Эволюция. Классические идеи в свете новых открытий

Изученные маммалиаформы Morganucodon oehleri (уже упоминавшееся животное с готовыми косточками среднего уха) и Hadrocodium wui — ближайшие родственники первых млекопитающих. По строению скелета они представляют собой классические переходные формы между «еще рептилиями» и «уже млекопитающими». При этом Morganucodon стоит ближе к примитивным цинодонтам, а Hadrocodium настолько близко подошел к млекопитающим, насколько это возможно, оставаясь формально за пределами группы. Исследование показало, что по строению мозга эти животные тоже занимают промежуточное положение между типичными цинодонтами и их потомками — млекопитающими.

Ранее были изучены эндокраны ранних цинодонтов Thrinaxodon и Diademodon. Выяснилось, что мозг у них был еще вполне рептильный по своему размеру и строению.

Соотношение отделов мозга у млекопитающих, птиц и рептилий.

Относительный размер мозга у позвоночных оценивается при помощи «коэффициента энцефализации» (EQ), который вычисляют по эмпирически выведенной формуле EQ = EV/(0,055[Wt]^0,74), где EV — объем мозговой полости в миллилитрах, Wt — масса тела в граммах.

У базальных цинодонтов Thrinaxodon и Diademodon EQ варьирует от 0,16 до 0,23. Для сравнения, у крысы EQ = 0,53. Обонятельные луковицы у них были небольшие, а в носу не было окостеневших носовых раковин, что свидетельствует о слабом развитии обонятельного эпителия. Передний мозг был маленький и узкий, не подразделенный на отделы, без признаков наличия неокортекса. Средний мозг и эпифиз (теменной глаз) не были закрыты сверху полушариями переднего мозга. Мозжечок был шире переднего мозга, спинной мозг тонкий. Эти и другие «рептильные» особенности мозга и черепа цинодонтов свидетельствуют о том, что у них по сравнению с млекопитающими было слабое обоняние и не слишком совершенный слух, осязание и координация движений.

Morganucodon.

Мозг Morganucodon, как выяснилось, был больше похож на мозг млекопитающего. По объему он в полтора раза превосходит мозг базальных цинодонтов (EQ = 0,32). Сильнее всего увеличилась обонятельная луковица и обонятельная кора. Это со всей очевидностью указывает на более развитое обоняние. Полушария переднего мозга стали выпуклыми благодаря развитию неокортекса. Они закрывают сверху средний мозг и эпифиз, как у млекопитающих. Передний мозг морганукодона шире мозжечка, хотя мозжечок тоже заметно вырос по сравнению с базальными цинодонтами. Увеличение мозжечка говорит об улучшенной координации движений. На это же указывает и более толстый, чем у базальных цинодонтов, спинной мозг.

Базальный цинодонт Thrinaxodon (Южная Африка, Антарктика, ранний триас, 248–245 млн лет назад).

Развитие неокортекса у древних млекопитающих было связано в первую очередь с совершенствованием соматосенсорных функций. Значительная часть неокортекса у примитивных млекопитающих, таких как опоссум, — это так называемая соматосенсорная кора, которая отвечает за сбор и анализ сигналов, приходящих от многочисленных механорецепторов, рассеянных по всему телу. Особенно много таких рецепторов приурочено к волосяным фолликулам.

По мнению многих палеонтологов, волосы выполняли сначала тактильную (осязательную) функцию, а для терморегуляции стали использоваться позже, когда у предков млекопитающих начала развиваться теплокровность. У Morganucodon и Hadrocodium достоверных остатков волосяного покрова пока не обнаружено, но их близкий родственник — похожий на бобра маммалиаформ Castorocauda (в переводе с латыни — «с хвостом как у бобра») — был покрыт густым мехом, состоявшим из осевых волос и подшерстка. Это позволяет предположить, что Morganucodon и Hadrocodium тоже были покрыты шерстью. Вероятно, появление неокортекса у маммалиаформ было связано в том числе и с развитием волосяного покрова и осязания.

