vida, 1999; Martin, 2005). Так образовались митохондрии. В процессе их формирования многие бактериальные гены объединились с хромосомой архе, приняв участие в формировании ядерного генома. Согласно этой модели, формирование митохондрий и ядерных структур происходило параллельно, и отдельный акт симбиоза для появления митохондрий не потребовался.

Геологи и палеонтологи поделили историю Земли на эры. Чем ближе эра к нашему времени, тем детальнее она разбита на периоды. Это деление представлено на Рис. 6. Главным основанием для определения границ, разделявших эры и периоды, служили данные о крутых поворотах эволюции, ознаменованных массовыми вымираниями доминировавших перед тем видов (кризисами) и следовавшим за вымираниями взрывным развитием прежде не процветавших и новых видов. Один из самых ранних зарегистрированных кризисов за всю биологическую историю Земли произошел около 2 млрд лет тому назад. Примерно тогда же началось распространение эукариотических клеток, образовавших много новых видов.

Успехи в изучении геофизической истории Земли и успехи палеонтологии в описании биологической истории Земли позволили установить определенную закономерность: границы между эрами и периодами, намеченные палеонтологами по чисто биологическим признакам (вымираниям или кризисам), во многих случаях совпали с датировкой установленных геофизиками крупных катастроф (катаклизмов) на Земле.

В настоящее время выделяют шесть наиболее массовых вымираний (кризисов) за последние 600 млн лет (Benton, 1995). Эти кризисы определили границы геологических периодов и эр: первый из них произошел на границе самого раннего и самого протяженного периода Докембрия (в нем иногда различают Архей, ранний и поздний Протерозой) и Кембрия (около 600 млн лет тому назад), второй – в конце Ордвикского периода (440 млн лет), третий – в конце Девонского периода (370 млн лет), четвертый – на границе Пермь-Триас (245 млн лет), пятое вымирание обозначило границу Триас-Юра (около 200 млн лет) и, наконец, последнее глобальное вымирание произошло на границе Мелового и Третичного периодов (граница K/T, 65 млн лет). В ходе каждого из них за короткий в геологических масштабах период времени вымирало 50–80 % всех существовавших в предшествовавший период видов. Приведем некоторые конкретные детали, установленные для этих вымираний.

Рис. 6

Рис. 6. Хронология некоторых событий в истории Земли.

1 – Возникновение Солнца и планет, в том числе пра-Земли. 2 – Столкновение пра-Земли с другой планетой. Формирование нынешней Земли и образование Луны. 3 – Мощные метеоритные ливни. Глобальное плавление коры (последняя стерилизация Земли). 4 – Самые ранние осадочные породы. Первые следы жизнедеятельности. 5 – Самые ранние обнаруженные отпечатки клеток и строматолиты. 6 – Первые зарегистрированные (оставившие следы на Земле) столкновения с астероидами (импакты). 7, 8– Столкновения с крупными астероидами. Зарегистрированы по присутствию в осадочных слоях иридия и других компонентов, характерных для импакта. 9 – Нарастание содержания свободного кислорода в атмосфере. 10 – Глобальное оледенение. 11 – Ранние многоклеточные (кишечнополостные). 12 – Ранние билатеральные организмы. 13 – Глобальное оледенение. Позднепротерозойский кризис. 14 – Кембрийский эволюционный “взрыв”. 15 – Появление рыб. 16 – Позднеордвикский кризис. 17 – Первые наземные растения. 18 – Первые земноводные животные. 19 – Позднедевонский кризис. 20 – Столкновение с крупным астероидом, множественные истечения лавы. Позднепермский кризис. 21 – Почти одновременное появление динозавров и млекопитающих. 22 – Позднетриасский кризис. 23 – Появление плацентарных млекопитающих. 24 – Падение крупного астероида (размер 10–15 км) в Атлантическом океане в районе п-ва Юкатан, Мексика. Обнаруженный ударный кратер имеет диаметр более 180 км. Множественные истечения лавы. Кризис “на границе K/T”. Вымирание динозавров. 25 – Появление отряда плацентарных млекопитающих – приматов (обезьян). 26 – Падение крупного метеорита в Антарктиде, оставившего кратер диаметром 500 км. Импакт повлиял на океанические течения и, возможно, вызвал глобальное похолодание. 27 – Появление высших (человекообразных) обезьян. 28 – Отделение в Африке от предшественников нынешних шимпанзе линии прямоходящих гоминид (гоминин). 29 – Появление в Африке рода Homo (людей). 30 – Появление в Африке вида Homo sapiens (современных людей).

6.1.1. Позднепротерозойский кризис

Как уже отмечалось ранее, при биологических синтезах (в первую очередь при фотосинтезе) с небольшим, но достоверно регистрируемым предпочтением используется изотоп 12С, возможно, благодаря более легкому его проникновению через клеточную мембрану внутрь клетки. Анализ осадочных карбонатных пород, соответствующих периоду около 600 млн лет тому назад в конце Протерозоя (на границе Докембрия и Кембрия), показал, что в них понижено содержание изотопа 12С, что свидетельствует об угасании биологических процессов (Knoll and Walter, 1992). Этот вывод подтвержден палеонтологами, которые установили исчезновение многих форм живых организмов, существовавших ранее. Причиной массовых вымираний на этот раз явилось глобальное оледенение, которое было последним в серии оледенений, охвативших период около 200 млн лет. (800–590 млн лет тому назад). Сами оледенения продолжались по нескольку миллионов лет, согласно некоторым оценкам – по 10–12 млн лет (Hoffman et al., 1998; Bodiselitsch et al., 2005). Их причины остаются до конца не выясненными, но достаточно обоснованные версии уже существуют. Инициировать процессы, которые приводили к оледенению, могло обнажение ранее скрытых минералов, вызванное континентальными подвижками или сильным выветриванием. Обнажившиеся породы активно связывали двуокись углерода (CO2) с образованием карбонатов, в результате чего содержание CO2 в атмосфере резко упало. Однако в отсутствие метана, не совместного со свободным кислородом, двуокись углерода была (и остается поныне) главным компонентом атмосферы, создающим парниковый эффект. В ее отсутствие значительная часть попавшего на Землю Солнечного излучения возвращалась в космос. От этого климат стал холоднее. Наступление снегового покрова увеличило отражательную способность Земли и привело к еще большему похолоданию и т. д. Считается, что если оледенение достигло широты 30°, то процесс становится необратимым и вся Земля одевается ледяным панцирем. Именно так происходило несколько раз на протяжении указанного периода. Многие исследователи полагают, что само по себе снижение парникового эффекта не было способно заставить льды продвинуться в столь низкие широты. Сопутствующим фактором было снижение хотя бы на 6–8% процентов потока Солнечной энергии, достигавшей Земли (Donnadieu et al., 2004).

Очевидно, Землю того периода можно сравнить со спутником Юпитера Титаном, поверхность которого покрыта льдом, но в глубинах океана не исключена жизнь, которая поддерживается, а возможно, процветает за счет донных извержений и термальных источников, обеспечивающих обогрев и поступление необходимых для клеточного метаболизма веществ.

Моделирование условий, при которых происходил выход из состояния глобального оледенения, показало, что только восстановления светимости Солнца до нормы недостаточно для таяния льдов.

Без случайных происшествий, приносящих много тепла, таких как мощный метеоритный ливень или многократное увеличение вулканической активности (а подтверждений таких событий в тот период не получено), выход из глобального оледенения становится возможным после накопления в атмосфере значительного количества CO2. Чтобы этот процесс начался и стал необратимым, необходимо достижение содержания CO2, превышающего современный уровень в 300–500 раз (Hoffman et al., 1998; Pierrehumbert, 2004). Важным обстоятельством было отсутствие связывания CO2 минералами на покрытой льдом Земле. С другой стороны, продолжалось освобождение газов, в том числе CO2, из земных недр. В атмосферу скапливавшиеся подо льдом газы попадали при разломах льда, вызванных землетрясениями и падениями метеоритов, а также в местах подтапливания льда вулканами и гейзерами. Однако это был весьма медленный процесс. В количестве, необходимом для создания достаточно сильного парникового эффекта, при котором началось бы необратимое таяние льда, двуокись углерода могла быть накоплена за миллионы лет, чем объясняется столь большая длительность глобальных оледенений. В связи с этим встал вопрос, как такие оледенения могли пережить нуждающиеся в Солнечном свете фотосинтезирующие бактерии и водоросли, а также появившиеся к тому времени простейшие многоклеточные организмы, не способные к фотосинтезу, но нуждавшиеся в кислороде. Некоторые авторы полагали, что сохранение этих форм, пусть и с большими потерями, свидетельствует о том, что оледенение Земли никогда не было полным (Hyde et al., 2000). Однако оппоненты (Hoffman et al., 1998; Schrag et al., 2001) утверждают, что это предположение некорректно, т. к. при толщине льда в районе экватора 10 м (как теперь в Арктике) сквозь него проникало достаточно света для поддержания жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов (McKay, 2000), а производимый ими кислород позволил пережить глобальные оледенения и не способным к фотосинтезу многоклеточным, в том числе ранним животным. Отмечено, что так же, как в современной Арктике, на льду могли быть проталины, где не только сохранялись, но и развивались сообщества фотосинтезирующих и кислород-зависимых организмов (Vincent et al., 2000).

Завершавшее глобальное оледенение таяние льда протекало стремительно, заняв всего тысячу лет. Вслед за тем установился очень теплый климат. Двуокись углерода, скопившаяся в атмосфере, активно взаимодействовала с растворенными в разогретом океане соединениями. Выпадавший карбонат кальция формировал характерный осадочный слой, располагавшийся непосредственно над иридием и другими космическими материалами, накопившимися во льду.

Последовавшее за оледенением потепление выявило множество незанятых (освобожденных вымершими видами) ниш, что привело к мощному развитию жизни, в том числе новых ее видов (Кембрийский взрыв). В частности, широко распространились уже существовавшие 40–50 млн лет, а возможно, и значительно дольше, миниатюрные билатеральные организмы, обладавшие симметрично расположенными органами (Chen et al., 2004; Blair and Hedges, 2005). За исключением самых ранних животных (губок и кишечнополостных), все животные от червей до человека являются билатеральными.

6.1.2. Позднеордвикский и Позднедевонский кризисы

Около 440 млн лет тому назад (граница Ордвик-Силур) произошло значительное вымирание. Исчезли до 20 % всех существовавших тогда видов. Причины кризиса, приведшего к этим вымираниям, пока не установлены. Не исключено, что и на этот раз произошло оледенение (Paris et al. 2000). Это был ответственный этап эволюции, когда в океане уже существовали высокоорганизованные морские животные, в том числе позвоночные (рыбы). Кризис “убрал” некоторых из них, облегчив тем самым развитие других. В числе последних были предшественники кистеперых – разновидности двоякодышащих (обладавших наряду с жабрами также легкими) рыб, еще через 30 млн лет образовавшей единственную ветвь земноводных, у которых четыре плавника рыбы-предшественника преобразовались в конечности. От этой линии ранних тетраподов пошли все виды наземных животных.

Позднедевонский кризис (около 370 млн лет тому назад) – первый крупный кризис после появления наземных животных, в том числе позвоночных. Его причина так же, как Позднепротерозойского кризиса и, вероятно, Позднеордвикского кризиса, – сильное похолодание. Однако на этот раз до полного оледенения не дошло. Значительная часть единого материка (Гондваны) была свободна ото льда. Благодаря этому многим вышедшим на землю животным и растениям удалось пережить этот кризис. Вымерли, в основном, теплолюбивые морские организмы, в частности созидатели коралловых рифов. Тогда же исчезли многие разновидности бесчелюстных рыб.

6.1.3. Позднепермский и Позднетриасский кризисы

Позднепермский (Пермь-Триасский) кризис (около 250 млн лет тому назад) считается самым глубоким за последние 500 млн лет (Erwin, 1994; Benton, 1995; Bowring et al., 1999; Poreda and Becker, 2003; Ward et al., 2005). Тогда, по данным разных авторов, вымерли от 60 % до 80 % морских обитателей и от 50 % до 70 % наземных растений и животных. Высказаны разные точки зрения о причинах, инициировавших Позднепермский кризис. В качестве первой такой причины назовем повышенную вулканическую активность, проявлявшуюся в разных регионах планеты и длившуюся миллионы лет. Следы этой активности на границе Перми и Триаса обнаружены на Сибирской платформе, где тогда излилось около 3 миллионов кубических километров лавы (Bowring et al., 1999; Reichow et al., 2002; Lin and van Keken, 2005). На границу Триас-Юра (200 млн лет тому назад) пришелся следующий эпизод повышенной вулканической деятельности, также длившийся миллионы лет. Следы этого Позднетриасского кризиса обнаружены на разных континентах (Marzoli et al., 1999). Именно с находящими геологическое подтверждение глобальными извержениями лавы многие авторы связывают массовые вымирания животных и растений в те кризисные эпизоды (Clark et al., 1986; White, 2002).

Другая активно обсуждаемая причина Позднепермского и Позднетриасского кризисов – столкновения Земли с крупными космическими телами (импакты). В ряде недавних исследований было обнаружено, что сформированные на границе Перми и Триаса осадочные породы содержат слой, в котором количества никеля, железа, кобальта, магния и марганца соответствовали соотношениям, характерным для метеоритов типа углистых хондритов (Basu et al., 2003; Poreda and Becker, 2003; Becker et al., 2004). “Метеоритный” слой был зарегистрирован и в породах, соответствующих границе Триас-Юра. Этот слой обогащен крупицами метаморфозированного кварца и иридием (Olsen et al., 2002).

Весьма доказательным стало обнаруженное в разных регионах Земли (Китай, Япония, Антарктида и др.) обогащение соответствующих границе Перми и Триаса осадочных пород фуллеренами – наноструктурами, представляющими собою полые сфероиды, образованные исключительно атомами углерода. В лабораторных условиях эта, а также другие формы фуллеренов, были получены впервые в 80-е годы прошлого века путем конденсации испаренного лазером графита в атмосфере инертного газа. Однако фуллерены могут образоваться в электрической дуге и при других условиях неполного сгорания (в саже). Соответственно, они были обнаружены в определенных породах земного происхождения. Внеземное происхождение фуллеренов в осадках на границе Перми и Триаса было доказано путем анализа заключенных в них инертных газов, которые захватываются из среды при формировании наночастиц. Изотопный состав этих газов оказался характерным для космоса, но не для Земли (Becker et al., 2001; Poreda and Becker, 2003). Можно добавить, что этому же периоду принадлежит обнаруженный в Австралии большой кратер Бедаут, который, возможно, возник при падении астероида (Becker et al., 2004). И хотя этот вопрос еще окончательно не решен, данных, приведенных выше, достаточно для утверждения, что на границе Перми и Триаса произошло столкновение Земли с космическим телом, имевшее глобальные последствия. Вместе с тем, это столкновение нельзя рассматривать как непосредственную причину происшедших тогда массовых вымираний. Будь это так, они произошли бы внезапно, как внезапно наступают изменения окружающей среды. Однако данные палеонтологии свидетельствуют, что при Пермь-Триасском кризисе вымирания растянулись на десятки тысяч лет (Bowring et al., 1999). Геохимические исследования показали, что в этот период получили развитие фотосинтезирующие анаэробы, главным образом зеленые серные бактерии, использующие как источник энергии сероводород (сульфид водорода, H2S), который они окисляют до элементарной серы. Эти бактерии обитают в океане только вблизи поверхности, т. к. нуждаются в Солнечном свете для фотосинтеза. С другой стороны, они не терпят кислорода. Отсюда следует вывод, что кислород даже у поверхности океана тогда практически отсутствовал.

Эти данные дают ключ к пониманию роли цепочки событий в разразившемся тогда глобальном кризисе (Huey and Ward, 2005; Ward, 2005, 2006). Мощный импакт и, по-видимому, инициированная им массированная вулканическая активность, вызывая глобальные пожары и выводя на поверхность легко окисляемые газы и минералы, выжгли кислород атмосферы. Напротив, в десятки раз повысилось содержание в атмосфере углекислоты и метана, поступавших на поверхность вместе с лавой, что привело к увеличению парникового эффекта и, соответственно, к значительному потеплению. Указанные изменения в составе атмосферы и потепление вызвали резкое снижение содержания в океане растворенного кислорода. В этих условиях получил перевес производимый придонными хемотрофными анаэробами сульфид водорода, проникновению которого в верхние слои океана ранее препятствовал кислород. Граница сульфида водорода/ кислород стала перемещаться все ближе к поверхности. Ввиду этого обстоятельства, а также общего снижения содержания кислорода, дышащие кислородом морские организмы в верхних слоях океана стали вымирать. Они замещались зелеными и пурпурными фотосинтезирующими организмами, использовавшими поступавший из глубины сульфид водорода как источник энергии. Сульфид водорода распространился до поверхности океана и стал выходить в атмосферу. Это вызвало вымирания наземных животных и растений. Помимо прямого действия на живые организмы, сульфид водорода уничтожил озоновый слой, не пропускавший на Землю жесткое ультрафиолетовое излучение, что усилило вымирания. Выход из кризиса мог начаться после ослабления вулканической активности, снижения поступления углекислоты и сульфида водорода, похолодания, восстановления озонового слоя и т. д. Все эти процессы, происходившие в глобальных масштабах, не могли быть быстрыми. Соответственно, не были быстрыми и вымирания. Общая продолжительность кризиса могла достигнуть миллиона лет. Естественно, после выхода из кризиса живой мир выглядел сильно обедненным, а после восстановления многообразия оказалось, что прежних доминант нет и магистральное направление эволюции стало другим.

В тот период уже существовали ветви рептилий, которые впоследствии трансформировались в млекопитающих и динозавров. Ближайшими предшественниками млекопитающих были рептилии терапсиды-синодонты (Fox et al., 1992; Damiani et al., 2003; Kemp T.S., 2006). Вскоре после Позднепермского кризиса почти одновременно появились динозавры и млекопитающие, сменив своих предшественников, которые, как и многие другие виды животных, вымерли в тот же период или несколько позже, когда разразился Позднетриасский кризис (см., однако, Fox et al., 1992). Можно считать, что оба эти кризиса расчистили пути для взрывного развития динозавров в Юрском и Меловом периодах. Быстро распространившись в самых разных климатических зонах и заняв практически все ниши, динозавры не только потеснили млекопитающих, но и поставили их на грань исчезновения. За 170 млн лет процветания динозавров млекопитающие мало прогрессировали и не дали крупных форм.

6.1.4. Маастрихтский кризис (кризис на границе K/T)

Наиболее известным стал кризис, случившийся 65 млн лет тому назад на границе Мелового периода и Третичного периода. При более детальной периодизации говорят о границе Маастрихта и Дания (Палеоцена), а также о границе К/Т (Krebs/Tertriary, Cretaceous/ Tertriary). Именно в этот кризис погибли процветавшие дотоле динозавры. Полностью вымерли также самые распространенные обитатели морей моллюски аммониты, а всего исчезло около 30 % всех видов, обитавших как в водной среде, так и на суше.

Определяющая роль мощного импакта в кризисе на границе K/T практически доказана. Имея в виду интересную предысторию этого открытия и его значение для интерпретации кризисных ситуаций в прошлом и осознания их опасности в будущем, мы кратко опишем эту предысторию, прежде чем рассмотреть сам кризис и его последствия.

6.2.1. Массированный вулканизм или падение астероида?

С самого начала было ясно, что биологические кризисы были вызваны изменениями условий окружающей среды в глобальном масштабе. Разные мнения высказывались о причинах климатических катаклизмов, имевших место на Земле. Именно этот вопрос, сохраняющий актуальность для нас и будущих поколений, явится предметом дальнейшего обсуждения. В качестве вероятной причины мощных катаклизмов на Земле первоначально рассматривался только вулканизм, т. к. критерии, позволяющие идентифицировать кратеры как ударные, а также обнаруживать осадочные слои, образованные выброшенным при импакте материалом, были разработаны только недавно. Застывшую лаву геологи научились распознавать значительно раньше. Для того, чтобы иметь глобальные последствия, мощные извержения, сопровождаемые выходом большого количества лавы, должны были произойти одномоментно во многих точках земного шара. Такие события действительно имели место. Около 65 млн лет тому назад извержения продолжались не менее миллиона лет (Courtillot, 1990; Glasby and Kunzender, 1996; Ravizza, 2003). Лава изливалась в Северной Атлантике, Шотландии, Сибири, Индии и в других местах. Нагромождения базальтов в этих местах сохранились с тех пор. Террасы Деккана в Западной Индии – наиболее грандиозные слоистые лавовые образования, сохранившиеся с тех пор. Общий объем лавовых наслоений в этой структуре достигает 50 млн кубических километров. Лава поступала с большой глубины под давлением и, изливаясь, отдавала растворенные в ней газы, в том числе углекислый газ (СО2). Раскаленная лава вызывала пожары, еще более увеличивавшие содержание углекислого газа в атмосфере. Его накапливание должно было привести к значительному потеплению вследствие усиления парникового эффекта (см. однако Caldeira and Rampino, 1990). Существенное изменение климата могло повлиять на выживаемость и развитие тех или иных видов. В течение 70-90-х годов прошлого века состоялись напряженные дискуссии. К этому вопросу мы еще вернемся, а пока последуем за исследователями, внимание которых было переключено на внеземные источники. Помимо глобальных извержений, в качестве причин массовых вымираний (кризисов) на Земле называли взрыв сверхновой на достаточно близком расстоянии (теперь эту причину иногда приписывают Ордвикскому кризису, который имел место 440 млн лет тому назад), резкое изменение солнечной активности и падение крупного метеорита. Не касаясь пока других случаев, будем считать практически доказанной причиной биологического кризиса 65 млн лет тому назад на границе K/T падение крупного метеорита. Ко времени, когда развернулась дискуссия, такой ответ уже был подготовлен многолетними исследованиями геологов, выяснявших природу многочисленных кратеров, обнаруженных на Земле. Первоначально преобладало мнение, что все они имеют вулканическую природу. Однако постепенно накапливались данные, указывающие на образование многих древних кратеров вследствие импакта – столкновения с Землей крупного метеорита или осколка кометы (Хрянина, 1987; Бронштэн, 1987).

