Краткая история биологии - Айзек Азимов

Бюффон написал сорокачетырехтомную энциклопедию «Естественная история», столь же многоплановую для того времени и популярную, как когда-то труд Плиния, но гораздо более точную. В ней он указывал, что некоторые существа обладают бесполезными частями тела (рудиментарными органами), вроде, например, двух редуцированных пальцев у свиньи, которые расположены возле функционирующих копыт. Не имели ли некогда эти пальцы нормальных размеров? Возможно, когда-то они служили животному, но со временем сделались ненужными. Не исключено, что и с целым организмом может произойти нечто подобное? Может быть, человекообразная обезьяна — это выродившийся человек, а осел — выродившаяся лошадь?

Английский врач Эразм Дарвин (1731–1802), дед великого Чарлза Дарвина, в своих велеречивых поэмах о ботанике и зоологии одобрял систему Линнея и в то же время признавал возможность изменения видов под влиянием окружающей среды.

Через год после смерти Бюффона Европу всколыхнула Великая французская буржуазная революция. Началась эпоха ломки и перестройки, эпоха переоценки ценностей. Нации одна за другой отказывались признавать авторитет тронов и церкви; теперь находили признание научные теории, которые прежде считались бы опасной ересью. В этой обстановке идеи Бюффона о «спокойном», эволюционном развитии живого мира не встретили поддержки.

Однако спустя несколько десятилетий другой французский естествоиспытатель, Жан Батист Пьер Антуан Ламарк (1744–1829), берется за детальное изучение исторического развития живой природы.

Ламарк объединяет первые четыре класса Линнея (млекопитающих, птиц, рептилий и рыб) в группу позвоночных животных, обладающих внутренним позвоночным столбом, или позвоночником. Два других класса (насекомых и червей) Ламарк назвал беспозвоночными. Признавая, что классы насекомых и червей слишком разнородны (он понимал, например, что нельзя объединять восьминогих пауков с шестиногими насекомыми, а омаров с морскими звездами), он долго трудится над их систематикой и приводит ее в относительный порядок, доведя до уровня аристотелевой классификации.

В 1815–1822 гг. выходит капитальный семитомный труд Ламарка «Естественная история беспозвоночных животных», который содержит описание всех известных в то время беспозвоночных. В процессе работы над систематикой беспозвоночных Ламарку неоднократно приходилось задумываться над вероятностью эволюционного процесса. Размышления об эволюции живых существ он впервые изложил в 1801 г. и развил в своем главном труде «Философия зоологии» (1809). Ламарк выдвинул предположение, что частое употребление какого-либо органа приводит к увеличению его размеров и повышению работоспособности и, наоборот, «неупотребление» — к дегенерации. Такие изменения, вызванные влиянием внешних факторов, по утверждению Ламарка, могут передаваться потомству (так называемое наследование приобретенных признаков). В качестве примера Ламарк приводит жирафа. Легко представить, что какая-то антилопа, чтобы достать листья на деревьях, изо всех сил вытягивала шею, а попутно у нее вытягивались язык и ноги. В результате эти части тела стали несколько длиннее, а это, как полагал Ламарк, передалось следующему поколению, которое в свою очередь развивало и совершенствовало унаследованные особенности. Так антилопа мало-помалу должна была превратиться в жирафа.

Теория Ламарка не получила признания, так как она не располагала убедительным доказательством наследования приобретенных признаков. Действительно, все известные к тому времени факты свидетельствовали о том, что приобретенные признаки не наследуются. Даже если бы они наследовались, это относилось бы к признакам, на которые действует «волевое напряжение», вроде вытягивания шеи. А тогда как объяснить появление защитной окраски — пятнистости — на шкуре жирафа? Каким образом она развилась из лишенной пятен окраски антилопы? Можно ли предположить, что предок жирафа стремился стать пятнистым?

Ламарк умер в бедности, всеми отвергнутый. Его теория эволюции вызывала лишь недоумение. И все-таки она первой открыла ворота шлюза.