Таким образом, мозг примитивного Morganucodon иллюстрирует первый этап прогрессивной эволюции мозга в ходе становления млекопитающих. На этом этапе увеличение мозга было обусловлено развитием обоняния, осязания и координации движений.

Hadrocodium, более продвинутый представитель маммалиаформ и ближайший родственник «настоящих» млекопитающих, иллюстрирует второй этап развития мозга. Коэффициент энцефализации у Hadrocodium равен 0,5, т. е. мозг увеличился еще в полтора раза по сравнению с Morganucodon и достиг размеров, характерных для некоторых настоящих млекопитающих. Мозг вырос в основном за счет обонятельных луковиц и обонятельной коры. Таким образом, второй этап прогрессивной эволюции мозга в ходе маммализации тоже был связан с развитием обоняния.

Третий этап соответствует переходу от высших маммалиаформ, таких как Hadrocodium, к настоящим млекопитающим. На этом этапе обоняние становится еще более тонким, о чем свидетельствуют изменения решетчатой кости: на ней образуются носовые раковины, поддерживающие разросшийся обонятельный эпителий.

Эти данные показывают, что потребность в тонком чутье была, по-видимому, главным стимулом развития мозга в ходе становления млекопитающих. У млекопитающих, как известно, обоняние развито намного лучше, чем у всех остальных наземных позвоночных. Скорее всего, изначально это было связано с приспособлением к ночному образу жизни, когда на зрение полагаться бессмысленно (мы говорили об этом в главе 5). В такой ситуации было выгодно совершенствовать уже имеющуюся древнюю систему обоняния: разнообразить обонятельные рецепторы и усиливать мозговые мощности для их анализа. Что ж, пусть это было обоняние, зато в качестве побочного продукта млекопитающие получили кору с массой нейронов и в конце концов стали использовать ее для осмысления произошедших перемен.

Глава 8 Эволюция алгоритмов

Чудо самоорганизации

Говорят, что курица — всего лишь способ, посредством которого яйцо производит другое яйцо. Эта шутка подчеркивает однобокость такого взгляда на живое существо, при котором какая-то произвольно выбранная стадия его развития (например, курица) считается «главной», а другие (например, яйцо) — «второстепенными».

Эволюционируют не взрослые организмы. Эволюционируют не ювенильные (незрелые) организмы. Эволюционирует вся система целиком, система продвижения от яйца до половозрелого организма, т. е. онтогенез. Иными словами, эволюционируют онтогенезы.

Онтогенезы основаны на самоорганизации. Нельзя понять эволюцию, не понимая, что такое самоорганизация и как она работает. К сожалению, понять это не очень просто, потому что наши мозги плохо приспособлены для этого. Но мы все же постараемся.

Всем хорошо знаком такой наглядный пример самоорганизации, как образование морозных узоров на стекле. При этом у нас на глазах из «простого» (из хаотического движения молекул водяного пара) рождается «сложное» — изысканные ледяные картины. Мы знаем, что эти узоры никто не рисует, они образуются сами. Мы не считаем это чудом (хотя это очень похоже на чудо!) и не привлекаем для объяснения сверхъестественные силы (хотя и говорим полушутя, что это художества Деда Мороза).

То же и с развитием многоклеточного организма. Оно еще больше похоже на чудо. Из комочка клеток, возникших в результате первых делений зиготы, — одинаковых клеток, у которых нет ни целей, ни планов, ни разума, — сам собой, словно по мановению волшебной палочки, развивается сложнейший организм.

Как это получается? Как получается, что клетки зародыша, исходно одинаковые, в какой-то момент вдруг «понимают», что одни должны стать печенью, другие — костями, третьи — мозгами? Казалось бы, должен быть какой-то «центральный управляющий орган». Где же он?