Главным признаком ударного кратера является присутствие минералов, главным образом кварца, с признаками шок-метаморфизма, т. е. с определенными изменениями кристаллической структуры, которые возможны только в условиях сильнейшего сжатия при высокой температуре. Именно такие условия возникают в момент падения крупного метеорита на Землю. При этом происходит также смещение и нагромождение пород (брекчии). Нагроможденные породы образуют кольцевой вал, опоясывающий ударный кратер, для которого также характерно центральное поднятие. Дно ударного кратера испещрено трещинами, вследствие чего общая плотность пород, образующих это дно, оказывается пониженной. Соответственно в области кратера понижена гравитация. Отрицательная гравитационная аномалия даже крупного кратера невелика (порядка 10-4м/с2). Однако она уверенно регистрируется современными приборами. Над ударным кратером наблюдается также магнитная аномалия. Она обусловлена тем, что расплавленные при ударе породы оказываются размагниченными. При остывании они вновь намагничиваются, но уже в соответствии с расположением магнитных полюсов на момент застывания. В нагроможденных и раскрошенных породах, образующих вал, окаймляющий ударный кратер, суммарный магнитный момент близок нулю. Магнитные аномалии также легко регистрируются с помощью магнитометров. С помощью установленных на самолете приборов, регистрирующих указанные аномалии, удалось обнаружить практически неразличимые с Земли кольцевые структуры (астролябии), являющиеся древними ударными кратерами, и даже кратеры, погребенные под позднейшими наслоениями. В настоящее время уже описаны более 200 крупных ударных кратеров, и их число постоянно растет. Территория России также густо усеяна разными по размерам ударными кратерами. Интересно, что Калуга, и так неразрывно связанная с космосом благодаря Циолковскому, расположена на дне ударного кратера диаметром около 15 км. Крупный ударный кратер (Карская астролябия) обнаружен на Северном Урале. Этот кратер относят к раннему Кайнозою, т. е. его возраст не более 65 млн лет. Только немногие относительно молодые ударные кратеры хорошо сохранились, как кратер Шунак в Казахстане и Аризонский кратер в США. Со временем кратеры под действием ветра и воды разрушаются, их перекрывают отложения и заносы. Возникнув на суше, кратер может оказаться на морском дне. Многие кратеры уничтожены при тектонических подвижках. Однако на Земле существуют области, которые на протяжении последних 500–700 млн лет оставались сушей и не подвергались существенным подвижкам. К ним относится Украинский щит, на котором, согласно проведенным исследованиям, за 500 млн лет возникли около 500 ударных кратеров, т. е. один кратер приходится на 400 км2 (квадрат со стороной 20 км2). Такая оценка согласуется с плотностью размещения кратеров на Луне и Фобосе, где они сохраняются благодаря отсутствию атмосферы.

Для того, чтобы подтвердить прямую зависимость биологических кризисов (массовых вымираний) от падения на Землю крупных тел, необходимо было доказать, что есть хронологические совпадения этих двух явлений. В то время, когда этот вопрос был поставлен (1985 год), обнаружение кратеров, соответствующих определенным событиям (кризисам), казалось практически невероятным. Однако оказалось, что могут быть предъявлены и другие достаточно точно датируемые доказательства столкновения Земли с крупным космическим телом. В разных точках Земного шара в отложениях, соответствующих границе K/T, была обнаружена узкая (толщиною несколько миллиметров) полоса минералов, практически лишенная известняков, являющихся основным компонентом обычных осадочных пород. Этим вопросом заинтересовались геологи Уолтер и Луис Альваресы. Анализируя состав минералов указанного слоя, они обнаружили аномально высокое для земных пород содержание иридия. (Alvarez et al., 1980; Alvarez, 1987). Однако высокое содержание иридия характерно для некоторых метеоритов. При столкновении крупного метеорита с Землей происходит его мгновенный разогрев до нескольких тысяч градусов, плавление и взрыв. Значительное количество материала метеорита оказывается выброшенным в виде крошечных частиц в околоземное пространство, откуда осаждается на Землю, образуя специфический по составу тонкий слой. Именно такой слой и был обнаружен в отложениях, соответствующих границе К/Т. Помимо повышенного количества иридия, в этом слое обнаружены претерпевшие шок-метаморфизм зерна кварца и сферулы минералов, претерпевших плавление (Speicer, 1989; Sigurdsson et al., 1991). Несколько позже в том же слое были обнаружены фуллерены внеземного происхождения (Becker et al., 2000). Все эти результаты подтверждают справедливость гипотезы падения крупного (диаметром около десяти километров) метеорита.

6.2.2. Поиск ударных кратеров, совпадающих по датировке с известными кризисами

Концепция ударов из космоса как основной причины выявленных палеонтологами кризисов, обозначивших границы эр и периодов в истории Земли, была принята многими исследователями уже к началу 90-х годов прошлого века. Однако были и скептики, отказывавшиеся ее принять, в частности потому, что соответствующие именно этим событиям места падения метеоритов (кратеры) не были обнаружены. Хотя к тому времени уже были известны сотни ударных кратеров, сопоставить какой-то из них с конкретным событием не удавалось. Учитывая, что за десятки и даже сотни миллионов лет многие кратеры в ходе геологических процессов были уничтожены, либо оказались под дном океанов, обнаружение некоего определенного кратера казалось маловероятным. Тем не менее, попытки обнаружить ударный кратер, образование которого можно было бы связать с определенным кризисом, были предприняты несколькими группами ученых. Практически сразу их внимание было сосредоточено на бассейне Карибского моря. Именно в том районе в слое, соответствующем границе К/Т, присутствовало наибольшее количество материала, который мог быть выброшен из ударного кратера. К концу 80-х годов были названы две предполагаемые точки: на Кубе и в океане вблизи Колумбии. Однако обнаружить кратер в этих точках не удалось. Вместе с тем, он уже был к тому времени обнаружен несколько в стороне от обследованного района. Вблизи города Чиксулуб (Chicxulub), на берегу Мексиканского залива (северо-восточная оконечность полуострова Юкатан) велась воздушная разведка нефти. Приборы зафиксировали занимавшую большую площадь круговую магнитную аномалию. Было это в 1978 году. Тремя годами позже эти данные были доложены на геологической конференции. Там же было высказано предположение, что обнаруженная на Юкатане геологическая структура могла быть гигантским ударным кратером (см. Kerr, 1990). Однако прошло еще 10 лет, когда ученые, осуществлявшие поиск в том же регионе, обратили внимание на эти данные. Анализ образцов пород, добытых при бурении, показал, что обнаруженная на глубине от 300 м до 1 км структура действительно является погребенным под позднейшими наслоениями ударным кратером, диаметр которого был первоначально определен 180 км. Такой кратер мог образоваться при падении тела размером 10 км. Однако, согласно проведенному группой В. Шарптона гравитационному анализу, Юкатанский (Чиксулубский) кратер имеет многокольцевую структуру. При этом, диаметр внешнего кольца близок 300 км (Sharpton et al., 1993; Pope et al., 1997a). В случае справедливости такого вывода размер тела, упавшего на Землю 65 млн лет тому назад, мог достигать 18 км. Мощность взрыва оценена в 4.108-4.109 мегатонн в тротиловом эквиваленте, что соответствует взрыву всего ядерного оружия, запасенного на Земле (Sharpton and Martin, 1997).

Пять одинаково датируемых кратеров (около 214 млн лет) диаметром от 15 до 100 км обнаружены в Европе и Северной Америке. Их взаимное расположение позволяет предположить, что в позднем Триасе с Землей столкнулись не менее пяти фрагментов кометы или астероида (Spray et al., 1998), что должно было привести к глобальной катастрофе. Вопрос, соответствует ли описанный выше (Раздел 6.1.3) узкий осадочный слой на границе Триас-Юра (нынешняя датировка 205–200 млн лет) этой катастрофе или она произошла несколько ранее, пока не решен.

Возможно, что кризис на границе Пермь-Триас и соответствующий ему слой в осадочных породах, содержащий продукты импакта, также обрели свой кратер. Обнаружен он на Северо-Западе Австралии (возвышенность Бедаут). Как и на Юкатане, погребенный под позднейшими наслоениями кратер Бедаут был засечен при воздушной разведке и детально разведан путем бурения скважин (Becker et al., 2004). Согласно проведенным обмерам, кратеры Чиксулуб и Бедаут близки по размерам. Однако следует отметить, что если относительно происхождения кратера Чиксулуб сомнений практически не осталось, то ударная природа структуры, обнаруженной в Австралии, до сих пор подвергается сомнению (см. дискуссию в ж-ле Science, 2004, 431, 609–613).

Кратер Бедаут (если будет подтверждено его образование при падении метеорита), по-видимому, древнейший ударный кратер, обнаруженный на Земле. Его приблизительный возраст 250 млн лет. О более древних столкновениях приходится судить только по характерному осадочному слою, содержащему специфические для импакта структуры и вещества (микросферулы, иридий и др.). Такие слои прослеживают до 3.8 млрд лет, т. е. они присутствуют в самых ранних сохранившихся до наших дней осадочных породах (Shoenberg et al., 2002). Четыре подобных слоя обнаружены в Австралии и Южной Африке в породах, возраст которых 3.47-3.24 млрд лет (Byerly et al., 2002; Lowe et al., 2003; Glikson, 2004). Взрывы были столь сильны, что могли приводить к сдвигам тектонических плит. В эти периоды существовали только прокариотические организмы, и палеонтологические данные очень скупы. Поэтому мы знаем, какие царства и виды прокариот сохранились, но можем только предположительно судить о тех, которые исчезли во время ранних кризисов. При этом, благодаря освобождению природных ниш, эволюция получала импульс в направлении ускоренного развития сохранившихся видов и образования новых. Самый ранний кризис, который оставил достаточно явственный след в форме окаменелостей, относится к границе Докембрий-Кембрий, когда уже существовали многоклеточные организмы. Весьма вероятно, что исходной причиной того кризиса и происшедшего тогда же глобального оледенения (см. Раздел 6.1.1) явился мощный импакт, хотя прямых доказательств этому предположению в настоящее время нет. Однако в одном из описанных выше случаев (граница K/T) роль импакта как главной причины кризиса можно считать доказанной.

6.2.3. Было ли тело, обрушившееся на Землю 65 млн лет тому назад, кометой, ставшей за 50 тыс. лет до этого события спутником Земли?

Возвращаясь к самому событию на границе K/T, рассмотрим предположения о природе тела, рухнувшего тогда на Землю. Вслед за “главным” телом примерно через три месяца на Землю (Северо-Восток современных США) упало тело меньших размеров, образовавшее кратер размером 30 км. Кратеры размером 20-100 км, которые датируют примерно тем же сроком, обнаружены в Канаде, в Северном море (Stewart and Allen, 2002) и в России (Карская астроблема). Можно предположить, что все упавшие тогда на Землю тела имеют общее происхождение. Они могли входить в ядро кометы, вторгшейся во внутренние области Солнечной системы и, возможно, ставшей на какое-то время спутником Земли. Эта гипотеза нашла неожиданное подтверждение в исследованиях геохимиков. В осадочных породах, расположенных по обе стороны “метеоритного” слоя на границе К/Т, было отмечено повышенное содержание α-аминоизо-масляной кислоты и рацематного изовалина – двух аминокислот, которые исключительно редко встречаются на Земле, но относятся к главным органическим компонентам углистых хондритов и комет (Zhao and Bada, 1989). Указанные “внеземные” аминокислоты присутствуют в осадочных породах на расстояниях до 1 м по обе стороны от границы (слоя) K/T. Высказывалось предположение, что столь значительное удаление объясняется диффузией из слоя K/T аминокислот, принесенных на Землю самим упавшим телом. В таком случае именно в слое K/T аминокислоты присутствовали бы в максимальном количестве. Однако в этом слое аминокислоты вообще не обнаружены. Более правдоподобным является предположение, что материал, содержащий указанные аминокислоты, стал выпадать на Землю за 50 тыс. лет до самого импакта. А потом (после импакта) это выпадение продолжалось еще почти столько же времени. Так могло быть, если крупная комета пришла во внутреннюю область Солнечной системы и своим газопылевым хвостом перекрыла Землю. Следует полагать также, что комета больше не удалялась на большое расстояние и оставалась в сфере влияния Земли около 50 тыс. лет. Значительная часть материала перекачивалась из тела кометы в ее хвост, поддерживая его достаточно плотную консистенцию. Аминокислоты могли переходить из тела в хвост кометы, но могли также быть синтезированы из предшественников на пылевых частицах непосредственно в хвосте (Zahnle and Grinspoon, 1990). Постепенно тело кометы убывало и, наконец, разделилось на несколько фрагментов. Некоторые из них (а возможно, и все) упали на Землю. Кратер, обнаруженный на Юкатане, может принадлежать самому крупному фрагменту той кометы. За 160 млн лет до этого события Земля также столкнулась с фрагментами крупной кометы или астероида. На это указывает серия кратеров, образованных телами, имевшими близкие траектории (Spray et al., 1998). Их возраст 215–200 млн лет. Не менее пяти тел упали тогда на Землю за короткий промежуток времени, возможно, в течение считанных часов. Похожее событие произошло уже в наше время, но, к счастью, не на Земле. В июле 1994 г. разделившаяся на два десятка фрагментов комета Шумахера-Леви столкнулась с Юпитером. Это событие транслировалось на Землю с помощью космического корабля. Фрагменты кометы, бомбардировавшие Землю на границе K/T, до падения находились на околоземных орбитах и продержались на них разное время. Поэтому всё событие заняло месяцы или годы. Оно не могло быть длительным в геологическом масштабе, т. к. на границе K/T обнаруживается только один импактный слой. После падения кометы на орбите осталось представлявшее ранее хвост кометы пылевое облако, которое продолжало оседать на Землю еще несколько десятков тысяч лет. Тот факт, что в самом импактном слое на границе K/T “внеземные” аминокислоты не обнаружены, легко объясним. Этот слой сформировался очень быстро из выброшенных из кратера (кратеров) пород, где присутствовал и материал тела кометы. Однако органические соединения, в том числе аминокислоты, присутствовавшие в падавшем с большой скоростью осколке кометы, были неизбежно разрушены из-за сильного разогрева тела при прохождении атмосферы и, главное, при его столкновении с Землей. Поэтому аминокислоты, выпадавшие с постоянной для того периода скоростью с материалом кометного хвоста, оказались сильно разбавленными именно в этом практически мгновенно сформировавшемся слое. Таким образом, столкновения Земли с фрагментами разрушившейся кометы следует признать наиболее вероятной причиной кризиса, обозначившего границу K/T (см. также Bottke et al., 2007). Возможно, не все эпизоды этого события установлены, так как какие-то даже очень крупные кратеры, в частности те, которые покоятся под толстыми наслоениями океанического дна, еще не обнаружены.

6.2.4. Непосредственные последствия падения крупного космического тела

Зададимся вопросом, какие эффекты, вызванные мощным импактом, ведут к глобальному кризису. Первоначально главным следствием падения крупного тела считался взрыв и выброс в околоземное пространство, помимо раздробленного материала метеорита, большого объема земных пород. Подсчитано, что Юкатанский метеорит “выбросил” в атмосферу и стратосферу Земли тысячи кубических километров породы (свыше триллиона тонн). Мощнейший взрыв вызывает землетрясения, расколы земной коры, истечения лавы, цунами. Выброс материала на месте образовавшегося кратера существенно понижает давление на нижележащие расплавленные, но обычно твердые (из-за высокого давления) слои. Снижение давления переводит расплавы в жидкое состояние, что вызывает их выход на поверхность в форме лавы. Лава, а также расплавленные при ударе и разлетевшиеся на сотни километров фрагменты породы вызывают быстрые пожары не только в окрестностях падения космического тела, но и на значительном удалении от кратера. Выброшенный в стратосферу материал формирует вокруг Земли слой, который препятствует проникновению на нее солнечного света и тепла, вследствие чего наступают глобальная ночь и зима. Не только суша, но и многие водоемы покрываются слоем льда. Ночь и похолодание продолжаются до тех пор, пока выброшенные взрывом породы не осядут на Землю. Присутствие сажи в обнаруженных в разных точках планеты участках тонкого слоя осадков, обусловленных импактом, подтвердило предположение не только о локальных (в зоне импакта), но и глобальных пожарах. Возникновение глобальных пожаров представляется неизбежным, если учесть, что перешедшие на околоземные орбиты глыбы при возвращении на Землю через атмосферу разогреваются до нескольких сотен градусов (Wolbach et al., 1988). В этих условиях основная часть растительности гибнет (семена сохраняются лучше). Благодаря дегазации вышедшей на поверхность лавы и из-за пожаров в атмосфере Земли многократно возрастает концентрация сероводорода, окислов углерода и других, в том числе ядовитых, газов и падает содержание кислорода. Однако на самом деле последствия столкновения Земли с крупным телом не ограничиваются описанными выше эффектами. Т ак, если удар космического тела пришелся по морским осадочным породам, то в атмосферу поступит дополнительно большое количество сульфата и двуокиси углерода, вследствие чего прольются кислотные дожди. Присутствие в атмосфере сульфатного аэрозоля может снизить прозрачность атмосферы для солнечных лучей на 80 %, что вместе с другими отмеченными выше факторами способно вызвать похолодание на многие годы (Pope et al., 1997b). Падение крупного тела может также привести к ослаблению или полному исчезновению озонового слоя. Воздействие на озоновый слой вызвано тем, что в сжатом слое разогретого воздуха, который движется перед пролетающим через атмосферу телом, кислород и азот вступают в химическое взаимодействие, образуя окись азота (NO). NO активно взаимодействует с озоном (О3), отнимая у него атом кислорода. Именно этот эффект наблюдался в июне 1908 г., когда в атмосферу Земли залетело небольшое тело (70-100 м), которое взорвалось, не достигнув поверхности в районе реки Тунгуски. По свежим следам измерения озонового слоя не проводились. Измерения, проведенные в Калифорнии в следующем, 1909-м, году, обнаружили, что содержание озона в озоновом слое ниже обычного на 20 %. Восстановление озонового слоя заняло около 2-х лет. Очевидно, что пролет тела размером несколько километров через атмосферу грозит полным исчезновением озонового слоя и значительно большим сроком его восстановления. Весь этот срок обитатели Земли подвергаются усиленному воздействию ультрафиолетовых лучей. Кардинальное изменение среды обитания и связанное с ним нарушение пищевых цепей приводят к массовым вымираниям животных. Вследствие малых размеров Тунгусское тело не вызвало даже в ослабленной форме многих описанных выше событий, которых следует ожидать при падении на Землю крупного тела.