Геологические предпосылки

Основная трудность на пути создания теории эволюции заключалась в слишком медленном темпе видовых изменений. Человечество не помнило случаев преобразования одного вида в другой. Если такой процесс и происходил, то он должен был протекать чрезвычайно медленно, возможно сотни столетий. Поскольку в средние века и в начале нового времени европейские ученые, основываясь на Библии, считали, что нашей планете около шести тысяч лет, времени для эволюционного процесса попросту не оставалось. Но и в этих представлениях произошли изменения.

Увлекавшийся геологией шотландский врач Джемс Хэттон (1726–1797) в 1785 г. опубликовал книгу «Теория Земли», где показал, как воздействие воды, ветра и климата медленно изменяет поверхность Земли. Хэттон утверждал, что этот процесс протекает с неизменной скоростью (униформизм), и для таких гигантских изменений, как образование гор или речных каньонов, необходимо колоссально долгое время, поэтому возраст нашей планеты должен исчисляться многими миллионами лет.

Концепции Хэттона вначале был оказан самый враждебный прием. Но пришлось признать, что она объясняет находки ископаемых организмов, которыми особенно интересовались биологи. Трудно представить, чтобы камни по воле случая повторяли формы живых существ. По мнению большинства ученых, это окаменелости, которые были когда-то живыми организмами. Если допустить, что Хэттон прав, то ископаемые остатки находились в земных слоях бесконечно долго; за это время составляющие их вещества заместились минеральными веществами окружающих пород.

Новые мысли в связи с находками ископаемых организмов высказал английский геодезист и инженер Уильям Смит (1769–1839). Инспектируя строительство сооружаемых в то время повсеместно каналов и наблюдая за земляными работами, Смит отметил, что горные породы различных типов и форм залегают параллельными слоями и для каждого слоя характерны определенные формы остатков ископаемых организмов, не встречающиеся в других слоях. Даже если данный слой изогнут и искривлен или вообще пропадает из виду, появляясь вновь лишь через несколько километров, он сохраняет свойственные только ему формы ископаемых. Смит научился даже определять различные слои исключительно по содержащимся в них остаткам ископаемых организмов.

Признав правоту Хэттона, можно предположить, что слои залегают в порядке их медленного формирования: чем глубже слой, тем он древнее. Если окаменелости и в самом деле являются остатками живых существ, то по расположению геологических слоев можно судить о последовательности эпох, в которые жили эти существа.

Окаменелости привлекли особое внимание французского биолога Жоржа Леопольда Кювье (1769–1832). Кювье изучал строение различных животных, тщательно сравнивая их между собой и отмечая черты сходства или отличия. Его можно считать основателем сравнительной анатомии. Эти исследования помогли Кювье понять соотношение различных частей организма, позволили по отдельным небольшим косточкам без труда делать выводы о форме других костей, о типе прикрепляющихся к ним мускулов, даже судить о целом организме. Кювье усовершенствовал систему классификации Линнея, объединив классы этой системы в более крупные подразделения. Одно из них, как и Ламарк, он назвал «позвоночные». Однако Кювье не свалил в кучу всех остальных животных. В группе беспозвоночных он выделил три подгруппы: членистоногие (животные с внешним скелетом и конечностями, как у насекомых и ракообразных), мягкотелые (животные с раковиной без членистых конечностей, такие, как моллюски и улитки) и лучистые (все остальные беспозвоночные животные).

Эти крупные группы Кювье назвал типами. С тех пор стало известно свыше тридцати типов растений и животных. Расширил свои границы и тип позвоночных: после того как в него включили некоторых примитивных животных без позвоночного столба, он получил название типа хордовых.

Занимаясь сравнительной анатомией, Кювье основывал свой принцип классификации не на внешнем сходстве, как Линней, а на тех признаках, которые свидетельствовали о связи структуры и функции. Кювье применил свой принцип классификации преимущественно к животным, а в 1810 г. швейцарский ботаник Августин Пирамус де Кандолль (1778–1841) использовал его и для классификации растений.

Кювье не мог не включить в свою систему классификации и окаменелостей. Недаром он был способен восстановить целый организм на основе отдельных частей, видел, что окаменелости — не просто предметы, похожие на живые организмы, они обладают признаками, которые позволяют поместить их в тот или иной из установленных типов и даже определить их место в пределах подгрупп данных типов. Так Кювье распространил биологическую науку на далекое прошлое, заложив основы палеонтологии — науки об исчезнувших формах жизни.