6.2.5. Свидетельства “пруда, заросшего лилиями”

Казалось, описанные выше эффекты так и останутся хоть и реалистичными, но все же предположениями, по крайней мере, до падения очередного крупного тела, при условии, что человечество сможет пережить это событие. Однако некоторые данные, которые можно рассматривать как прямые, все же получены. К ним относится доказательство реальности похолодания, вызванного K/T-импактом и даже определение его сроков. В США (штат Вайоминг) были вскрыты донные отложения водоема, существовавшего в тот период (Wolfe, 1991). В этих отложениях присутствует характерный для мощного импакта слой с повышенным содержанием иридия, а также подвергнутыми шок-метаморфизму кварцем и силикатными гранулами. Малая толщина этого слоя свидетельствует, что импакт произошел за тысячи километров до раскопанного водоема. В том же слое обнаружены листья и соцветия лилий и папоротников, населявших водоем. По состоянию соцветий было определено, что развитие растений было прервано в начале июня. Более детальное исследование показало, что листья определенным образом деформированы. В модельных экспериментах с листьями современных родственных растений такие же деформации (складки) были получены при замораживании листьев в воде при -10 °C в течение нескольких недель. Высушивание листьев без замораживания подобного результата не давало. Автор делает вывод, что, несмотря на лето, водоем замерз. Глубина его была около двух метров, и промерз он до дна. Такой результат вполне соответствует приведенным выше представлениям об “импактной зиме”. В таком состоянии при температуре, близкой -10 °C, водоем оставался около месяца. Все это время продолжалось глобальное выпадение выброшенной при импакте породы. Выпала она и на замерзший водоем с лилиями. Вслед за тем начался подъем температуры, лед растаял, и листья вместе с размокшей породой осели на дно. Температура быстро достигла 25–30 °C. Это, в частности, означает, что уже через месяц после импакта небо очистилось настолько, что солнечные лучи стали достигать поверхности. Вывод о кратковременности климатических изменений, вызванных импактом на границе K/T, подтверждается и данными других авторов (Kerr, 2002; Pierazzo et al., 2003). Некоторые более стойкие к холоду растения, пережившие “зиму” (это были папоротники), возобновили рост, продолжавшийся еще около двух месяцев, и даже успели дать семена, когда пруд был засыпан толстым слоем пород, содержавших много метаморфозированного кварца. Эти породы были выброшены в атмосферу в результате нового импакта, который не имел глобальных последствий и не повлек за собою существенное похолодание. На это указывает отсутствие признаков замерзания у вновь выросших листьев, которые были увлечены падавшими с неба комьями породы на дно и замурованы там непосредственно над слоем с замерзшими листьями. Благодаря этому листья сохранились, так как обычно они оставались на водной поверхности, где и сгнивали. Еще до описываемого нами исследования на расстоянии нескольких сотен километров был обнаружен кратер диаметром 30 км, возраст которого (в пределах погрешностей определения) такой же, как и возраст Чиксулубского (Юкатанского) кратера, вызвавшего глобальные последствия. Очевидно, породы, выброшенные при образовании именно этого кратера, погребли под собою заросший лилиями водоем, сохранив многие детали, которые позволяют воспроизвести характер и хронологию катастрофических и, можно сказать, судьбоносных событий, имевших место на Земле 65 млн лет тому назад. В частности, обращает внимание, с одной стороны, вещественное подтверждение “импактной зимы”, с другой – достаточно мягкий ее характер и, что существенно, кратковременность (2–4 недели). Очевидно, что мягкая и короткая “зима” сама по себе не могла вызвать столь катастрофические последствия, как массовые вымирания, один из эпизодов которых – гибель всех динозавров. Тем более что к тому времени мир динозавров насчитывал около 400 видов. Они занимали разнообразные природные и пищевые ниши, и вряд ли испытывали бы недостаток в пище в течение кратковременной и весьма умеренной “зимы”, тем более, что ареал их расселения включал Арктику (Pope et al., 1994).

6.2.6. Основной причиной гибели динозавров могла стать сера, выброшенная в атмосферу при образовании ударного кратера в участке залегания богатых ею пород

Однако, если само похолодание не было основной причиной исчезновения динозавров, то возникает естественный вопрос, чем же оно было вызвано. Выше отмечалось, что с падением крупного тела, как непосредственно, так и из-за вызванных им пожаров, связаны существенные изменения состава газов в атмосфере. В ней появляются компоненты, которые, если ранее и присутствовали, то в значительно меньшем (на порядки) количестве. Многие из этих компонентов (сероводород, окиси углерода и азота и др.) высокотоксичны. Содержание же кислорода уменьшилось, как и озона в озоновом слое. Кроме того, атмосфера оказалась в высокой степени запыленной. Можно предположить, что массовая гибель динозавров независимо от среды обитания была обусловлена свойственной всем им особой чувствительностью к происшедшим в атмосфере Земли изменениям, то есть, если говорить проще, динозавры были отравлены газами. Естественно, эта версия не единственная. В числе других – вызванное уничтожением озонового слоя сильное ультрафиолетовое облучение, гибель, в первую очередь, микроорганизмов, в том числе планктона, и голодание вследствие нарушения пищевых цепей. Однако за время весьма длительного существования динозавров имели место и другие аналогичные по силе импакты. Можно задаться вопросом, почему импакт на границе K/T привел к гибели динозавров, а близкий по мощности импакт, происшедший на 135 млн лет раньше (на границе Триас-Юра), наоборот, помог им выйти на первые позиции. Помимо возможного за столь длительный срок изменения физиологии этих животных, одним из следствий которого оказалась пониженная сопротивляемость динозавров резким изменениям среды, могли проявиться специфические особенности событий на границе K/T. Т ак, было обращено внимание на повышенное содержание серы в скальных породах на оконечности полуострова Юкатан, где упало космическое тело (Pope et al., 1994). При взрыве в атмосферу было выброшено около 1011 тонн серы. Вследствие этого, накрывшее всю Землю пылевое облако было насыщено ее соединениями, главным образом, серной кислотой в форме аэрозоля. Именно это обстоятельство могло оказаться главной причиной гибели динозавров. Млекопитающие, представленные тогда мелкими формами, оказались, в целом, более устойчивыми к неблагоприятным воздействиям и выжили, хотя тоже понесли потери (Alroy, 2003). Впоследствии они не только быстро увеличили свою численность, но дали начало новым видам. Согласно этой концепции, упади тот же астероид в другом месте, где породы содержат меньше серы, динозавры господствовали бы на Земле и поныне, вытеснив млекопитающих окончательно. Таким образом, если иметь в виду “нашу” победу, она состоялась благодаря падению космического тела не только в нужное время, но и в подходящем месте. Некоторые авторы придают особое значение тому обстоятельству, что импакт на границе K/T произошел в период сильного вулканизма, и атмосфера уже содержала много вредных газов, в том числе сероводород, окись углерода и др. Они полагают, что роковым для динозавров оказалось именно совпадение импакта и вулканизма (Glasby and Kunzender, 1996).

Выше упоминались глобальные оледенения Земли, длившиеся миллионы лет. Возникает естественный вопрос, благодаря чему оледенение оказалось скоротечным после импакта на границе K/T? Одной из причин могла явиться поднятая в атмосферу пыль, которая первоначально вызвала похолодание. Выпадая на снежный покров, пыль снизила его отражательную способность, благодаря чему поступавшая от Солнца энергия использовалась более эффективно. Однако именно в тот период особое значение могло иметь еще одно обстоятельство: из-за продолжавшегося уже тысячелетия активного вулканизма атмосфера была обогащена углекислым газом, который освобождается в процессе остывании лавы. Это привело к повышенному парниковому эффекту. Именно возросшим парниковым эффектом можно объяснить очень теплый климат в период, предшествовавший событиям на границе K/T. Теплый океан, который, скорее всего, так и не замерз, также воспрепятствовал углублению похолодания. В итоге, вызванное импактом похолодание, хоть и глобальное, оказалось скоротечным. В Северном полушарии, где было лето, уже через месяц лед растаял и установилась соответствующая сезону температура.

7.1.1. Ранние предшественники современных людей

Плацентарные млекопитающие появились по разным данным 150–100 млн лет тому назад (Kumar and Hedges, 1998; Archibald et al., 2001; Douzery et al., 2003; Wible et al., 2007), т. е. в период расцвета динозавров.

Самые ранние материальные остатки (окаменелости) представителей отряда обезьян и полуобезьян (приматов) датируют 55 млн лет тому назад (Tavare et al., 2002). Это были растительноядные лазающие по деревьям некрупные животные. Однако молекулярный филогенетический анализ показал, что ветвь приматов отделилась от остальных плацентарных млекопитающих 80–85 млн лет тому назад (Martin et al., 2007; Steiper and Young, 2006), т. е. за 15–20 млн лет до кризиса на границе K/T. Отсутствие материальных остатков ранних приматов подтверждает их угнетенное состояние, а следовательно, и малочисленность, характерные и для других млекопитающих в эпоху господства динозавров. Закрепление и развитие приматов – прямое следствие случайного события: падения астероида и вызванного им кризиса на границе K/T. Результатом этого развития было выделение около 40 млн лет тому назад подотряда антропоидов (в переводе с греческого – человекоподобных) (Steiper and Young, 2006; Miller et al., 2005). Одна из его ветвей около 30 млн лет тому назад трансформировалась в семейство высших (человекообразных) обезьян (гоминид). 10 млн лет тому назад человекообразные обезьяны были распространены на всех континентах, однако только однажды, около 7 млн лет тому назад, от предков современных шимпанзе отделилась ветвь прямоходящих гоминид – гоминины, трансформировавшаяся в несколько видов людей (Kuminatsu et al., 2007). Заметим, что в литературе не выдерживается единая классификация. Мы будем исходить из того, что существуют семейство гоминид (Hominidae) и подсемейство гоминин (Homininae). Первое включает человекообразных обезьян, прямоходящих предшественников современного человека и его самого. Из подсемейства гоминин исключены обезьяны. Исходя из этих определений, термины “прямоходящие гоминиды” и “гоминины” будут использоваться как синонимы.

Находки останков ранних гоминин (черепа и скелеты разной степени сохранности) сделаны в Африке и нигде более, главным образом в ее Восточной и Центральной областях на территории современных Чада, Уганды, Кении и Эфиопии. По данным, которыми располагает современная наука, там происходил активный процесс эволюции прямоходящих гоминид и ранних людей, завершившийся появлением современного человека. Именно потому, что этот процесс оказался ограниченным незначительным пространством, он был весьма хрупким. Достаточно было падения в этом районе не очень крупного космического тела размером 0.2–1 км, которое образовало бы кратер диаметром 10–30 км (энергия взрыва 1000–5000 мегатонн), чтобы жизнь там прекратилась, а затем началась заново, главным образом за счет миграции животных из других областей (в точности по теории катастроф Кювье). За период активной эволюции гоминин (последние 7 млн лет) на разных континентах произошли десятки импактов указанного масштаба, которые безусловно повлияли на ход эволюции в соответствующих регионах, однако принципиальное значение имело то обстоятельство, что в зоне, которую можно считать колыбелью человечества, такого события не было. Благодаря этому процесс эволюции гоминин не был прерван, и на Земле появились разумные существа – люди. Среди других существующих ныне видов животных невозможно выделить хотя бы один, который можно было бы заподозрить по какому-то объективному признаку (например, тенденции к росту объема мозга, повышенной обучаемости и др.) в стремлении эволюционировать в направлении разумных существ. Это означает, что человек не только является сейчас, но и останется в будущем единственным на Земле существом, наделенным разумом, если, конечно, к нам не прибудут корабли из других звездных систем, на что по причинам, обсужденным выше (Глава 1), рассчитывать почти не приходится.

Генетические различия ранних прямоходящих гоминид не могут быть исследованы, т. к. их ДНК не сохранилась. Поэтому промежуточные формы выявляются и выстраиваются в цепочки предшественник-наследник на основании сопоставления костных останков. Отсюда неизбежные неточности и, соответственно, разногласия. Однако общая картина уже очевидна. С каждой новой находкой она становится более ясной.

Наиболее изученными являются австралопитеки (Australopithecus), обитавшие 4–2.5 млн лет тому назад (см. Вишняцкий, 2005). Первые находки их костных остатков были сделаны в 20-е годы XX века в Эфиопии. Впоследствии были обнаружены хорошо сохранившиеся черепа и скелеты этих гоминин, одна из разновидностей которых, Australopithecus afarensis, возможно, является прямым предшественником человека (Drapeau et al., 2005; White et al., 2006; Drapeau and Ward, 2007). В течение длительного времени не удавалось найти еще более ранние формы, которые можно было бы рассматривать в качестве промежуточных между шимпанзе и австралопитеками. Наконец, в 1994 г. в Эфиопии были обнаружены элементы скелета гоминина, возраст которых был определен в 4.4 млн лет. Исследование этих костей показало, что они принадлежат самостоятельному виду, названному ардипитеком (Ardipithecus ramidus). Недавние находки, сделанные в районе озера Чад и в Кении, помогают еще полнее заполнить этот пробел. Найденные костные останки относятся к жившим около 6 млн лет тому назад очень ранним прямоходящим (или частично прямоходящим гоминидам) гоминидам (Васильев, 2002; Haile-Selassie, 2001; Brunet et al., 2002, 2005; Guy F., 2005; Zollikofer et al., 2005; Nakatsukasa et al., 2007).

Принято считать, что главным следствием перехода к прямохождению было освобождение передних конечностей для трудовой деятельности, т. е. превращение их в руки. Однако впоследствии было обращено внимание на другое, уже негативное следствие прямохождения – значительное уменьшение скорости передвижения при фактическом отсутствии средств активной защиты от хищников. Можно предположить, что гоминины не исчезли благодаря поддержанным эволюцией новым направлениям в поведении и общении, в том числе, повышенной способности к обучению, коллективизму, основанному на разделении обязанностей в изготовлении и применении орудий труда, и развитию речи как средства общения (см. Вишняцкий, 2005). Для того, чтобы доминировать в таком сообществе, недостаточно отличаться только силой. Необходимо быть и самым умным. Поэтому развитие мозга стало приоритетным направлением эволюции гоминин, приведшим, в итоге, к современному человеку. Однако такая гипотеза не бесспорна. Австралопитеки, жившие 4–2.5 млн лет тому назад, имели мозг, практически не отличавшийся, по крайней мере размерами (до 450 см3), от мозга шимпанзе, и не умели производить орудия труда. Поэтому можно предполагать, что австралопитеки были столь же уязвимы, как их прямоходящие предки, появившиеся на 3 млн лет раньше. Сохранение в течение миллионов лет “беззащитных” прямоходящих гоминид показывает, что либо они не были столь уж беззащитны, либо в течение всего этого периода в регионе их обитания отсутствовали хищники, которых им следовало опасаться. Соответственно, у них не было стимула эволюционировать в направлении разума. Такой стимул мог появиться около 3 млн лет тому назад, и, как его следствие, получила развитие ветвь людей (род Homo). Прямоходящие гоминины, у которых мозг не развивался (австралопитеки и некоторые другие виды), вскоре исчезли. Существуют разные версии, согласно которым люди берут начало, как было сказано выше, непосредственно от австралопитеков, точнее, от одного из их подвидов (Рис. 7), или они происходят от общего с австралопитеками предшественника (Cela-Conde and Ayala, 2003; Harcourt-Smith and Aiello, 2004). Так или иначе, но не позже, чем 2.4 млн лет тому назад, появился вид Homo habilis (человек умелый) – самый ранний из известных представителей рода Homo. Объем мозга этих первых людей (600–700 см3) был существенно больше, чем у их предшественников, и они изготавливали орудия труда.

Рассмотрим начавшийся тогда в пределах рода Homo относительно короткий период активного видообразования и параллельно жесткого отбора, который завершился около 30 тыс. лет тому назад, когда на Земле остался и существует поныне только один вид людей – Homo sapiens. Около 2 млн лет тому назад как ветвь Homo habilis появился вид Homo erectus (человек прямоходящий). Некоторые палеонтологи выделяют близкий ему вид Homo ergaster. Объем мозга Homo erectus был уже 1000–1300 см3, т. е. перекрывался с объемом мозга современного человека (1000–1400 см3). 1.8 млн лет тому назад Homo erectus вышел из Африки и, перемещаясь вдоль кромки моря, быстро расселился в Азии, на островах Тихого океана и в Австралии. Некоторые находки Homo erectus в Китае, Грузии, на Яве были датированы 1.7–1.8 млн лет (Swisher et al., 1994; Huang et al., 1995; Pu et al., 1977; Znu et al., 2004; Lordkipanidze et al., 2006). Некоторые из этих датировок пересматривались в сторону уменьшения возраста находок (Hyodo et al., 2002).

Рис. 7. Эволюция прямоходящих гоминид (гоминин) до появления людей (Homo).

Тем не менее, неоднократно высказывались и высказываются до сих пор предположения о нескольких центрах, в которых практически независимо сформировались близкие виды гоминид, и Африканский Homo erectus – только один из них. Однако нигде, кроме Африки, не удалось отследить ход формирования подобного вида. Кроме того, сопоставление костных остатков, особенно лицевой части людей этого типа, найденных в Африке и других регионах (Восточная Азия, Индонезия, Австралия, Европа), подтвердило принадлежность их единому виду Homo erectus, корни которого – в Африке (Rightmire, 1998; Kidder and Durband 2004; Liu W. et al., 2005). Рассмотрим эти вопросы более подробно.

7.2.1. Монорегиональная гипотеза формирования вида Homo sapiens исключительно в Африке и его заместительного распространения на другие континенты

Наиболее известной является версия, согласно которой вид Homo erectus, просуществовавший почти 2 млн лет, дал начало всем последующим Homo. По этой версии Homo sapiens (человек разумный, он же современный человек) – последнее ответвление от стволовой линии Homo erectus, появившееся, согласно палеонтологическим данным, не позже 200 тыс. лет тому назад в родовом гнезде Homo на стыке нынешних Эфиопии, Конго и Уганды (иногда говорят об Африке “под Сахарой”) (Nei and Takezaki, 1996; Stringer, 2002; Clark et al., 2003; White et al., 2003; McDougall et al., 2005; Ray et al., 2005; Bouzouggar et al., 2007). Что особенно интересно, описаны окаменелости (черепа), принадлежавшие переходной форме между архаичным типом и анатомически современным человеком (Lieberman et al., 2002; White et al., 2003). Этим опровергаются довольно частые заявления об одномоментности появления современного человека.

Существуют, по крайней мере, еще две версии родственных связей людей. В Африке и ряде областей Западной Европы были обнаружены костные останки, возраст которых 500–800 тыс. лет. По мнению некоторых исследователей, они принадлежали ближайшему общему предшественнику неандертальцев и современных людей, названному Homo heidelbergensis (Гейдельбергский человек). В свою очередь, Homo heidelbergensis произошел от Homo antecessor (человек-предшественник). Согласно этой версии (Rightmire, 1998; Stringer, 2002; Lahr and Foley, 2004) Homo erectus не был предшественником современного человека. Как “боковая” ветвь Homo erectus происходил от Homo ergaster, который дал также начало виду Homo antecessor (Рис. 8Б).

Рис. 8. Варианты происхождения современного человека (Homo sapiens).

Еще одна версия основана на результатах изучения недавних находок, сделанных в северной Испании. Их возраст по разным оценкам 650–800 тыс. лет. Костные остатки принадлежали существам, которые появились раньше гейдельбергского человека, но при этом имели больше общих черт с современным человеком и, следовательно, были ближайшими предшественниками современных людей. Этот вид также был назван предшественником (Homo antecessor). От него непосредственно происходит современный человек. Другая ветвь, исходящая от Homo antecessor – гейдельбергский человек, породила неандертальцев (Bermudez de Castro et al., 1997; Gibbons, 1997; Carbonell et al., 2005). Согласно этой версии (Рис. 8В), как и предыдущей (Рис. 8Б), Homo erectus не является предшественником современного человека, а формирует самостоятельную ветвь, исходящую, как и Homo antecessor, от Homo ergaster. Здесь уместно отметить, что многие авторы фактически отождествляют Homo ergaster и Homo erectus, полагая первого несколько более ранним вариантом второго. С учетом этого не будет ошибкой рассматривать в схемах Рис. 8Б и В Homo erectus как предшественника Homo antecessor, а следовательно, и всех последовавших линий Homo. Схемы Рис. 8Б и В допускают формирование вида Homo Neanderthalensis (неандертальцев) в Европе как ветви, исходящей от архантропов, обосновавшихся там не менее 800 тыс. лет тому назад. Очень близкие предшественники неандертальцев или они сами обитали в Европе 300–150 тыс. лет тому назад (Krause et al., 2007a). Несмотря на обнаружение предшественника Homo sapiens (по версии Рис. 8В) также в Европе, факт появления там людей современного типа около 45 тыс. лет тому назад как мигрантов из Африки в научной литературе является общепринятым (см. выше). Раздельной эволюцией линий, которые отделились от общего предшественника 800–500 тыс. лет тому назад (Green et al., 2006) и привели к неандертальцам и современным людям, можно объяснить данные, свидетельствующие о случайности их анатомических различий: сравнительное обследование черепов показало, что эти различия обусловлены скорее генетическим дрейфом, чем отбором в сходных условиях среды (Weaver et al., 2007).

Происхождение современного человека из Африки подтверждено недавними генетическими исследованиями как мужской линии (по мутациям непарной половой Y хромосомы), так и женской линии (по мутациям в ДНК митохондрий, передаваемых от матери детям с цитоплазмой яйцеклетки). Во всех случаях речь идет о нейтральных мутациях, которые практически не влияют на работу содержащих их “полиморфных” генов и, следовательно, не являются субъектами естественного отбора. Отличием “непарной” Y хромосомы и митохондриальной ДНК от парных хромосом является отсутствие генетических рекомбинаций, т. е. межхромосомных обменов участками ДНК. Благодаря этому у них легче проследить “вертикальную” составляющую, т. е. накапливание мутаций в последовательных поколениях (см. Хуснутдинова и Лимборская, 2005). При сопоставлении нуклеотидных последовательностей Y хромосом современных популяций (народов) обнаружено, что Y хромосомы всех мужчин происходят от Y хромосом, обладатели которых жили в Африке около 100 тыс. лет тому назад (Ke Y. et al., 2001; Pakendorf and Stoneking, 2005; Stringer, 2002; Ray et al., 2005). Исследования мутаций митохондриальной ДНК также привели в Африку как родину праматери всех ныне живущих людей, что с учетом первого результата вполне логично (Cann et al., 1987; Vigilant et al., 1991; Penny et al., 1995; Passarino et al., 1998; Quintana-Murci et al., 1999; Mishmar et al., 2004; Macaulay et al., 2005; Pakendorf and Stoneking, 2005; Cruciani et al., 2002, 2007; Бермишева М.А. и др., 2003; Gonder et al., 2007; Rowold et al., 2007). К выводу о происхождении современного человечества из Африки пришли разные группы исследователей, анализировавшие распределение полиморфных Alu повторов и разнообразие ряда микросателлитов у разных популяций: самые сильные расхождения со всеми остальными популяциями оказались у коренного населения Африки (Batzer et al., 1994; Jorde et al., 1997; Tishkoff et al., 2000; Watkins et al., 2001, 2003; Antunez-de-Mayolo et al., 2002; Witherspoon et al., 2006; Xing et al., 2007).

Эти же исследования позволили выделить Центрально-Восточную Африку (Африку “под Сахарой”) как регион, в котором обитали наши прародители, что полностью соответствует приведенным выше палеонтологическим данным (Gonder et al., 2007). Генетический поиск, осуществленный в этом регионе, позволил, как полагают некоторые исследователи, сузить исходный ареал до места обитания племени, поныне занимающегося собирательством и охотой. Именно здесь не менее 100 тыс. лет тому назад жили “научные” Адам и Ева. Это был, возможно, самый критический период для вида Homo sapiens, находившегося на грани вымирания после существования к тому времени уже около 50 тыс. лет. Не исключено, что сохранилось и затем размножилось потомство единственного клана. Можно предположить, что “научные” Адам и Ева передали своим детям наследуемые качества, обеспечившие им преимущества перед соплеменниками и шанс на выживание. Это могли быть более высокие умственные способности, позволившие лучше организовать охоту, отпор врагам, либо повышенный иммунитет к разразившейся тогда эпидемии и т. д.

За последующие тысячелетия люди размножились до многих тысяч особей. Около 70 000 лет тому назад, когда Homo sapiens был распространен во многих регионах Африки, группа людей двинула в сторону Аравии и покинула родной материк. Анализ мутаций, накопившихся в Y хромосоме у мужского “коренного” населения разных регионов Земли, и митохондриальной ДНК позволил проследить пути ранней миграции людей, покинувших Африку. Пока мигранты двигались вместе, новые мутации распространялись во всей популяции, а когда пути расходились, у каждой группы формировался дополнительно к уже существовавшим мутациям свой набор мутаций. Люди, оставшиеся на месте, оказались самой ранней отделившейся от всех других ветвью, и, соответственно, их потомки имеют наименьшее число общих мутаций со всем остальным населением Земли. На Рис. 9 весьма схематично показаны различия наборов мутаций в Y хромосомах, которые характерны для разных регионов Земли. Цифрой “1” обозначена “базовая” последовательность. Другие цифры обозначают мутации, характерные для народов, заселивших различные регионы. Именно эти данные позволили восстановить маршруты этой ранней и, как считают многие исследователи, единственной народообразующей эмиграции современного человека из Африки на другие континенты (Quintana-Murci et al., 1999; Mellars, 2003; Palanichamy et al., 2004; Macaulay et al., 2005; Sun et al., 2006; Fagundes et al., 2007; Underhill and Kivisild, 2007). Форсировав Красное море в его южной части и продвигаясь вдоль побережья Индийского океана, люди пришли в Индию, а оттуда на острова в южной части Тихого океана (Sun et al., 2006) и в Австралию, где обосновались около 50 тыс. лет тому назад (Bowler et al., 2003; Ingman and Gyllensten, 2003; Macaulay et al., 2005; Hudjashov G. et al., 2007). Продолжая движение на Восток, современный человек появился в Китае не позже 40 тыс. лет тому назад (Shang H. et al., 2007).

Рис. 9.

Рис. 9. Пути «народообразующей» миграции современного человека из Северо-Восточной Африки по данным мутационного анализа.

Отметки на схематических изображениях «Y» хромосомы обозначают характерные мутации, позволяющие определить очередность появления популяций и пути их миграции. Присутствие мутации «1» у всех популяций означает, что эта мутация – самая древняя. Отсутствие у Африканской популяции всех более поздних мутаций, присутствующих у других популяций, указывает на первичность именно Африканской популяции. Рисунок создан при участии Ф. В. Горбенко.

Другие группы людей направились на Север, закрепились на Ближнем Востоке, а затем, через Балканы и Кавказ стали распространяться на бескрайних просторах Евразии (Torrini et al., 2006). Около 40 тыс. лет тому назад анатомически современные люди пришли в Западную Европу, где уже более 100 тыс. лет обитали неандертальцы (Churchill, 2001; Niewoehner, 2001; Gravina et al., 2005). Несколько позже люди появились в Казахстане, на Алтае и в Южной Сибири. И они встретились с давно жившими там неандертальцами (Krause et al., 2007). Некоторые исследователи полагают, что относительно медленное продвижение людей в этих направлениях (по сравнению с их движением через Аравию в Индию и Австралию) связано именно с необходимостью преодолевать сопротивление аборигенов-неандертальцев. Это сосуществование продолжалось тысячелетиями (в Европе до 15 тыс. лет) пока неандертальцы не исчезли с лица Земли.

Несмотря на то, что неандертальцев причисляют к архаичным людям, они умели пользоваться огнем и мало уступали современным людям в искусстве изготовления орудий труда (Churchill, 2001). Они делали украшения и, по-видимому, были способны к членораздельной речи. Последнее предположение следует из того факта, что у неандертальцев был тот же вариант гена FOXP2, который присутствует у современных людей, обеспечивая членораздельную и осмысленную речь (Krause et al., 2007b; Trinkaus, 2007b). Объем мозга неандертальцев был даже несколько больше, чем у современного человека. Возможно, неандертальцы смогли бы создать свою цивилизацию. Однако 28 тыс. лет тому назад они исчезли с лица Земли (Finlayson et al., 2006). Высказывались предположения о вымирании неандертальцев из-за похолодания на Земле, в частности, на Юге Европы. Однако до того неандертальцы более сотни тысяч лет (а с ближайшими предшественниками почти миллион лет) жили в Европе и восточнее до Сибири, пережив не одно длительное похолодание (Ледниковые периоды). Поэтому к очередному похолоданию они не могли быть подготовлены хуже, чем пришедшие с Юга современные люди.

Установлено, что 40 тыс. лет тому назад в Арктической области Европейской России уже жили люди (Pavlov P. et al., 2001). Современный человек появился на Юге Европы не намного раньше. С учетом сказанного выше велика вероятность, что Европейскую Арктику осваивали неандертальцы. Похожая ситуация в Сибири. Стоянка людей, возраст которой около 30 тыс. лет, обнаружена на реке Яне далеко за Полярным кругом (Pitulko et al., 2004). Однако самое раннее проникновение современного человека на юг Сибири датируется этим же периодом. С другой стороны, неандертальцы уже обитали там более 100 тыс. лет, и логично предположить, что именно их стоянка обнаружена в Заполярной Сибири. Окончательно вопрос, кто первыми осваивал Арктику – неандертальцы или современные люди, можно будет решить после обнаружения костных останков этих первопроходцев. Однако в любом случае версия гибели неандертальцев из-за похолодания неубедительна.

Предложены две гипотезы, объясняющие исчезновение неандертальцев их контактами с людьми современного типа (кроманьольцами).

Согласно одной из них неандертальцы были вытеснены кромань-ольцами в буквальном смысле этого слова, т. е. лишены возможности добывать пищу, уничтожены в столкновениях, а возможно, просто съедены. Случаи каннибализма с обеих сторон подтверждены находками (Defleur et al., 1999; Fernаndez-Jalvo et al., 1999; Dalton, 2006). При этом, на основании исследования костных останков неандертальцев и кроманьольцев и мутационного анализа их митохондриальной ДНК сторонники указанной версии подчеркивают, что генетического смешивания не происходило (Krings et al., 1997; Ovchinnikov et al., 2000; Scholz et al., 2000; Ponce de Leon and Zollikofer, 2001; Arsuaga et al., 2002; Caramelli et al., 2003; Serre et al., 2004).

Согласно другой гипотезе, наоборот, важную роль в замещении сыграл генетический фактор: кроманьольцы смешались с неандертальцами и поглотили их. Такой вывод согласуется с данными ряда авторов, обнаруживших в геноме современных людей признаки, которые могли прийти от неандертальцев (Lahr and Foley, 1998; Plagnol and Wall, 2006; Foley and Lahr, 2007; Trinkaus, 2007a,b; Hawks et al., 2008). В этом отношении большой интерес представляет ген микроцефалин, который появился у современного человека около 37 тыс. лет тому назад и распространился во многих популяциях. Предполагается, что пришел этот ген от архаичного носителя, предположительно неандертальца (Evans et al., 2006b; Torroni et al., 2006). Проверка этой гипотезы скоро станет возможной. В настоящее время по сохранившимся фрагментам ДНК костной ткани ведется расшифровка генома неандертальцев. Уже можно сказать, что различие геномов современных людей и неандертальцев по составу нуклеотидов лежит в пределах 0.5 %, в то время как различие каждого из них с геномом шимпанзе составляет 1.2 % (Cheng Z. et al., 2005; Noonan et al., 2006; Kehrer-Sawatzki H. and Cooper D.N., 2007). В данном случае интерес представляет вопрос, будет ли среди генов неандертальцев выявлен ген микроцефалина. Если это произойдет, то гипотеза приобретения этого гена современным человеком от неандертальца станет практически доказанным фактом. Если смешивание генетических признаков было возможно, то замещение происходило, по крайней мере, частично, путем ассимиляции.

Рассмотренная здесь во многом драматическая история замещения неандертальцев современными людьми в Европе отличается от других подобных историй, происходивших в разных регионах Евразии, куда ступала нога современного человека, только большим числом известных деталей. Однако в последнее время ситуация меняется. В самых разных регионах от Китая до Северной Африки делаются все новые находки, подтверждающие вклад местных архантропов в генетику формировавшихся там рас современного человека. Обнаружены черепа, принадлежавшие людям современного типа, которые несут также определенные признаки, свойственные архантропам (Stringer, 2002). После повсеместного исчезновения архаичных людей часть этих признаков сгладилась, но другие, особенно те, которые оказались полезными, должны были сохраниться в генетическом пуле человечества, как это имеет место с геном микроцефалина, предположительно перенятым от неандертальцев (см. выше). Благодаря этим новым данным вклад архантропов в генетику современного человека стал рассматриваться как заметный (Satta and Takahata, 2002) и даже чуть ли не как определяющий (Eswaran et al., 2005).

В связи с этими новыми веяниями напрашивается вопрос, насколько правомерно считать Homo sapiens и других представителей Homo, по меньшей мере начиная с Homo erectus, разными видами, если они сохраняли способность к продуктивному скрещиванию. Логично полагать эту часть Homo единым видом, за которым можно было бы закрепить название “человек разумный” (Homo sapiens). Все его разновидности сохранили бы наименования, обозначенные на Рис. 8, и только человека современного типа следовало бы переименовать, например, в Homo sapiens sapiens, как это уже делают некоторые авторы. Такой подход кажется тем более логичным, что по некоторым оценкам формирование вида – весьма длительный процесс, требующий не менее 2 млн лет (Curnoe and Thorne, 2003), и просто не было достаточно времени для образования разных видов. Естественно, решать этот вопрос будут специалисты по генетике популяций. Имея в виду эти соображения, мы сохраним в дальнейшем за современным человеком наиболее часто используемое наименование Homo sapiens.

Естественно, возникает вопрос, как и когда современное человечество разделилось на расы, если оно первоначально образовалось в определенном регионе Африки как единая популяция. Одним из важных факторов в процессе дивергенции популяций с образованием народов и рас рассматриваются ситуации, именуемые “горлышком бутылки” (bottleneck), которые сводят популяцию к минимуму. Вследствие этого при последующем восстановлении численности популяция оказывается генетически более однородной, чем была ранее. Об одной такой ситуации, поставившей человечество на грань исчезновения, упоминалось выше. Выйдя из этого кризиса, человечество как потомство одного клана существенно повысило свою генетическую однородность. Следует полагать также, что вышедшие из Африки в район Ближнего Востока 80–60 тыс. лет тому назад люди принадлежали близким кланам, что также определяло их высокое анатомическое сходство. Дивергенция началась позже, когда люди разбились на группы, направившиеся в разные стороны, в том числе в удаленные и труднодоступные места Европы и Азии, а также в Австралию. Связи между ними если и существовали, то были сведены к минимуму. Длительной изоляции способствовали природные катаклизмы, периодически ввергавшие ту или иную популяцию в ситуацию “горлышка бутылки” (Ambrose, 1998; Bjorklund, 2003; Ramakrishnan et al., 2005). К числу таких катаклизмов относят самый мощный известный современной науке взрыв вулкана Тобо на Суматре, который произошел в период первоначального расселения людей. Выброшенный в стратосферу материал образовал сферический слой, который закрыл Солнце и вызвал сильное похолодание. Полагают, что это похолодание повлекло наступление Ледникового периода, длившегося тысячелетия (Ambrose, 1998). В условиях повышенной обособленности и значительного снижения численности из-за суровости условий вновь появлявшиеся мутации быстро охватывали всю популяцию, но из-за ее изолированности не распространялись за ее пределы. Постепенно между изолированными популяциями накапливались различия в анатомическом строении, в цвете кожи, волос.

Обособленность как одно из условий дивергенции популяций не всегда следует понимать как территориальную разобщенность. В Африке сформировались и сохраняются множество проживающих-бок о бок народностей. Достаточно упомянуть таких соседей как маленькие пигмеи и очень крупные банту. Их дивергенция началась 60 тыс. лет тому назад, и близость проживания ей не помешала. Даже в наше просвещенное время почти непреодолимым препятствием для контактов могут быть племенные, кастовые или религиозные отличия.

Процесс образования ныне существующих рас и народов не сводится исключительно к изоляции и дивергенции. Весьма существенный генетический вклад, как уже говорилось выше, могли вносить местные архантропы. Разнообразие в наборы признаков вносили встречные переселения. Так, происходила обратная миграция людей в Африку (Cоrte-Real H.B., 1996; Olivieri, et al., 2007; Gonzаlez et al., 2007). Поэтому неудивительно, что у некоторых африканцев обнаруживают черты европейцев или монголоидов. На Алтае и в Сибири встретились два людских потока – из Китая-Монголии и со стороны Кавказа (Derenko et al., 2000; Деренко и др., 2001). Признаки кавказской линии обнаруживают сейчас у американских индейцев (Brown et al., 1998).

7.2.2. Мультирегиональная гипотеза формирования Homo sapiens

Хотя автору представляется предпочтительной представленная выше концепция формирования Homo sapiens в Африке и народообразующего выхода людей современного типа из Африки 80–60 тыс. лет тому назад, необходимо отметить, что этой концепции придерживаются не все исследователи.

На местности Диринг-Юрях вблизи Якутска были обнаружены каменные орудия, которые по датировкам обнаруживших их исследователей были изготовлены 3.5–1.7 млн лет тому назад (Мочанов, 1992; Мочанов и Федосеева, 2002). Если принять эти датировки и вспомнить, что подобным изделиям, обнаруженным в Африке, приписывают возраст не более 2.2–2 млн лет, то окажется, что Сибирь была параллельным, а возможно, и первичным центром формирования человечества. Согласно другим оценкам, возраст тех же изделий около 260 тыс. лет (Waters et al., 1997). Такая датировка, хоть далеко не столь сенсационная, представляет значительный интерес, т. к. позволяет оценить время заселения Homo erectus Приарктической Сибири. Обнаружение костных останков людей, изготовивших обнаруженные в Диринге орудия, позволит решить многие накопившиеся вопросы. Следует отметить, что выдвигались также идеи первоначального появления человека в Китае (Tiemei C. et al., 1994; Shen et al., 2002) или в регионе Индонезии-Австралии (см. Adcock et al., 2001). Однако их не поддержало большинство исследователей (Rightmire, 1998; Kidder and Durband 2004; Liu W. et al., 2005).

Как реальная альтернатива гипотезе распространения людей современного типа исключительно из Африки значительное распространение получила гипотеза мультирегионального формирования современного человечества. В этой гипотезе ключевая роль принадлежит Homo erectus (человеку прямоходящему), появившемуся в Африке на 2 млн лет раньше Homo sapiens. Его первоначальное появление именно в Африке от африканских же предшественников подтверждено многочисленными находками. Эти находки позволили построить чисто Африканское генеалогическое дерево Homo erectus на 5 млн лет в глубь веков (Раздел 7.1; Рис. 7).

Выйдя из Африки 1.8–1.7 млн лет тому назад, H. erectus распространился по всему миру (кроме Америки). Его присутствие на Кавказе датировано 1.7 млн лет (Vekua et al., 2002; Rightmire et al., 2006), в Европе – 1.7–1.3 млн лет (Arzarello et al., 2007), в Индонезии -1.7 млн лет (Swisher et al., 1994), в Восточной Азии (Китай) не менее 800 млн лет (Shen G. et al. 2001; Zhu et al., 2004). Существенно позже, около 500 тыс. лет тому назад, H. erectus появился на Юге Сибири и на Алтае (Деревянко, 1997). Не сразу было признано, что Яванский питекантроп и Китайский синантроп принадлежат этому виду. Однако исследования последних лет доказывают, что эти архантропы представляли региональные разновидности Homo erectus (Leigh, 1992; Yamei et al., 2000; Gibbons, 2000; Anton, 2002; Dennell and Roebroeks, 2005; Terhune et al., 2007). Согласно концепции мультирегионального происхождения современного человека, эти разновидности (в том числе остававшиеся в Африке) дали независимо друг от друга и практически синхронно ростки, которые в своем практически независимом развитии остались близки друг другу и не вышли за пределы единого вида, получившего наименование, присвоенное африканской ветви – Homo sapiens (Kramer, 1991; Treisman, 1995; Kramer, 1991). Исходные различия, унаследованные Homo sapiens от региональных разновидностей Homo erectus и усиленные в ходе дальнейшей эволюции, привели к делению современного человечества на расы. Именно присутствие указанных исходных различий у представителей разных рас (т. е. у “региональных” Homo sapiens) приводится как аргумент в пользу мультирегиональной гипотезы (Durband, 2007).

Обе главные гипотезы монорегионального (Африканского) и мультирегионального происхождения человека современного типа допускают его смешение с региональными архантропами, что затрудняет выбор между этими гипотезами на основании только исследования костных останков. Как отмечалось выше (параграф 7.2.1.), данные мутационного анализа ДНК современных людей склоняют чашу весов в пользу монорегиональной гипотезы. Однако анализ ДНК, добытой из костных останков древних людей современного типа, может внести важные уточнения. В этом убеждают результаты исследования костных останков людей современного типа, живших в Австралии около 60 тыс. лет тому назад (Adcock et al., 2001). Из останков десяти индивидуумов удалось добыть фрагменты митохондриальной ДНК. Анализ нуклеотидных последовательностей показал, что эти люди принадлежали линии, которая обособилась еще до появления в Африке линии живущих ныне людей. Такой результат не обязательно интерпретировать в рамках мультирегиональной гипотезы. Он может означать, что, кроме выхода из Африки потомков «научных» Адама и Евы, который в монорегиональной гипотезе рассматривался как единственный народообразующий (параграф 7.2.1.), имел место неучтенный выход также из Африки группы людей, происходивших из другого клана. Именно эти люди первоначально заселили Австралию. Впоследствии они вымерли или, что более вероятно, были замещены последовавшими волнами переселенцев, принадлежавших уже линии ныне живущих людей. Новые и сделанные ранее находки как в самой Австралии, так и на пути к ней, для которых окажется возможным анализ ДНК, позволят определиться в этом интересном вопросе (Relethford, 2001). При этом особое внимание должно быть уделено возможному засорению добытой ДНК чужеродным материалом и связанным с этим ошибкам (Cooper et al., 2001; Holden, 2001; Willerslev and Cooper, 2005; Donoghue and Spigelman, 2006).

Изложенная в этой главе история зарождения и развития разумной жизни на Земле подтверждает уникальность и в ряде элементов случайность этого явления. Все имеющиеся сейчас данные указывают на образование около 7 млн лет тому назад единственной ветви прямоходящих гоминид, все побеги которой за последующие 5 млн лет вымерли, и только один успел дать росток – род Homo, принципиально отличающийся от всего остального мира животных способностью мыслить и творить. Но и тут все висело на волоске. За 2 млн лет существования род Homo дал не менее семи побегов, и только один из них, самый последний, Homo sapiens (или Homo sapiens sapiens), претерпев угрожавшие его существованию суровые кризисы (bottlenecks), все же уцелел. В других случаях род, у которого сохранился только один побег, считался бы угасающим, но Homo sapiens, распространившись по всему миру и создав цивилизацию, уже обезопасил себя от природных аномалий и эпидемий, которые угрожали ему ранее. Это уникальный случай. Достаточно сказать, что на Земле присутствует много видов обезьян, которые существуют десятки миллионов лет. Вместе с тем, трудно представить существование в наше время разных видов людей. Ведь даже в пределах единственного сохранившегося вида Homo sapiens проявляются весьма острые расовые и религиозные противоречия, часто приводящие к кровопролитным войнам.

Итак, имеет место редкая ситуация: возникшие на протяжении семи миллионов лет прямоходящие гоминиды, как предшественники современного человека, так и боковые ветви, исчезли, и ближайшими нашими родственниками из ныне присутствующих на Земле оказались шимпанзе. Естественно задаться вопросом, каковы дальнейшие перспективы человечества. Не получится ли так, что и последний побег Homo исчезнет с лица Земли, а самыми продвинутыми интеллектуально вновь окажутся обезьяны? Следует также напомнить о катастрофах, которые могут уничтожить все живое.

8.3.1. Распространение новых вариантов генов, контролирующих размеры головного мозга

Спецификой эволюции рода Homo от самых ранних форм до появления современного человека был рост объема черепной коробки и, соответственно, увеличение головного мозга. Был ли фактором отбора именно рост объема головного мозга или некий сцепленный признак, в настоящее время неизвестно. Объем мозга современного человека (в среднем, 1350 см3) в три раза больше мозга шимпанзе и ранних гоминин. Увеличение размеров мозга происходило, главным образом, за счет коры больших полушарий (новая кора), несущей ответственность за познавательные функции (Molnar, 2006).

Полная расшифровка вслед за геномом человека также генома шимпанзе позволила осуществить их прямое сопоставление. Общее различие по нуклеотидному составу составляет 1.2 % (Cheng Z. et al., 2005). Казалось бы, это различие незначительно. Однако в абсолютном исчислении оба генома отличаются на 35 млн нуклеотидов. Насчитано около 5 млн различий типа делеций и вставок в общих генах. У человека обнаружены гены, отсутствующие у шимпанзе (Britten, 2002; Frazer et al., 2003; Locke et al., 2003; Kehrer-Sawatzki H. and Cooper D.N., 2007). Существенно, что темп мутирования генов не одинаков и основное число мутаций, различающих человека и шимпанзе, сосредоточено в сравнительно небольшом числе генов (Ellegren, 2005; Arbiza et al., 2006).

По вопросу, какие именно гены претерпели позитивную селекцию в ходе эволюции гоминин пока нет единого мнения. С одной стороны, было показано, что у шимпанзе в большей степени претерпели изменения гены, ответственные за иммунитет, а у человека – гены, экспрессируемые, в основном, в мозге (Yu, et al., 2006). И это, казалось бы, логично. Однако в другом исследовании преимущественное изменение у человека генов, функционирующих в нервной системе, не установлено (Shi et al., 2006). Очевидно, что главные открытия еще впереди.

Недавно при сопоставлении геномов шимпанзе и человека был обнаружен участок (HAR1), претерпевший особенно сильный мутагенез в ходе эволюции от шимпанзе к человеку. Дальнейшими исследованиями было установлено, что “горячий” участок принадлежит новому гену, названному HAR1F. Ген HAR1F является РНК-геном: по нему синтезируется РНК, не являющаяся матрицей для образования белка. Этот ген активирован только в определенной группе нейронов, локализованных в коре головного мозга, причем, на короткий срок от 7-й до 19-й недели внутриутробного развития (Pollard et al., 2006a,b). Обнаружены и другие, возможно, значимые различия между геномами шимпанзе и человека (см. Li and Saunders, 2005).

У современных людей общее число обнаруженных различий в генетическом аппарате (генетический полиморфизм) около 10 млн (Goldstein and Cavalleri, 2005), хотя все люди принадлежат одному виду. С точки зрения физиологии многие из внутривидовых мутаций относятся к категории нейтральных, не вносящих заметных изменений в метаболизм. Некоторые мутации не только сохраняются, но и распространяются в региональных популяциях, обнаруживая позитивную селекцию. Более того, недавно было показано, что такая селекция (адаптивная эволюция) в течение последних 40 тыс. лет происходила в ускоренном темпе (Hawks et al., 2007). Однако установленные до настоящего времени у людей случаи генетического полиморфизма, обнаружившие признаки позитивной селекции, не связаны с увеличением размеров мозга и (или) повышением интеллекта (Sabeti et al., 2007).

Необходимо отметить, что у разных индивидуумов размер мозга может отличаться на 20–30 % от среднего в ту или иную сторону. Встает очевидный вопрос, в какой мере интеллектуальные возможности современного человека определяются размерами его мозга. Умеренная корреляция действительно обнаружена (McDaniel, 2005). Однако обязательная связь между объемом мозга и интеллектом отсутствует (см. Shaw et al., 2006). Достаточно упомянуть, что мозг выдающегося писателя и интеллектуала лауреата Нобелевской премии Анатоля Франса имел объем 1000 см3. Это совсем близко к объему мозга Homo erectus. Недавние открытия на индонезийском острове Флорес продемонстрировали, что эволюция, вообще, могла развиваться исключительно по пути усложнения организации мозга при сохранении или даже уменьшении его размеров. Были обнаружены костные останки, в том числе хорошо сохранившиеся скелеты живших 90–12 тыс. лет тому назад миниатюрных людей: рост взрослых особей не превышал 1 м. В отличие от современных пигмеев, обладающих при малом росте нормальным для современного человека размером мозга, флоресский человек имел череп размером с грейпфрут. Объем его мозга (380 см3) соответствовал объему мозга шимпанзе и ранних гоминин (Brown et al., 2004; Morwood et al., 2004, 2005). И при этом он создавал орудия, которые были даже более совершенны, чем орудия его современников, принадлежавших виду Homo sapiens (Brumm et al., 2006). Флоресский человек выделен в самостоятельный вид Homo floresiensis (Argue et al., 2006). Считается, что он произошел от Homo erectus, впервые появившегося на Индонезийских островах около 1 млн лет тому назад (Morwood et al., 2004; Larson et al., 2007). Об этом, в частности, говорит похожее строение кисти у этих видов (Tocheri et al., 2007). В данном случае эволюция шла в сторону миниатюризации, в том числе мозга, при одновременном повышении интеллекта. Некоторые исследователи полагают, однако, что само существование Homo floresiensis как самостоятельного вида требует дополнительных доказательств. Главное возражение состоит в том, что обнаруженные останки принадлежат людям современного типа, страдавшим микроцефалией (Martin et al., 2006). Дискуссия по этому вопросу продолжается (Conroy and Smith, 2007), однако аргументы в пользу самостоятельности вида Homo floresiensis представляются убедительными (Lahr and Foley, 2004; Falk et al., 2007; Tocheri et al., 2007). Трансформация Homo erectus, не уступавшего в росте современному человеку и обладавшего лишь на треть меньшим мозгом, в значительно более сообразительного карлика с размером мозга почти как у шимпанзе, еще раз демонстрирует непредсказуемость эволюционного процесса.

Однако очевидно, что магистральный путь эволюции гоминин был связан с ростом размеров головного мозга, главным образом за счет гиппокампа и “новой” коры. Именно этот путь привел к появлению современного человека, обладающего самым крупным среди гоминид головным мозгом. Перед исследователями встали вопросы, остановился ли с появлением Homo sapiens рост головного мозга и прекратилось ли направленное изменение других его параметров. Это означало бы, что прекратился отбор мутаций в генах, контролирующих свойства мозга (Zhang, 2003; Evans et al., 2004).

Мы уже отмечали выше, что мутационный анализ митохондриальной ДНК и мужской (Y) хромосомы подтвердил гипотезу общего происхождения всей популяции современных людей (Stringer, 2002; Macaulay et al. 2005; Ray et al., 2005; Pakendorf and Stoneking, 2005). После исхода из Африки и расселения на всех континентах сформировались разные подвиды людей (расы), но единый вид сохранился. Если принять, что с момента появления Homo sapiens отбор мутаций в генах, отвечающих за параметры и функции головного мозга, отсутствует, то современные расы и народы не отличаются интеллектуально. С другой стороны, обнаружение региональной гетерогенности в отношении вариантов этих генов могло бы служить подтверждением продолжающейся эволюции головного мозга современного человека. Именно поэтому значительный интерес вызвали исследования вариантов генов MCPH1 и ASPM. Дефектность этих генов приводит к резкому уменьшению размеров мозга (микроцефалия). Логично было предположить, что именно эти гены контролируют размеры мозга и зависящие от них свойства (Kouprina et al., 2004). Лан и соавторы (Evans et al., 2005, 2006a) обнаружили вариант гена MCPH1, возникший 37 тыс. лет тому назад. Возможно, он был получен от неандертальцев (параграф 7.1.1). Этот вариант (D аллель) широко распространился в Европе, Азии, на Ближнем и Среднем Востоке, что позволяло говорить о сильном позитивном отборе (Evans et al., 2006b). Возникший 5800 лет тому назад вариант гена ASPM также обнаружил позитивную селекцию, распространившись на Ближнем Востоке и в Европе (Mekel-Bobrov et al., 2005). Принципиальным являлся вопрос, внесли ли мутации, приведшие к появлению новых вариантов генов, контролирующих анатомию мозга, вклад в эволюцию современного человека, а именно, в совершенствование интеллекта носителей этих мутаций. Авторы фактически дали положительный ответ на этот вопрос, увязывая появление указанного варианта гена MCPH1 с усилением миграции людей в Европе и Азии, а варианта гена ASPM – с переходом к оседлому образу жизни, строительству городов и появлению письменности (см. также Frost, 2007). Другие авторы (Wang and Su, 2004) обнаружили высокую мутабильность нескольких сайтов в структурном отделе гена микроцефалина, которая могла приобрести определенную направленность под влиянием отбора, обеспечивая тенденцию к повышению качеств мозга. Однако в самое последнее время, как реакция на эти работы, опубликован ряд исследований, доказывающих, что популяции, несущие разные аллели гена MCPH1 или ASPM, не различаются ни средними размерами мозга, ни интеллектом (Currat et al., 2005; Stern and Woods, 2006; Woods et al., 2006; Dobson-Stone et al., 2007; Rushton et al., 2007; Timpson et al., 2007; Yu et al., 2007). К этому выводу фактически присоединился и Лан с сотрудниками (Mekel-Bobrov et al., 2007). Таким образом, в настоящее время не удалось обнаружить аллели этих или каких-либо иных генов, в отношении которых осуществляется положительная селекция людей. Более обоснованные выводы возможны благодаря тому, что в отдаленных областях Юго-Восточной Азии и в некоторых других изолятах сохранилось “реликтовое” население, сохранившее базовые (не мутантные) варианты генов MCPH1 и ASPM. Поэтому технически не сложно выяснить, связано ли обладание определенными вариантами генов MCPH1 и ASPM с достоверно выявляемыми изменениями размеров мозга, а также провести поиск сопряженных анатомических и других признаков, которые могли бы быть предметом позитивного отбора (см. также Balter, 2005). Сложнее всего провести объективное сопоставление интеллектуальных возможностей. Неоднократно предпринимались попытки сравнить интеллектуальные возможности отдельных личностей или определенным образом подобранных групп людей с помощью тестов на “качество интеллекта” (intellect quality, IQ) (Furnham et al., 2004; Shuttleworth-Edwards et al., 2004). Однако из результатов проводившихся тестов практически невозможно вычленить привнесенные факторы (круг общения, качество образования, психологический настрой и др.) (Whitfield et al., 2000; Cooper., 2005). При этом отмечается, что ген, ответственный за интеллект, до сих пор не идентифицирован, да и вряд ли такой ген существует в чистом виде (Sternberg et al., 2005). Для того, чтобы тесты можно было считать более объективными, испытуемые должны с самого рождения воспитываться и получать образование в одном коллективе. Насколько известно, при столь жестких предварительных условиях эксперименты по тестированию не проводились.

Несмотря на очевидные сложности, установление достаточно объективных критериев интеллектуальных возможностей позволит дать ответ на принципиальный вопрос, был ли сформирован интеллектуальный потенциал Homo sapiens в момент появления вида, либо эволюция мозга человека и повышение его интеллектуального потенциала продолжились. В первом случае показатель IQ людей во всех регионах, в среднем, одинаков, а во втором – должны выявляться существенные различия.

Помимо двух указанных выше генов, выявлены более 200 генов, имеющих отношение к контролю размеров головного мозга, а также специфических для мозга функций (Dorus et al., 2004; Hill and Walsh,2005). Однако преобладание в каких-то регионах определенных вариантов этих генов, что указало бы на их позитивную селекцию, не отмечено (Tang et al., 2007).

В настоящее время в разгаре работа по расшифровке полного генома неандертальцев (Green, et al. 2006), которая будет завершена в 2009–2010 гг. Не меньший, если не больший интерес представила бы расшифровка генома людей современного типа – современников неандертальцев. Его можно было бы сравнить не только с геномом неандертальцев, но и с геномом ныне живущих потомков, что позволило бы изучить эволюцию людей за последние 30–40 тыс. лет или даже за больший срок.

8.3.2. Люди, жившие 2–4 тыс. лет тому назад (100–300 поколений), интеллектуально не были ниже наших современников

Суммируя сказанное в предыдущем параграфе, приходится констатировать, что эксперименты, которые позволили бы определенно ответить на вопрос, продолжает ли человек эволюционировать и, в частности, повышаются ли его интеллектуальные возможности, еще не проведены.

Важным подходом к решению этого вопроса было бы определение интеллектуальных возможностей у наших достаточно далеких предков. Многочисленные находки свидетельствуют, что 50–30 тыс. лет тому назад люди современного типа производили наборы весьма совершенных каменных орудий разного назначения. Археологи считают, что эти орудия столь совершенны, что ныне живущие люди не сделали бы их более функциональными. Украшения из ракушек человек изготавливал более 100 тыс. лет тому назад (Vanhaereny et al., 2006; Bouzouggar et al., 2007). Однако наиболее наглядным доводом в пользу присутствия в доисторические времена талантливых, по современным меркам, людей являются наскальные рисунки, обнаруженные в хорошей сохранности в пещерах в Испании, во Франции, в Северной Африке, в других местах.

Создание около шести тысячелетий тому назад письменности положило начало историческому периоду в развитии сообщества людей. Развитие письменности стало той базой, на которой потенциальные возможности людей могли быть реализованы в области философии, литературы, искусства, науки и техники. Существуют вполне четкие представления о людях, живших 2–3 тысячи лет тому назад, точнее, об интеллектуальной элите того времени, основанные на громадном, дошедшем до нас материале, включая произведения искусства, архитектуру, литературу, философию, научные трактаты. Современные специалисты в этих областях, а также психологи могли бы достаточно объективно сравнить интеллектуальный потенциал людей нашего времени и их предков, удаленных на 100 и более поколений. Однако, насколько известно автору, такое научно обоснованное сопоставление не проводилось. Дошедшие до нас с тех времен памятники архитектуры, произведения искусства и литературы (Библия, Евангелия, “Иллиада” Гомера, пьесы Аристофана, басни Эзопа, речи Цицерона, “Иудейская война” Иосифа Флавия, поэзия Овидия и Лукреция Кара и т. д.), а также достижения техники и науки (Эвклид, Гиппарх, Герон, Архимед, Пифагор, Аристотель и др.), юриспруденции (Законы Древнего Вавилона, 10 заповедей, суд царя Соломона, Римское право и др.), философии (Конфуций, Будда, Аристотель, Сократ, Платон, Диоген, Софокл, Плиний и др.) убеждают, что многие фундаментальные мысли и знания пришли из тех или из еще более ранних времен. Недаром Заратустра, живший 30 веков назад, а еще раньше Экклезиаст в сердцах восклицали: “Все было, было”. Точно так и современные представления о морали совсем не новы и так же, как когда-то, часто не выполняются. Мир был бы другим, если бы люди вдруг перестали совершать действия, которых они не желали бы по отношению к себе. Но это – библейская заповедь, сформулированная более 2500 лет тому назад. К еще более давним временам относятся надписи, сделанные в погребальных камерах египтян, живших в эпоху древних царств. Эти надписи отражали представление авторов о главном итоге их жизни, который следовало довести до богов. Примечательно то, что заявлениям о победах над врагами многие люди предпочитали рассказать о своей гуманности. Была обнаружена такая надпись: “Я счастлив тем, что из-за меня никто не провел бессонную ночь”. Вряд ли уже в наше “цивилизованное” время кто-либо с полным основанием взялся бы утверждать подобное. Скорее всего, и сентенция древнего египтянина была преувеличением. Однако важно, что именно проявление чуткости показалось ему наиболее верным пропуском в загробную жизнь. Мы видим, что интеллектуальные возможности и моральные устремления людей за сотни поколений если и эволюционировали, то крайне незначительно. Отсюда не следует, что гены, формирующие эти признаки, не подвержены мутациям, в том числе позитивно влияющим на интеллект потомства. Отсутствие генетически закрепленного сдвига интеллектуального потенциала может быть объяснено тем, что эти мутации в условиях человеческого общества не дают преимущества ни в качестве жизни, ни в производстве потомства, вследствие чего они не распространяются в популяции (т. е. являются нейтральными). Первое из этих положений подтверждается данными американских исследователей, показавших, что размеры банковских счетов не зависят от IQ их владельцев. Что касается производства потомства, то можно высказать опасение, что в последнее время имеет место обратный процесс, который можно назвать вымыванием интеллекта, и эта тенденция будет только усиливаться. Обусловлено это тем достаточно очевидным обстоятельством, что личности, обладающие повышенным интеллектом, больше времени отдают своей профессиональной деятельности и, соответственно, меньше внимания уделяют семье. Так было всегда, но касалось, в основном, мужчин. Однако в последние десятилетия к ним присоединились высокоинтеллектуальные и одушевленные идеями эмансипации женщины. Неизбежным следствием должна явиться относительно низкая рождаемость в их семьях, а следовательно, и снижение в популяции носителей тех вариантов генов, которые формируют повышенный интеллект или талант.

8.4.1. Научное мировоззрение и интеллектуальные возможности человека

С некоторых пор стал популярным термин пассионарность. Принято считать, что уровень пассионарности народа тем выше, чем больше стремление его вождей и идеологов захватить новые территории, распространить свою веру. Однако возможна и иная интерпретация этого термина, направленная в будущее, применимая как к отдельным народам, так и ко всему человечеству: уровень пассионарности должен отражать стремление людей к познанию окружающего мира и к использованию приобретенных знаний для обустройства собственной жизни а также для обеспечения дальнейшего прогресса науки и техники. Научно-техническую революцию, которая началась около 150 лет тому назад (дарвинизм, безусловно, является ее элементом) можно рассматривать как взлет пассионарности большой части человечества. Излишне перечислять все достижения, которые принесла эта революция всему человечеству в комфортности быта, в медицинском обслуживании, в скорости передвижения, в средствах информации и общения. Сохранит ли научно-технический прогресс принятый им в 20-м веке высокий темп развития, зависит, в первую очередь, от того, сохранит ли научное мировоззрение тот престиж, какой оно завоевало. Его альтернатива – религиозное мировоззрение, зародившееся с первыми проблесками человеческого разума. Современные религии сформировались 3000–2500 (буддизм, иудаизм), 2000 (христианство), 1300 (ислам) лет тому назад. В те времена уже сформировались основные представления о человеческой морали (“что такое хорошо, и что такое плохо”). В Западном мире все знают о сформулированных в Библии десяти заповедях. По сути, это свод законов, которые должны соблюдать верующие иудеи и христиане. Из Библии же мы знаем, как часто их нарушали в библейские времена. Библейские заповеди и аналогичные предписания других религий как нарушались, так нарушаются и поныне. Войны, убийства по разным поводам и без повода, коррупция и просто воровство, измены, ложь – все это прямые нарушения заповедей. Однако из этого не следует, что заповеди не оказали, не оказывают и не будут оказывать влияния на гуманизацию людей. Можно представить, куда свернуло бы человечество, не будь у него морального ориентира – заповедей.

В отличие от гуманистических ценностей, полностью сохранивших значение с библейских времен, суждения о явлениях природы в те времена были и еще долго оставались весьма примитивными, и именно такими они зафиксированы в Библии и других канонизированных источниках. А это означает, что для верующего Земля – центр мироздания, человек создан отдельно от остального живого мира, а не является продуктом эволюции этого самого мира, как это доказывал Дарвин и подтверждено многочисленными находками палеонтологов и наблюдениями современного живого мира.

Иногда приходится слышать, что научное мировоззрение, которое приравнивают к атеизму, тоже является верой (в то, что Бога нет). Однако коренное различие мировоззрений заключается именно в том, что придерживаться научного мировоззрения означает ничего не принимать на веру: всегда нужны доказательства, предоставленные экспериментами или расчетами. Только доказательства служат основанием для вывода о справедливости или ошибочности сделанного предположения. Именно такой подход, поначалу неосознанный, был, есть и останется главным двигателем прогресса человеческой цивилизации.

Только на таком подходе может быть основана экспертная оценка научного исследования с рекомендацией предоставить грант, опубликовать статью в “тщательно реферируемом” научном журнале и др.

Подход, основанный на научной экспертизе, принят всеми естествоиспытателями. При этом многие из них позиционируют себя как верующих. Таким был выдающийся математик и физик-теоретик Н.Н. Боголюбов, возглавлявший в течение многих лет Объединенный институт ядерных исследований в Дубне. Вместе с тем, трудно предположить, чтобы такие ученые представляли себе мироздание и появление жизни на Земле так, как это 2500 лет тому назад было описано в Библии. В Западном мире люди с двумя мировоззрениями составляют большую часть населения. Трудно себе представить, чтобы в самой передовой в научном отношении стране, США, был избран президент, открыто позиционирующий себя как атеист. Для психолога может представить интерес вопрос, каким образом удается избежать раздвоения личности верующему астроному, изучающему обращение планет, в том числе, Земли вокруг Солнца или верующему биологу, специализирующемуся на эволюции живого мира, в частности, на эволюции человека. Однако сам факт мирного уживания в одном человеке диаметрально противоположных мировоззрений, а также отсутствие опасности проследовать на костер, как Джордано Бруно, или быть вынужденным отказаться от своих научных убеждений, подобно Галилею, дает надежду на спокойное решение в будущем, в общем-то, странной и неравновесной ситуации.

Показательна мировоззренческая трансформация самого Ч. Дарвина. Он рос в еще достаточно плотной религиозной среде первой половины XIX века, но сам признал свою теорию “еретической”. В Интернете выложена подборка мировоззренческих высказываний Дарвина, сделанная Татьяной Волобуевой. В письме одному из своих последователей Дарвин писал: “Как честный человек я пришел к вескому заключению, что независимо сотворенных видов не существует и что виды суть только сильно выраженные разновидности ”. В другом письме Дарвин отмечает иную свою “ересь” – отрицание предначертанности развития Вселенной, в целом, и жизни на Земле, в частности: я не могу не смотреть на вселенную как на результат слепого случая, и не могу усмотреть и доказательств благотворного предначертания, или вообще какой-либо преднамеренности в деталях” И еще: ”Так понемногу закрадывалось в мою душу неверие, и, в конце концов, я стал совершенно неверующим ”. Однако впоследствии, судя по высказываниям в Автобиографии и в последнем издании теории эволюции, Дарвин отказался от полного атеизма в пользу деизма, т. е. признания роли Бога в создании Вселенной и действующих в ней законов. Развитие Вселенной происходило по этим законам, но уже без чьего либо вмешательства. Возможно, в какой-то период эти взгляды были близки и Эйнштейну. На вопрос о его религиозных воззрениях Эйнштейн отвечал: “…я не верю в бога, вмешивающегося в судьбы людей“. Деизм, вряд ли, может рассматриваться как религия. Служителям культа и большинству верующих необходимы регулярные обращения к Богу с просьбами об отпущении грехов и о помощи. Очевидно, что в рамках деизма такие молитвы, обращенные к давно отошедшему от дел Богу, лишены смысла. Скорее, деизм смыкается с мировоззрением тех атеистов, которые считают, что возможности человеческого разума ограничены и, следовательно, подобно деистам допускают неспособность людей познать природу некоторых явлений и законов природы. Однако атеисты не приписывают Богу авторство в этих тайнах мироздания. Тем самым они декларируют их доступность для познания, по крайней мере, в принципе. “В принципе” – так как неизвестно, достаточно ли для раскрытия этих тайн интеллекта самых талантливых ученых и даже объединенного разума всего человечества, использование которого представляется возможным на базе уже существующих информационных технологий.

Вопрос имеет ли интеллект человека предел, который не может быть превзойден, поднимался в научной литературе (Fox, 2011; Hofman, 2012). Однако обоснованное представление о количестве интеллекта (в неких единицах) может быть получено только после того, как станет понятно, что же такое интеллект (мысль, ум, память). Вряд ли это может быть осуществлено без внедрения в существующие представления о мыслительной деятельности принципиально новых идей. Вопрос в том, достаточен ли для сотворения этих идей тот интеллект, которым может располагать человечество.

Однако, не имея возможности определять интеллект в абсолютных единицах, мы можем делать сравнительные оценки интеллекта отдельных личностей (IQ). Проведены также сравнения интеллекта людей с интеллектом человекообразных обезьян. Эти исследования показывают, что интеллект взрослых особей шимпанзе и орангутангов не превышает интеллект 3-х летнего ребенка (Herrmann et al., 2007).

Соответственно, оценку нашим мыслительным возможностям могли бы дать существа, которые по своему интеллекту и/или уровню научно-технического развития выше современных людей.

Необходимо заметить, что относительный характер оценок требует большой четкости в проведении экспериментов. Так, результат “сопоставительного” эксперимента зависит от того, сколь ранним и длительным было общение подопытных обезьян с людьми. В данном эксперименте обезьяны были взяты из питомника, т. е. и в раннем возрасте, когда формируются основанные на приобретенных впечатлениях нейронные сети, они практически не общались с людьми. Очевидно, они находились в неравных условиях по отношению к параллельно тестируемым детям, которые с рождения постоянно находились в тесном общении с взрослыми людьми (родителями). Напомним, что маленький ребенок, по той или иной причине лишенный человеческого общества на длительный период, впоследствии уже не может наверстать упущенное в развитии интеллекта. Эти факты согласуются с представлениями о роли впечатлений и умственных (интеллектуальных) нагрузок в формировании “осмысленных” нейронных сетей в раннем возрасте. Из сказанного следует, что для чистоты эксперимента обезьян следовало с рождения содержать (воспитывать) в семьях образованных людей, чьи дети также участвуют в эксперименте (Рамбо Д.М. и Биран М.Д., 2000; Bodamer M.D. and Gardner R.A., 2002; Boesch C., 2007; Herrmann E., 2010).

Если бы на Земле действительно высадились высокоинтеллектуальные пришельцы, то для выяснения истинных интеллектуальных возможностей “подопытных” людей пришельцам пришлось бы поселить их с младенчества в своих семьях. Вполне возможно, что благодаря тесному общению с представителями более развитой цивилизации будут активированы неиспользуемые резервы человеческого мозга, и интеллект этих людей окажется сравнимым с интеллектом пришельцев.

Однако пришельцев, которые помогут нам осознать, на что мы способны, можно и не дождаться, а повышение интеллектуальной мощи человечества крайне необходимо, в первую очередь, для того, чтобы успешно противостоять различным катаклизмам, за которые ответственна сама Земля или Космос.

В нынешнем его состоянии человечество способно пресечь глобальное оледенение, какое 600 млн лет тому назад на 10 млн лет превратило Землю в “ice ball”, предотвратить падение астероида, тем большего размера, чем ранее он будет обнаружен. У человечества уже есть средства защитить себя от ядовитых испарений, исходящих от лавы, истечение которой может продолжаться сотни тысяч лет, как это уже неоднократно было ранее, например, 65 млн лет тому назад в Западной Индии (Террасы Деккана). Однако в будущем также возможны, скорее, неизбежны катаклизмы, каких на Земле еще не было, грозящие ей необратимыми последствиями вплоть до гибели как планеты. Например, к разрушению планеты может привести падение очень крупного астероида, которое земляне не смогут предотвратить. Планету может разрушить также предсказываемое некоторыми авторами сближение с Луной.

Возможны и не связанные с Космосом причины разрушения Земли, вызванные изменениями ее внутреннего строения. Многие исследователи полагают, что рой астероидов, гелиоцентрическая орбита которого пролегает между орбитами Марса и Юпитера, образован обломками разрушенной некогда планеты, которой даже присвоено название Фаэтон. Если же ничего подобного с Землей не случится, то она станет свидетелем угасания Солнца и испытает на себе последствия этого процесса. Разные стадии такого превращения астрономы наблюдают у других звезд, подтверждая гипотезы и расчеты астрофизиков. На определенном этапе Солнце расширится до орбиты Земли и последняя прекратит свое существование. По современным представлениям это произойдет не раньше, чем через два миллиарда лет. Однако нет гарантий, что дестабилизирующие процессы на Солнце не пройдут быстрее.

Здесь можно возразить, что человечество прекратит свое существование еще раньше, возможно, совсем скоро, если религиозные, территориальные или политические раздоры выльются в войну с массовым применением ядерного оружия. Такая война, действительно, способна покончить с человеческой цивилизацией, а, возможно, и со всем видом Homo sapiens – последним сохранившимся представителем разумных существ на Земле и, по-видимому, в доступной для контактов Вселенной.

Однако сохраняется реальный шанс, что самоубийство человечества не состоится: ему удастся проскочить между Сциллой и Харибдой и добиться всеобщего разоружения. В этом случае, имея ввиду прогресс науки и практической медицины, следует предполагать длительное существование человечества, которому будут угрожать только природные катастрофы. Однако некоторые из них неотвратимы. При самом благоприятном сценарии неизбежно наступит время, когда Земля станет непригодной для жизни. И это произойдет задолго до ее поглощения Солнцем. А еще раньше людям придется покинуть Землю. Проще всего представить, что отъезд состоится на кораблях, которые станут изолированными от космоса домами-городами, обращающимися на дальних орбитах, скажем, между Юпитером и Сатурном. Возможно, они станут спутниками крупных планет. Мы исходим при этом из существующих представлений о сохранении Солнца как единого тела и после его угасания. Соответственно, продолжит существование и система планет, вокруг него обращающихся. Естественно, наши прогнозы на столь далекое время могут оказаться столь же приблизительными, как и прогнозы, какие могли делать люди, только что изобретшие колесо, о нашем времени. Однако в свете грандиозных проблем, которые неизбежно встанут перед человечеством, представляется очевидной потребность в многократном увеличении интеллектуальной мощи человечества.

Литература к 8.4.1

Рамбо Д.М. и Биран М. Д.(2000) Интеллект и языковые способности приматов. Иностранная психол., 13, 29–40.

Bodamer M.D. and Gardner R.A. (2002) How cross-fostered chimpanzees (Pan troglodytes) initiate and maintain conversations. J. Comp. Psychol., 116, 12–26.

Boesch C. (2007) What makes us human (Homo sapiens)? The challenge of cognitive cross-species comparison. J Comp Psychol., 121, 227–240.

Fox D. (2011) The limits of intelligence. Sci Am., 305, 36–43.

Herrmann E. et al. (2007) Humans have evolved specialized skills of social cognition: the cultural intelligence hypothesis. Science, 317, 1360–1366.

Herrmann E. (2010)The structure of individual differences in the cognitive abilities of children and chimpanzees. Psychol. Sci., 21, 102–110.

Hofman MA. (2012) Design principles of the human brain: an evolutionary perspective. Prog. Brain. Res., 195, 373–390.

8.4.2. Мягкая евгеника и выявление людей, обладающих “феноменальной памятью”

Выше было высказано предположение, что среди стоящих перед человечеством задач есть такие, решение которых находится на пределе интеллектуальных возможностей человека, а возможно, и за этим пределом. С другой стороны, как следует из предыдущего раздела, надежда на достаточно быстрый естественный рост интеллектуальных возможностей людей весьма эфемерна. Поэтому понятны устремления некоторых генетиков повысить определенные качества людей и, в первую очередь, интеллектуальность через направленную селекцию (Savulescu, 2001; Birch, 2005). Это направление генетики было названо евгеникой. Два направления евгеники можно условно именовать евгеникой минус и евгеникой плюс (Fenner, 1996). Одним из давних случаев жестокого применения первого из этих подходов являлась традиция, приписываемая спартанцам, сбрасывавшим со скалы слабых и больных детей. Фашисты уничтожали психически больных.

Однако существуют мягкие варианты евгеники минус, например, прерывание беременности, обоснованное данными пренатальной диагностики плода. Многие психические дефекты оказались наследуемыми (Иванов и Киселев, 2005). В частности, установлено, что проявления шизофрении, болезни Альцгеймера, других нейродегенеративных болезней могут быть связаны с уже известными мутациями в ряде генов (для обзора Bertram and Tanzi, 2004; St George-Hyslop and Petit, 2005).

Можно добавить, что осуществляемые в настоящее время принципиальные усовершенствования методов определения нуклеотидных последовательностей ДНК (секвенирования) позволят уже через десятилетие каждому человеку заказать за умеренную плату индивидуальный генетический паспорт, в котором полностью расшифрованы нуклеотидные последовательности всех 46-ти хромосом (Church, 2006; Brenner, 2007). Со временем такой паспорт будет “придаваться” всем новорожденным. Он будет снабжен необходимыми комментариями, которые предупредят о предрасположенности к определенным болезням. Парам, намеревающимся вступить в брак, будут даваться рекомендации, основанные на сопоставлении их генетических паспортов. Очевидно также, что пренатальная диагностика, которая станет 100 %-й, окажется, благодаря генным картам родителей, более ориентированной. Это тоже мягкие варианты евгеники минус. В этом контексте уже разработана Европейская программа массового генетического тестирования, направленная на выявление носительства вариантов генов, сопряженных с болезнями (или с устойчивостью к ним). В программе отмечается, что одна из ее целей – дать испытуемым возможность принять решение “относительно репродуктивного поведения” (Медицинская генетика, 2006, № 3, стр. 21). Возможно, грамотной реализации этих и других подходов в рамках евгеники минус окажется достаточно для прекращения роста числа накопленных в популяции вредных мутаций (т. н. генетического груза) и даже приведет к его снижению. В частности, можно ожидать, что за счет понижения частоты наследуемых нейродегенеративных болезней поднимется интеллектуальный уровень популяции (Goodey, 1996; Schulze, 2004). Однако этот подъем не может быть значительным при использовании приемов только в рамках евгеники минус.

Евгеника плюс в ее первоначальном понимании означает искусственную селекцию людей через специальный подбор родительских пар по определенным фенотипическим (сила, красота, интеллект и т. д.), а также генетическим признакам. Генные карты и в этом случае могли бы способствовать подбору “правильных” пар. В этом плане пытались действовать довольно многочисленные евгенические общества Европы и Америки (Selden, 2005). Еще в середине девятнадцатого века в США было организовано и просуществовало около 30 лет общество “библейских коммунистов”, объединившее около 300 членов. Задачей общества было “разводить” усовершенствованных людей, в том числе с повышенным интеллектом (Richards, 2004). От специально подобранных пар были рождены 58 детей. Насколько известно автору, достоверные данные о результатах этого и подобных евгенических экспериментов отсутствуют, что можно объяснить их кратковременностью. Скорее всего, дети первого “селекционного” поколения, став взрослыми, выходили из эксперимента, затеянного их родителями, предпочитая самостоятельно распоряжаться своею судьбой.

Однако существуют современные варианты мягкой (либеральной) евгеники плюс. Это, прежде всего, выбор донора спермы при необходимости для зачатия искусственного осеменения. Создан даже банк спермы Нобелевских лауреатов. Другим вариантом либеральной евгеники плюс можно считать “клановые” браки выдающихся спортсменов, музыкантов, ученых. Очень часто такие люди тесно общаются не только в связи с профессиональной деятельностью, но и в быту. Научные городки существуют в России и других странах. Автор в 70-е годы бывал в подмосковной Мозжинке, где уже давно существовал академический дачный поселок. Дачи там предоставлялись только членам Академии наук. И этот поселок далеко не единственный на территории бывшего СССР. Такие образования можно рассматривать как частично обособленные. Казалось бы, унаследованный интеллектуальный потенциал поколений, формирующихся в этих “изолятах” должен быть выше среднего. Автору неизвестно, проводились ли исследования с применением соответствующего тестирования, которые подтвердили бы или опровергли такую тенденцию.

Нелепо пытаться давать советы нашим далеким потомкам, как им поступить, когда Земля перестанет быть пригодна для обитания и придет пора принимать судьбоносные решения. Однако повысить вероятность успешного решения проблем, которые на них надвинутся, мы и следующие за нами поколения не только можем, но и обязаны. Речь идет о разработке и перманентном применении алгоритмов, направленных на запуск у людей генетического отбора по признаку повышенного интеллекта, а также на оптимальное использование уже присутствующего у человечества интеллектуального потенциала.

В человеческом обществе естественный отбор по признаку повышенного интеллекта уже давно не действует, хотя по другим признакам, связанным, как правило, со средой обитания, естественный отбор у людей сохранился (Swallow, 2003; Tishkoff and Verrelli, 2003; Chen et al., 2007; Lao et al., 2007; Kelley and Swanson, 2008; Pickrell et al., 2009; Scheinfeldt et al. 2009; Xue et al., 2009; Scheinfeldt et al, 2011).

В качестве примеров можно привести мутацию, обеспечивающую повышенное содержание в крови гемоглобина. Эта мутация распространена у тибетцев, обитающих на высоте более 5000 метров, где приезжие не могут долго находиться из-за недостатка кислорода. Другая сравнительно недавно распространившаяся мутация, обеспечивающая способность во взрослом возрасте переваривать лактозу, а следовательно, позволяющая использовать молочные продукты в пищу не только грудным детям. Очевидно, что присутствие такой мутации у скотоводов давало большие жизненные преимущества.

Мутации, способствующие повышению интеллекта, также имеют место и могут проявляться как передающиеся по наследству ментальные качества (Vinkhuyzen et al., 2009). Однако они уже давно перестали быть фактором отбора. У прямоходящих гоминид с момента отделения от предков шимпанзе 7 млн лет тому назад до появления Homo sapiens 0.2 млн лет тому назад именно повышение интеллекта было не единственным, но главнейшим фактором естественного отбора. Соответственно, изменялись связанные с повышением интеллекта морфологические признаки, как объем и структура головного мозга.

Трудно определить, когда повышенный интеллект перестал служить позитивным фактором естественного отбора у людей, однако причиной могло стать проявление как одной из доминант в характере человека завистливости и основанной на ней нетерпимости. С тех пор умственное превосходство и одно из его проявлений – собственное мнение (вольнодумство) стали причиной гонений, убийств и казней (вспомним, действовавшую еще в начале XIX века инквизицию). В наше время в научно ориентированных странах люди с повышенным интеллектом востребованы, увлеченно трудятся и часто пользуются привилегиями. Однако у увлеченных своей деятельностью интеллектуалов число детей, как правило, меньше, чем у людей с низким интеллектом, для которых труд – вынужденная необходимость. Иными словами, человечеству грозит интеллектуальная инволюция, предсказанная, кстати, писателями фантастами. Из сказанного следует, что отбор по признаку повышенного интеллекта могут вновь запустить только сами люди, (точнее, их сообщество, осознавшее жизненную необходимость повышения или, хотя бы, сохранения интеллектуального уровня), и отбор уже будет не естественным, а искусственным.

В геноме человека выявлены редкие мутации, которые связаны с определенными болезнями в том смысле, что их наличие в той или иной степени увеличивает или снижает вероятность реального заболевания. Определение генов, в которых локализованы эти мутации и, соответственно, продуктов, контролируемых этими генами, позволяет выявить причины заболевания на уровне биохимии.

В современной медицинской генетике определяются мутации, присутствие которых коррелирует с проявлениями той или иной наследственной болезни, а также идентифицируются гены, в которых эти мутации локализованы, что позволит разобраться в механизме заболевания и предложить подходы к его лечению. По сходной схеме можно будет определять мутации, характерные для людей с генетически обусловленными повышенными интеллектуальными возможностями. Этот поиск делится на два этапа. Первый – выявление людей в детском и юношеском возрасте с врожденным повышенным интеллектом. Тесты для такого поиска должны быть составлены так, чтобы результат не зависел от уровня образованности испытуемого. В наше время начальную школу посещает большая часть детей планеты. Там следует проводить основное тестирование. Тесты можно распространять через Интернет. В настоящее время такие тесты уже существуют и даже широко применяются с целью выявления талантливых людей (Borg, 2003; Detterman, 1993; Lee et al., 2006; Martin et al., 2009; Haworth et al., 2009; Nisbett et al., 2012)

Следующий этап – геномный анализ прошедших тестирование одаренных личностей с главной целью выявить мутации, ответственные за это их качество (Plomin and Thompson, 1993; Haworth et al., 2009). Идентификация генов, несущих эти мутации, позволит выйти на биохимические процессы, участвующие в формировании интеллекта. Что касается непосредственно вопроса восстановления у людей отбора по признаку повышенного интеллекта, то почву для его решения можно считать вполне подготовленной (Глэд, 2005; Хан, 2003)

В настоящее время в разных странах существуют клубы, в которых концентрируются высокоинтеллектуальные, остроумные, способные быстро принять правильное решение люди. В России это Клуб веселых и находчивых, “Что, где, когда?”, “Своя игра”, шахматные клубы и другие.

Какие то из них почти официально именуют “элитарными”, и, главное, это не вызывает чувство униженности у “простых” людей. Некоторые из этих клубов уже стали международными. Общаясь в этих клубах, молодые люди знакомятся, влюбляются, создают семьи, рожают и растят детей. Что в этой уже действующей схеме следует изменить, чтобы возобновился отбор у людей по признаку повышенного интеллекта? Наряду с уже существующими клубами, в которых членство закрепляется на соревновательной основе, необходимо создание аналогичных, клубов, членами которых могут стать только те личности, у которых повышенные интеллектуальные возможности сочетаются с мутациями, которые по мнению специалистов могли быть причиной обнаруженной аномалии. Главное в рассматриваемом проекте – стимулировать контакты между членами клуба, в том числе, проживающими вдали от крупных центров Вторая задача – материальная и моральная помощь многодетным семьям, где родители “генетические” интеллектуалы. Это, собственно, и есть мягкий вариант искусственного отбора (евгеники) по признаку повышенного интеллекта.

Естественно, члены клуба вправе заключать браки “на стороне”. Поощрение многодетности таких браков также должно явиться необходимым компонентом проекта, т. к. обеспечит распространение генетически обусловленного повышения интеллекта во всей популяции. И так из поколения в поколение на все времена. Возможно, по той же схеме “мягкой евгеники” будут осуществляться проекты поддержания физического состояния человека, его облика (морфологических признаков), сохранения основных физиологических функций.

Можно ожидать, что описанный здесь или иной проект повышения интеллектуальных возможностей людей начнет осуществляться уже в XXI веке. Для этого необходимо достаточно тесное объединение значительной части человечества, повсеместное понимание необходимости указанных мер для сохранения и развития цивилизации, готовность регулярно выделять значительные ресурсы на выполнение проекта.

Наряду с описанным выше отбором носителей спонтанных мутаций для повышения интеллектуальных возможностей людей может быть использован сайт-специфический мутагенез на уровне половых клеток, зиготы, раннего эмбриона, чем обеспечивается высокая вероятность распространения внесенной мутации на половую сферу и. следовательно, сохранение ее в поколениях. Уже в недальнем будущем придется решать, какого из обозначенных путей (или обоих) следует придерживаться, решая ключевую проблему “поумнения” человечества.

Литература к 8.4.2.

Глэд Д. Будущая эволюция человека– Евгеника XXI века. М.: «Издательство Захарова», 2005. – 176 с.

Хан Ю. В. Евгенический проект: «pro» и «contra». М., 2003. – 153 с.

Borg H. (2003) Alternative method of gifted identification using the AMI: an apparatus for measuring internal meridians and their corresponding organs. J Altern Complement Med. 9, 861–757.

Chen C.T. et al (2007). The strength of selection on ultraconserved elements in the human genome. Am J Hum Genet., 80, 692–704.

Detterman D.K. (1993) Giftedness and intelligence: one and the same? Ciba Found Symp., 178. 22–31; Discussion 31–43.

Haworth C.M. et al. (2009) Generalist genes and high cognitive abilities. Behav Genet., 39, 437–445.

Kelley J.L. and Swanson W.J. (2008) Positive selection in the human genome: from genome scans to biological significance. Annu Rev Genomics Hum Genet., 9, 143–160.

Lao O. et al. (2007) Signatures of positive selection in genes associated with human skin pigmentation as revealed from analyses of single nucleotide polymorphisms. Ann Hum Genet., 71, 354–369.

Lee K.H. et al., (2006) Neural correlates of superior intelligence: stronger recruitment of posterior parietal cortex. Neuroimage, 29, 578–586.

Martin N.W. et al., (2009) Genetic covariation between the Author Recognition Test and reading and verbal abilities: what can we learn from the analysis of high performance? Behav Genet., 39,417–426.

Nisbett R.E. et al. (2012) Intelligence: New findings and theoretical developments. Am Psychol., 67,130–159.

Pickrell JK, et al. (2009) Signals of recent positive selection in a worldwide sample of human populations. Genome Res., 19, 826–837.

Plomin R, and Thompson L.A. (1993) Genetics and high cognitive ability. Ciba Found Symp., 178, 67–79; Discussion 79–84.

Scheinfeldt L.B. et al. (2009) Population genomic analysis of ALMS1 in humans reveals a surprisingly complex evolutionary history. Biol Evol., 26, 1357–1367. Scheinfeldt LB, et al. (2011) Clusters of adaptive evolution in the human genome. Front Genet., 2, 50.

Swallow D.M. (2003) Genetics of lactase persistence and lactose intolerance. Annu Rev Genet. 37, 197–219.

Tishkoff S.A. and Verrelli B.C. (2003) Patterns of human genetic diversity: implications for human evolutionary history and disease. Annu Rev Genomics Hum Genet., 4, 293–340.

Vinkhuyzen A.A. et al. (2009) The heritability of aptitude and exceptional talent across different domains in adolescents and young adults. Behav Genet., 39, 380–392.

Xue Y. et al. (2009) Population differentiation as an indicator of recent positive selection in humans: an empirical evaluation. Genetics, 183, 1065–1077.

8.4.3. Клонирование людей как семейное решение

Клонирование может стать еще одним подходом к созданию особей с повышенным интеллектом. Напомним, что при клонировании ядро диплоидной соматической клетки (как правило, для этой цели выбирают слабо дифференцированную стволовую клетку) пересаживают в яйцеклетку, ядро которой было удалено. После определенной стимуляции, побуждающей к делению, зародыш выращивают на питательной среде до, приблизительно, 100 клеток и пересаживают матери. Вынашивание плода приводит к появлению полного генетического двойника владельца пересаженного ядра. На самом деле, после превращения клонирования в рутину этот метод размножения может стать семейным решением. Скажем, в яйцеклетке жены собственное ядро замещено ядром соматической клетки мужа. Ребенок станет “вылитым” отцом. При этом, наследование внеядерной (митохондриальной) ДНК будет, как обычно, продолжено по материнской линии. Если такой вариант получения потомства вызван желанием воспроизвести в нем присущие отцу таланты или высокий интеллект, то это еще и евгеника (+). Объявленная недавно возможность сохранения яйцеклетки в замороженном состоянии добавляет ряд важных вариантов семейных решений.

Элемент евгеники в клонировании может быть усилен, если “отцовские” соматические клетки предварительно трансформировать, внеся в их геном улучшенный вариант того или иного гена. Можно ожидать, что уже в недалеком будущем начнет реализовываться очевидная идея замены у людей дефектных и даже “нормальных” генов их улучшенными аналогами с привлечением разных методов, уже используемых при получении трансгенных животных, в том числе направленного мутагенеза.

8.4.4. Генетические манипуляции с половыми клетками и ранними эмбрионами

Уже в наше время в тех случаях, когда велика вероятность рождения ребенка с наследственным заболеванием, может быть осуществлена селекция на уровне оплодотворенной клетки, а лучше эмбриона. Описан случай, когда у супружеской пары брали генетический материал и путем оплодотворения “в пробирке“ выращивали микроэмбрионы (6 делений оплодотворенной яйцеклетки). У эмбрионов отбирали по отдельной клетке (что не опасно), и соответствующий ген проверялся на присутствие “вредной” мутации. Эмбрион, оказавшийся свободным от этой мутации, был имплантирован матери. Эта процедура гарантировала рождение здорового ребенка. Она не содержит элементов генной инженерии и может быть отнесена к мягкой евгенике (+).

Однако в некоторых случаях может оказаться целесообразным в клетки раннего эмбриона, которые дефектны по определенному гену, внести фрагмент ДНК, несущий нормальный ген. Через несколько циклов клеточных делений следует убедиться, что нормальный ген встроен в геном в надлежащем месте. Модифицированный эмбрион может быть имплантирован матери, которая родит здорового ребенка. С распространением генетических паспортов такие устраняющие дефекты процедуры станут рутинными.

Следующий, далеко не простой психологически, но не сложный технически шаг – манипуляции с яйцеклетками или эмбрионами, направленные не на устранение дефектов, а на улучшение тех или иных качеств. Мы коснемся только обсуждаемого здесь аспекта – повышения мыслительных возможностей людей. Скажем сразу, что такая возможность существует и даже уже осуществлена у экспериментальных животных. Так, создана линия трансгенных животных (мышей), у которых генно-инженерным способом повышено производство белка GAP-43 в клетках нервной системы (Aigner et al., 1995). Этот белок присутствует в мозге всех животных, включая человека. Он локализован, главным образом, в аксонных окончаниях нейронов. Известно, что GAP-43 участвует в регенерации нервных клеток, а также в процессах, связанных с обучением и памятью. Оказалось, что трансгенные животные, благодаря повышенному производству GAP-43, значительно умнее животных с нормальным производством этого белка. Их преимущества наиболее очевидны при выполнении особенно сложных заданий, которые могут быть вообще недоступны “нормальным” животным (Routtenberg et al., 2000; Holahan et al., 2007).

8.4.5. Прицельная трансформация групп клеток мозга

Были проведены также эксперименты по ненаследуемому повышению интеллектуальных возможностей отдельных субъектов. Для успешного выполнения белком GAP-43 и некоторыми другими белками свойственных им функций необходимо присутствие фермента протеинкиназы C (ПКС), осуществляющей выборочное фосфорили-рование белков. Так, в белке GAP-43 ПКС фосфорилирует только один аминокислотный остаток (серин-41). Активный ген ПКС в составе обезвреженного вирусного вектора вводили в контролирующие обучение и память (ассоциативные) участки коры или гиппокампа мозга крысы, где осуществлялась застройка гена ПКС в генетический аппарат ограниченного количества нейронов. Эта процедура существенно повышала способность животного к обучению (Neill, 2001; Zhang et al., 2005). Целесообразен аналогичный эксперимент с геном фермента кальпаин. Этот фермент осуществляет разрыв молекулы GAP-43 около того же серина-41, образуя функционально активные фрагменты (Захаров и др., 2005). Было бы интересно (возможно, опыты уже ведутся) по той же схеме прицельно внедрить дополнительный ген самого белка GAP-43 в нейроны ассоциативных областей мозга пока, естественно, экспериментальных животных. Особенно большой эффект улучшения памяти и повышения способности к обучению можно ожидать при одновременной трансформации соответствующих участков мозга также по другим генам, продукты которых участвуют в этих процессах.

Следует еще раз подчеркнуть, что эти манипуляции хоть и являются генно-инженерными, не имеют отношения к евгенике, т. к. трансформируются только соматические клетки, и повышенная сообразительность не передается по наследству. Возможно, именно такой путь повышения интеллектуальных возможностей профессионально заинтересованных в этом людей окажется доступен в относительно близком будущем.

8.4.6. Проблема создания каталога генных вариаций, имеющих отношение к повышению (понижению) интеллектуальных возможностей в области “точных” наук

Очевидно, что активностью генов белка GAP-43 и ряда других уже известных продуктов, экспрессируемых в мозге, контроль деятельности мозга не ограничивается. Интеллектуальные способности определяются многими функциями мозга, среди которых короткая и долговременная память, ассоциативные реакции, скорость реагирования и др. Эти функции зависят от экспрессии многих белков, в частности, тех, которые обеспечивают стабильность и реформирование (пластичность) синапсов, секрецию нейромедиаторов, аксонный транспорт и др. Многие из задействованных в этих процессах белков экспрессируются не только в мозге, но и в других тканях, где они контролируют совсем иные функции. Более того, познавательные способности могут зависеть от генов, напрямую к функциям мозга отношения, казалось бы, не имеющих (Reiss et al., 1995; Lenhoff et al., 1997; Payton et al., 2003; Rujescu et al., 2003; Konishi et al., 2004). Все это усложняет идентификацию генов, в наибольшей степени ответственных за интеллект.

Проблема установления мутаций (вариаций), влияющих на формирование интеллектуального потенциала, и генов, в которых они находятся, входит в круг задач, решаемых медицинской генетикой. Определенные шаги в этом направлении уже делаются (Иванов и Киселев, 2005; Dorus et al., 2004; Hill and Walsh, 2005).

Возможно, эффективным подходом был бы поиск связанных с повышенным интеллектом вариаций нуклеотидных последовательностей (мутаций) при тотальном сканировании геномов соответственно подобранных групп людей (Craig and Plomin, 2006). Если иметь в виду интересующее нас повышение интеллекта, проявляющееся в успешности в области “точных” наук, то в одну группу (контрольную) войдут люди, для которых по собственной оценке математика и физика были самыми трудно усваиваемыми предметами, а во вторую группу войдут победители олимпиад по этим предметам и уже проявившие себя талантливые студенты и ученые. Конечно, такой подбор не является столь однозначным, как, скажем, подбор по признакам отсутствия или наличия музыкального слуха, когда объективное тестирование можно осуществить с помощью камертона. Однако при достаточной представительности обеих групп и при условии полной расшифровки геномов всех испытуемых выявление вариаций, характерных именно для людей с повышенным “естественно-научным” интеллектом, представляется выполнимым. В данном случае термин “выявление вариаций” означает локализацию в геноме и определение характера каждой такой вариации как точечной замены, делеции или вставки.

Описанные выше генетические манипуляции могут проводиться без идентификации генов, несущих модифицируемые участки ДНК. Однако естественным будет стремление приписать специфические для повышенного интеллекта мутации, выявленные в ходе описанного выше “дифференциального тестирования” геномов, уже известным генам. В каких-то случаях это, действительно, возможно. Вместе с тем, здесь можно ожидать не малых сенсаций. Идентифицированные к настоящему времени гены, которые кодируют известные белки, а также гены рибосомных и транспортных РНК (всего около 30 000), составляют лишь 3 % полного генома. Считалось, что преобладающая часть генома не транскрибируется и функционально инертна. Однако накапливаются данные, убеждающие в ошибочности такого заключения (Ponting and Lunter, 2006). В “молчащей” части генома располагаются семейства мобильных элементов (Tomilin, 1999). Семейство ретротранспозонов Alu в геноме человека представлено миллионом копий. Внедряясь в регуляторные области генов, Alu-повторы влияют на эффективность транскрипции этих генов (Bogerd et al., 2006; Xing J. et al., 2007). Получены также данные о транскрипции самих Alu-повторов (Tomilin, 1999; Yu et al., 2001). У разных людей распределение Alu-повторов неодинаково, что вносит вклад в человеческое разнообразие (полиморфизм). Согласно проведенным в последние годы исследованиям (Saxena S., 2003; Kosik, 2006; Krichevsky, et al., 2006; Valencia-Sanchez M.A. et al., 2006; Vagin et al., 2006), в “молчащей” части генома присутствуют также многочисленные ”транскрибируемые единицы” (РНК гены), по которым синтезируются высокомолекулярные некодирующие РНК, которые выполняют самостоятельные функции (Ponjavic et al., 2007; Mercer et al., 2008) или являются предшественниками “коротких” РНК (siRNA и miRNA), образованных 20–30 нуклеотидными звеньями. Некоторые короткие РНК тканеспецифичны. Для зародышевой плазмы млекопитающих (семенники, ооциты) характерно семейство piRNA (Kim, 2006; Watanabe T. et al., 2006). И в мозге обнаружены специфические семейства коротких РНК (Kosik and Krichevsky, 2005; Krichevsky, 2006). Накапливаются данные, указывающие на вовлеченность коротких РНК в контроль образования информационных РНК, а также непосредственно в регуляцию синтеза белка. Упоминавшийся выше РНК ген HAR1F, особенно активно мутировавший в период эволюции гоминин, также расположен в “молчащей” (не кодирующей белки) области генома (Pollard et al., 2006a,b). Недавно было показано, что высокомолекулярные некодирующие РНК (макроРНК) также специфичны для определенных, в том числе ассоциативных областей мозга (гиппокамп, кора больших полушарий и др.). Таких РНК уже обнаружено более 800 (Mercer et al., 2008). Сопоставление нуклеотидных последовательностей макроРНК крысы и человека свидетельствует о неслучайности имевших место изменений, т. е. имела место селекция (Ponjavic et al., 2007). Эти исследования могут привести уже в ближайшем будущем к важным открытиям.

Локализация в геноме (картирование) и определение характера вариаций, сопутствующих повышению ”естественно-научного” интеллекта, позволит приступить к конструированию соответствующих вариантов генома. Техника введения в определенную нуклеотидную последовательность определенных изменений хорошо отработана. Известны несколько процедур “создания” трансгенных животных, у которых модифицированные участки включены в геном. Целесообразно использовать вариант, когда ДНК, несущую модифицированный участок, первоначально вносят в эмбриональные стволовые клетки, где она застраивается в геном. Трансформированные клетки затем рассевают на твердой питательной среде для образования клонов. Генетический анализ трансформированных клонов позволяет найти место застройки внесенного гена. Это позволяет удостовериться в том, что рекомбинация была гомологичной, т. е. заменой собственного участка ДНК на аналогичный, внесенный в образовавшую клон клетку. Клетки выбранного клона имплантируют в ранний эмбрион, в котором они пролиферируют, образуя те или иные сегменты тела. В интересующем нас случае необходимо обеспечить превращение потомства имплантированной стволовой клетки (или нескольких клеток) в нейроны, которые сформируют определенные разделы в растущем мозге. Выполнение этой задачи зависит от выбора подходящей стадии развития эмбриона и места в нем для имплантации. Если в числе сегментов тела, развившихся из имплантированной стволовой клетки, окажется зародышевая плазма, модифицированный ген будет передаваться по наследству.

Возможен и другой вариант использования стволовых клеток с модифицированными генами. В настоящее время установлено, что в зрелом мозге происходит размножение нейронов из присутствующих там стволовых клеток. Этот процесс может быть активирован определенными препаратами (Daetsch and Hen, 2005). Стволовую клетку с модифицированным геном можно имплантировать в определенный раздел мозга и стимулировать ее размножение с превращением потомства в желательный тип нейронов.

Естественно, первоначально эти процедуры следует отработать на животных. Все, кто имел общение с домашними животными, знают, что среди них есть умные и глупые, добродушные и злобные. Эти различия особенно очевидны, если животные (кошки, собаки) принадлежат разным породам (подвидам), с той или иной целью выведенным селекционерами. Однако проведение модельного эксперимента на этих животных пока невозможно, т. к. полностью их геномы еще не расшифрованы. Зато расшифрован геном шимпанзе, которые тоже различаются умом и характерами. Этих ближайших человеку животных достаточно в зоопарках для проведения достоверного тестирования и картирования генетических вариантов. Успешная имплантация ”умных” вариантов генов в мозг шимпанзе может иметь и самостоятельное значение. Поумневшие (но в меру) животные смогут выполнять различные работы, которые в будущем предназначаются для роботов.

8.4.7. Реформирование межнейронных контактов (синапсов)

Помимо генетической (наследуемой) составляющей присущего индивидууму интеллекта, можно предполагать существование чисто фенотипического компонента, зависящего от особенностей формирования нейронных сетей при развитии мозга. Нейронные сети формируются путем установления межнейронных контактов (синапсов) с помощью длинных отростков нейронов, аксонов. Эти контакты являются строго детерминированными: занявший определенную позицию нейрон направляет свой аксон к другому конкретному нейрону (клетке-мишени), часто локализованному в другом разделе мозга. Однако нельзя исключить и ошибочные подключения. При количестве нейронов в мозге, близком 1011 (а устанавливаемых ими контактов с учетом ветвления аксонов более 1012), количество ошибочных подключений может оказаться весьма значительным. Т ак, если вероятность ошибочного (нестандартного) подключения одно на 100000 (0.001 %), то число таких подключений в сформировавшейся нейронной сети мозга более 107, а число их возможных комбинаций бесчисленно. Благодаря нестандартным подключениям все нейронные сети индивидуальны. Возможно, именно индивидуальность нейронных сетей лежит в основе самоощущения, которое позволяет каждому человеку идентифицировать себя как личность, обладающую собственным “Я” (см. Мосевицкий, 2003). Ошибочные подключения можно рассматривать как фенотипические (не-наследуемые) мутации, которые приводят к физиологическим отклонениям от нормы. Эти отклонения могут быть не только негативными, но и позитивными, т. е. приводящими к улучшению тех или иных функций. Т ак, музыкальные способности, в основе которых улучшенный (абсолютный) музыкальный слух, часто не наследуются. То же можно сказать и об аномалиях интеллекта, например, о выдающихся поэтических талантах, способностях к занятиям математикой и физикой (вспомним известный афоризм “Природа отдыхает на детях гениев”). Со временем, когда будут прослежены межнейронные контакты, контролирующие определенные качества (функции), и выявлены отклонения, повышающие эти качества, появится возможность путем тонкого операционного вмешательства вносить в межнейронные контакты изменения, приводящие к желательным эффектам.

8.4.8. Терапевтические подходы, направленные на временное повышение мыслительных способностей

Перспективным является терапевтический (медикаментозный) подход к улучшению на время памяти и других проявлений мыслительной деятельности. Уже находится в стадии испытаний препарат “усилитель CREB” (CREB enhancer). Судя по названию, этот препарат активирует транскрипционные факторы, принадлежащие семейству CREB. Известно, что эти транскрипционные факторы участвуют в формировании долговременной памяти, передавая в геном информацию, поступившую в нейрон (Josselyn and Nguyen, 2005; Wu et al., 2007). Этот и подобные препараты могут быть использованы при решении сложных задач, когда требуется “мозговая атака”.

Предложены методы стимуляции мозга индукцией в нем магнитных полей (Terao and Ugawa, 2002; Rossini and Rossi, 2007; Butler and Wolf, 2007). Уже сейчас воздействие магнитным полем позволяет избежать приступа эпилепсии, улучшает состояние пациентов с болезнью Паркинсона, снимает депрессию. Развивающие эти методы исследователи предлагают, используя направленные магнитные поля, активизировать определенные участки мозга, что приведет к повышению мыслительных возможностей. Естественно, как и в случае приема описанных выше препаратов, такое повышение будет временным. Однако оно позволит исследователю решать задачи, которые без повышения творческих возможностей были бы ему недоступны. Если приемы стимуляции умственной деятельности удастся освободить от побочных явлений, то они могут стать рутинными не только для людей, занимающихся творческой деятельностью, но и для многих других, что существенно повысит интеллектуальный потенциал человечества.

Необходимо признать, что в науке осталось много нерешенных, а возможно, и нерешаемых при современном уровне знаний проблем, связанных с деятельностью мозга. Исследование этих проблем откроет неведомые ныне возможности повышения интеллекта. Рассмотрим некоторые из таких проблем.

8.4.9. Контроль формирования нейронной сети

Одним из главных ожиданий, связанных с открытием функциональной значимости “молчащих” областей генома (параграф 8.4.5.), является подтверждение гипотезы о записи в них программ, управляющих развитием и деятельностью мозга. В первую очередь, как несколько более продвинутую, рассмотрим проблему формирования нейронной сети. Суть этого процесса состоит в установлении межнейронных контактов, причем все контакты вполне конкретные: каждый нейрон протягивает свой длинный отросток (аксон) к определенному нейрону (клетке-мишени), даже если их разделяет значительное расстояние, и устанавливает с ним контакт (синапс). При этом аксон, ведомый находящимся на его конце конусом роста, двигаясь по сложной траектории, минует множество других нейронов, которым предназначены свои контакты. Формально многие детали этого процесса хорошо изучены (Tessier-Lavigne and Goodman, 1996; Dickson, 2002). Движение конуса роста контролируют размещенные вдоль всего маршрута внеклеточные белки-ориентиры, взаимодействующие с белками-рецепторами, интегрированными в мембрану конуса роста. Результатом такого взаимодействия является перестройка тубулин-актинового скелета конуса роста, непосредственно влияющая на направление следования конуса роста на данном этапе его маршрута до встречи с очередным ориентиром. Очевидно, что в каждом нейроне должна быть реализована программа, контролирующая маршрут его аксона. На каждом этапе маршрута программа предоставляет информацию о синтезах и модификациях определенных компонентов конуса роста (белков, липидов и образованных ими структур), необходимых на этом этапе для его продвижения по направлению к следующему ориентиру и т. д. до установления конусом роста синаптического контакта с клеткой-мишенью.

Выше мы говорили о возможности искусственного повышения интеллекта путем образования нестандартных межнейронных контактов с помощью оперативного вмешательства. Необходимость операции отпадет после расшифровки программ, контролирующих установление конкретных контактов, т. к. появится возможность внесения изменений в определенные программы (мутаций), которые заставят управляемые ими конусы роста отклониться от стандартного маршрута и образовать синапс с новой клеткой. Однако на этом пути еще много трудностей. Очевидно, что управляющие программы весьма сложны. Возможный схематический вариант такой программы был рассмотрен ранее (Мосевицкий, 2003).

Предопределенность межнейронных контактов предполагает передачу необходимой информации по наследству из поколения в поколение, т. е. запись ее в клеточном геноме. Если принять, что в отдельном нейроне реализуется одна определенная программа, то всего таких программ по числу нейронов не менее 1011 (фактически, управляющих программ должно быть значительно больше, т. к. аксоны ветвятся, и конусы роста ответвлений направляются к собственным клеткам-мишеням). Здесь мы обратим внимание на тот общеизвестный факт, что состав генома во всех клетках организма одинаков. Следовательно, в нем закодированы все управляющие программы, формирующие нейронную сеть мозга. Активирование этих программ происходит только в нейронах – в каждом по одной, специфичной для данного нейрона. Возникает вопрос, где и как может быть записано такое количество информации. Привлечение не кодирующей белки “теневой” части генома не дает решения этого вопроса без дополнительных предположений, т. к. число программ, которые должны быть переданы по наследству, многократно превышает число нуклеотидов (3. 109) в полном геноме человека.

Представляется очевидным, что решение проблемы записи и использования всего этого массива информации, когда оно придет, не будет тривиальным. Это решение расширит наши представления о способах хранения наследуемой информации в клетке. В настоящее время нельзя предсказать, когда все эти исследования и, тем более, связанные с ними практические проекты будут осуществлены. Они могут потребовать столетий, но решение может прийти и значительно быстрее. Вспомним, что современная молекулярная генетика зарождалась в 50-е годы прошлого столетия. Вряд ли тогда сами зачинатели новой науки могли предсказать достижения предстоящего десятилетия (расшифровку генетического кода, раскрытие механизма синтеза белка и т. д.) и, тем более, пятидесятилетия (полная расшифровка генома человека, конструирование трансгенных животных, клонирование животных, а в скорой перспективе – клонирование человека).

Решение вопросов, связанных с контролем формирования нейронной сети, может оказаться ступенькой к решению самой интригующей задачи: выяснению природы мыслительной деятельности человека. Не исключая другие подходы, следует признать, что синапсы, первоначально образованные при формировании нейронной сети, благодаря их астрономическому количеству (1012-1013), многообразию деталей структуры и сменам локализаций (пластичность синапсов), обеспечивают практически неограниченное число ячеек памяти (Markus and Petit, 1989; Marrone and Petit, 2002). Следовательно, синапсы могут послужить материальной базой обучения и памяти (Verhage et al., 2000; Geinisman, 2000; Muller et al., 2000). Согласно наиболее распространенной концепции запоминание любой информации сопряжено с переключением синапсов или с их структурной модификацией. Пока реформированные синапсы сохраняются, жива память о сопряженном с ними событии. Эта концепция пока весьма формальна. Она не объясняет, как событие (впечатление) фиксируется в синапсах, как при воспоминании “высвечиваются” именно синапсы, имеющие отношение к вспоминаемому событию, наконец, как структурные детали этих синапсов трансформируются в воспоминаемые образы, ощущения, мысли. И это неудивительно, т. к. отсутствует даже приблизительное понимание природы этих, как считают некоторые исследователи, “нематериальных” эффектов, которые, однако, действенно влияют на разнообразные реакции организма.

8.4.10. Электромагнитная и квантовая гипотезы формирования памяти и мыслей

Предложены новые гипотезы, авторы которых надеются прояснить связь между вполне объяснимыми физическими и биохимическими процессами в синапсах и мыслительными эффектами. Согласно одной из них, поступающая в мозг информация запоминается в форме электромагнитных полей определенной частоты и интенсивности. События, информация о которых поступает в мозг через органы чувств, как и собственные мысли, могут фиксироваться благодаря наложению полей (Martinez-Banaclocha, 2005; Banaclocha, 2007).

Другие исследователи пытаются описать процессы запоминания и мышления, используя квантово-механические подходы. В ряде “квантовых” гипотез сигналы, контролируемые мембранными рецепторами, каналами, а также освобождение нейромедиатора в синаптическую щель (экзоцитоз) рассматриваются как квантованные и вероятностные процессы (Eccles, 1986; Beck and Eccles, 1992; Rosa and Faber, 2004; Macgregor, 2006; Smith, 2007). Другие авторы (Hameroff et al., 2002; Пенроуз, 2005) обратили внимание на тубулиновые микротрубочки, являющиеся элементами клеточного цитоскелета. Автор полагает, что состояния взаимодействующих молекул тубулина в структуре микротрубочки квантуются, благодаря чему микротрубочки могут быть использованы для записи и хранения информации. Правомерность привлечения квантово-механических подходов к описанию таких достаточно крупномасштабных явлений, как экзоцитоз или поведение крупных молекул тубулина и, тем более, надмолекулярных структур (микротрубочек) сомнительна (Koch and Hepp, 2006). А главное, ни “волновая”, ни “квантовая” гипотезы, по крайней мере на их нынешнем этапе, не привели к лучшему пониманию, чем же являются память и мышление.

8.4.11. Важность выявления людей, обладающих спонтанным даром сверхспособностей

Известно, что, хотя и крайне редко, на Земле обнаруживаются люди, “страдающие” синдромом сверхспособностей. Одним из них является ныне живущий Ким Пик (Kim Peck), “болезнь” которого – абсолютная память. Ким Пик запоминает дословно все, что прочитал, и производит в уме сложные арифметические вычисления с многозначными числами. Вместе с тем, он в каких-то проявлениях неадекватен (аутист). Писатель Б. Морроу под впечатлением встречи с К. Пиком написал сценарий фильма “Человек дождя”. Томография выявила значительные анатомические аномалии в мозге К. Пика, особенно в его левом полушарии. Отсутствует также мозолистое тело – сплетение нервных волокон, скрепляющих оба полушария. Известны люди, которые обладали аналогичными сверхспособностями, но без признаков аутизма. В Латинской Америке объявился человек, запомнивший 150 тыс. знаков после запятой в иррациональном числе пи (отношение длины окружности к ее диаметру). Предыдущий рекорд (80 тыс. знаков) принадлежал жителю Японии. Можно вспомнить Вольфа Мессинга, демонстрировавшего феноменальную интуицию. Возможной причиной таких выдающихся качеств является образование нестандартных межнейронных контактов при формировании мозга, о чем говорилось выше. Предложены и иные объяснения. Некоторые нейрофизиологи пришли к выводу о присутствии в левой височной доле человеческого мозга некоего “центра подавления гениальности”. При отключении левого полушария (что, очевидно, имеет место у К. Пика) отключается и указанный центр, благодаря чему способности человека резко возрастают. Естественно, что грубое нарушение структуры мозга, что наблюдается у К. Пика, ведет и к другим изменениям мыслительной деятельности, как правило, дегенеративным. Однако можно предположить и щадящий путь отключения указанного центра, когда дегенеративные последствия отсутствуют. Такой подход соответствует утверждению, что практически каждый человек – потенциальный гений, но его высокие способности не проявляются из-за блокирующего действия “центра подавления гениальности”. Весьма соблазнительно принять эту пока еще гипотезу за истину, т. к. активирование уже существующих и сохраняемых в латентной форме возможностей, как правило, много проще, чем создание этих возможностей. Однако следует повременить с обсуждением этой парадоксальной гипотезы до получения подтверждающих ее данных.

Как правило, спонтанно сверхспособные люди приобретают известность, демонстрируя свои возможности на эстраде. На самом деле число таких людей на Земле может оказаться существенно больше. Однако, не получив должного образования и проведя всю жизнь в малообразованном окружении, они даже не подозревают о своих уникальных качествах так же, как не подозревают о них окружающие.

Очевидно, следует провести направленное на выявление искомых качеств массовое тестирование детей 6-10 лет. Если его еще нельзя сделать сплошным, то приоритет следует отдать регионам с низким уровнем народного образования. Если выявленные дети получат современное образование и будут приобщены к науке, то, возможно, именно с их участием будут предложены новые подходы к решению пока не решаемых задач. Если эти надежды оправдает хотя бы один открытый, благодаря предпринятому поиску, инженер, физик или математик, то все затраты окажутся оправданными. Большой интерес представят также физиологические исследования мозга уникумов. Проведенная на современном уровне томография мозга позволит выявить тонкие анатомические отличия и высветить активированные в тех или иных ситуациях зоны (см. Kahn et al., 2004).

В настоящем разделе описаны некоторые подходы, направленные на сохранение и усовершенствование интеллектуальных и других возможностей человека путем использования определенных генетических и фенотипических вариантов. Многими такие подходы воспринимаются как спорные или даже неприемлемые. Однако есть основания полагать, что пройдет время, и они будут оправданы, в том числе и этически, хотя бы потому, что позволят человеку всегда оставаться самим собою. Другие предсказания выглядят значительно более жесткими. Так, существует гипотеза о предстоящей трансформации людей в иные существа, которые явят собою некий гибрид человека и думающего компьютера. Со временем в этом гибриде будет все меньше оставаться от человека и приобретаться больше от “мыслящей” машины, а индивидуальные мыслительные способности объединятся в “единый разум“ (Мищенко, 2004; Арутюнов и Стрекова, 2006). Когда говорят, что в будущем людей сменят снабженные “мыслящими” компьютерами роботы, которые будут способны к самовоспроизведению, то хотелось бы, чтобы последнее утверждение было рассмотрено более детально. Пока же возникает впечатление, что речь идет о самосборке. Однако разнообразные детали и микросхемы должны быть где-то и кем-то произведены. А для этого производства необходимо осуществлять поиск и добычу полезных ископаемых, плавление металлов, производство пластмасс, других материалов, сборку сложных элементов, решать энергетические и многие другие проблемы. И все это должны будут делать люди, отдав себя в добровольное рабство. Или роботы, как и люди, будут воспроизводиться из неких “зародышевых” структур и претерпевать затем что-то вроде онтогенеза? Но тогда не проще ли оставить все, как есть, а творческие усилия человечества нацелить на самоусовершенствование, имея, однако, в виду, что люди должны оставаться людьми.

Помимо повышающего интеллект генетического отбора, основанного на накапливании и комбинировании определенных мутаций, результаты которого начнут сказываться в грядущих поколениях, необходимо оптимальное использование уже присутствующего у человечества интеллектуального потенциала. В связи с этим следует вспомнить о крайне редких, но всегда присутствующих в популяции личностях, обладающих уникальными способностями, которые обычно не передаются потомству, и, следовательно, не связаны с генными мутациями. Наиболее очевидная причина их проявления – образование нестандартных (“ошибочных”) межнейронных контактов в процессе формирования нейронных сетей головного мозга в позднем эмбриогенезе и послеродовом периоде (см. в книге параграфы 8.4.6–8.4.10).

Стандартные контакты нейронов с определенными для каждого из них клетками-мишенями отработаны с участием естественного отбора. Поэтому следует ожидать, что в большинстве случаев отклонения от стандартной системы контактов нейтральны или приводят к снижению умственных возможностей. Однако некоторые необычные сочетания синаптических контактов могут привести к обратному эффекту – повышению возможностей в определенной области интеллектуальной деятельности (точные науки, литература, музыка, рисунок). Интеллектуальное разнообразие людей проявляется уже в раннем возрасте: в любом детском коллективе найдутся и малоспособные, и середняки, и те, кому все или что-то определенное дается легче, чем другим.

В рассматриваемом нами контексте интерес представляют выдающиеся “позитивные” отклонения, которые часто объединяют термином “феноменальная память”. К людям с такими способностями, уже упомянутым в книге (параграф 8.4.10), следует добавить нового уникума – темнокожего лондонца Стивена Уилтшира. Его феноменальная зрительная память в сочетании с даром художника проявилась в способности воспроизвести по памяти виденное им с фотографической точностью. Впечатляющие иллюстрации. демонстрирующие способности Стивена Уилтшира легко найти в Интернете. Отмечено, что ему свойственна также уникальная слуховая память в сочетании с музыкальным слухом: прослушав в театре оперу, он затем всю ее напел.

Часто людям с “феноменальной памятью” приписывают определенную форму слабого аутизма, названную по имени врача, впервые ее описавшего синдромом Аспергера. Его основные симптомы: сложности в общении (в социальных взаимодействиях), фанатичность в выполнении определенного вида занятий, особенности в распознавании образов и др. Высказывалось мнение, что Ньютон и Эйнштейн “обладали ” этой формой аутизма. Это предположение не может быть проверено, но и ныне можно указать несколько здравствующих “кандидатов”, в том числе, упомянутого выше Стивена Уилтшира, а также Петербургского математика Григория Перельмана.

Даже в наше время феноменально способные личности имеют шанс быть выявленными своевременно для получения соответствующего образования только в цивилизованном окружении. В странах и регионах с преобладающим малообразованным, а часто и вовсе неграмотным населением эти люди как правило остаются безвестными и сами не догадываются о своих феноменальных способностях. С более удачливыми мы обычно знакомимся в эстрадном театре, где они демонстрируют свои уникальные способности в запоминании и устном счете, и отправлять их на учебу уже поздно.

Выше уже обсуждался вопрос о глобальном тестировании преимущественно детей и подростков с целью выявления участников генетического отбора по признаку повышенных интеллектуальных возможностей (8.4.2. нов Мягкая евгеника). Очевидно, что в ходе такого тестирования будут выявляться и личности, обладающие “феноменальной памятью” (Lubinski et al., 2001; Park et al., 2007). Глобальные тестирования следует проводить с интервалом не более 10–12 лет.

В результате каждого такого тестирования можно ожидать выявления, если не сотен, то десятков, личностей с “феноменальной памятью” вклад которых (при условии получения необходимого образования) в научный и культурный прогресс мог бы стать значительным уже в ближайшее время. К тому же успех в поиске обладателей “феноменальной памятью” позволит провести достаточно масштабные научные исследования, которые позволят интерпретировать свойственные этим людям аномалии в терминах современной биохимии и теории синапсов. Эти исследования, проводимые (без ущерба здоровью испытуемых) нейрофизиологами, биохимиками, генетиками открыло бы пусть пока формальные, но практически весьма существенные, обстоятельства ответственные за поразительный скачок умственных возможностей. В этих исследованиях могут быть использованы такие заделы, как томография активированных участков мозга, электрофизиологические подходы и специальные методы окрашивания нейронов, позволяющие проследить межнейронные контакты, в том числе, и нестандартные. Каким образом результаты этих исследований могут быть использованы для “поумнения” всего населения – дело будущего.

Lubinski D, et al., (2001). Top 1 in 10,000: a 10-year follow-up of the profoundly gifted. J Appl Psychol., 86, 718–729.

Park G, et al. (2007) Contrasting intellectual patterns predict creativity in the arts and sciences: tracking intellectually precocious youth over 25 years.Psychol Sci. 18, 948–952.

Нельзя не упомянуть набирающие силу идеи, сторонники которых именуют себя неоламаркистами. Суть этих идей в том, что принимая мутационную теорию Дарвина как основу, неоламаркисты предполагают возможность (в нарушение принципа Вейсмана) переноса мутаций, возникших в соматических клетках, в клетки зародышевой плазмы и, соответственно, передачи этих мутаций по наследству. Определенная направленность унаследованных изменений объясняется тем, что мутировавшие соматические клетки подвергаются отбору под воздействием определенного фактора, и только отобранные (размножившиеся) клетки имеют шанс оказаться в зародышевой плазме. Интересные приложения неоламаркизм может найти в иммунологии. Согласно предложенной гипотезе (Стил и др., 2002), лимфоциты, в которых активно мутируют гены иммуноглобулинов, подвергаются отбору под контролем антигена. Отобранные лимфоциты, несущие определенную мутацию в иммуноглобулиновом гене, способны проникнуть в зародышевую плазму. В случае разрушения оказавшегося в зародышевой плазме лимфоцита его ДНК может проникнуть в половую клетку и путем гомологической рекомбинации быть включенной в ее геном. Тем самым, соматическая мутация, обеспечивающая устойчивость организма, в котором она возникла, к определенному болезнетворному фактору, наследуется потомством, приобретающим вместе с нею устойчивость к болезни. Следует отметить, однако, что ни описанный выше вариант неоламаркистского наследования, ни какие-то другие предположения не имеют прямых доказательств.