Глобальные катастрофы и эволюция жизни

Глобальные катастрофы и  эволюция жизни.

Несколько лет назад ученые, изучая микроструктуру органической материи, сделали поразительный  вывод: возникновение и развитие жизни на нашей планете, если считать  по Дарвину, потребовало бы много  больше времени, нежели действительная история, охватывающая период от первых на Земле живых молекул до вершины  природы – человека. И тут пришлось вспомнить основоположников палеонтологии  – науки о развитии жизни на Земле: Жоржа Кювье (1769–1832) и Жоффруа Сент-Илера (1772–1844).

В 1812г. Кювье опубликовал первые итоги  изучения своих находок под названием  «Исследования об ископаемых костях». Ученый обратил внимание на то, что  в земных слоях идет чередование: слои, богатые останками доисторических животных, сменяются горизонтами, бедными  на эти находки. При этом Кювье  обнаружил, что в каждом новом  богатом костями слое останки  принадлежат животным других разновидностей, а не тем, что найдены в предыдущем и последующем слоях, т. е. не тем, которые обитали на Земле раньше или позже, разумеется, в геологическом  понимании времени.

Следующая книга Кювье – «Рассуждения о  переворотах на поверхности Земного  шара и об изменениях, какие они  произвели в животном царстве». Само название уже говорит о точке зрения ученого. Кювье считал, что ископаемые формы – это либо прямые предки нынешних животных, в сущности от них не отличающиеся, но сумевшие пережить все природные перевороты, либо останки окончательно вымерших в результате этих переворотов форм, ничего общего с ныне живущими не имеющих. Кювье полагал также, что развитие четырех типов животных (по его классификации – позвоночных, членистых, мягкотелых, лучистых) происходило изолированно.

Однако, отстаивая свои выводы, Кювье не смог уверенно показать, какие же силы вызывали на Земле столь грандиозные  перевороты, что они были способны оборвать ту или иную линию развития жизни. Он только написал: «Какие-то силы раздробили, приподняли слои Земли  и опрокинули их на тысячу ладов».

Заметил чередование  ископаемых останков и Жоффруа. Но выводы о причинах этого, сделанные Кювье и Жоффруа, расходились настолько, что их многолетний спор привлек к себе внимание ученых всего мира. В Париже не раз в те годы проводились диспуты соперничающих ученых, за которыми следил весь образованный мир. Когда в 1830 г. к Гете пришел гость с возгласом: «Великое событие в Париже!..», Гете нетерпеливо прервал пришедшего: «Кто же одержал верх – Кювье или Жоффруа?». Гость же принес весть о революции в Париже, об уличных боях...

Жоффруа считал, что гибель господствовавших в определенные периоды видов животных еще не означала повсеместной гибели жизни вообще. Некоторые виды, занимавшие ранее подчиненное место, выживали. Наделенные свойствами, помогавшими им противостоять силам природы, которые уничтожали большую часть животного мира, они получали простор для своего дальнейшего развития. В отличие от Кювье Жоффруа видел единство организации и развития животного мира.

В одном лишь были едины Кювье и  Жоффруа: какие-то грандиозные силы вмешивались в эволюцию жизни, и в результате такого вмешательства появлялись более совершенные формы животных. Казалось, эволюция время от времени подвергалась действию таинственного ускорителя. Впрочем, такую же роль может сыграть и тормоз. Представим себе, что этот тормоз замедляет или вовсе сбрасывает с «конвейера эволюции» какие-то виды, например, владевших миллионы лет землей динозавров, мешавших развитию других видов, а именно – млекопитающих, так возникает больше простора для развития видов более жизнестойких, «перспективных», с точки зрения природы. О действии некоего тормоза по существу говорит и палеонтология. Чередование богатых окаменелостями слоев с горизонтами, скудными на них (на что первыми обратили внимание Кювье и Жоффруа), сегодня есть истина, подтвержденная всей историей науки об ископаемых. Но что же могло послужить ускорителем или замедлителем эволюции? Мы не будем рассматривать вмешательство в дела развития природы ни инопланетян, ни провидения. Ограничимся известными науке естественными силами. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздействия, способные, например, в короткий срок уничтожить могучее и многочисленное стадо динозавров, насчитывающее несколько сот видов — среди них были малютки весом в единицы килограммов и гиганты — в десятки тонн. Динозавры господствовали на суше, в воде и воздухе.

В последние годы все новые гипотезы пополняют арсенал природных  сил, способных повлиять на ход эволюции. Пожалуй, первое место среди них  принадлежит метеоритной гипотезе. Три исследователя — бельгиец Жан-Георг Казье и американские геохимики Ф. Клейс и С. Марголис недавно опубликовали гипотезу, которая, на их взгляд, пересматривает ход эволюции. В ее основу положен более полный учет влияния космических сил на жизнь, развивавшуюся на Земле.

Начнем  с того, что жизнь зародилась в  океане. Растения первыми переместились на сушу, по прошествии долгого времени за ними потянулись амфибии, а затем сушу захватили животные, получающие кислород из воздуха. Но еще на уровне амфибий произошло расслоение животного мира. Одни дали направление развитию ящеров и иных пресмыкающихся, других — их назвали териодонтами, или зверообразными, — можно рассматривать как группу, связывающую нынешних млекопитающих с этими древнейшими наземными позвоночными.

Еще в давние времена (до эры динозавров) высшие териодонты — терапсиды — приобрели многие черты строения и физиологические особенности, характерные для млекопитающих: лактация, способ дыхания и питания, обоняние... Но вдруг терапсиды исчезают. В геологических слоях более поздних, чем триасовый период, палеонтологи не находят останков терапсид. У филогенетического древа оказались обломанными крупные ветви. Однако какие-то ветви терапсид, видимо, ставшие предками млекопитающих, выжили, ускользнув от уничтожающего удара природы. Но тем не менее палеонтологи несравненно чаще встречают в поздних слоях обширные кладбища динозавров.

Эти пресмыкающиеся, если судить по раскопкам, владели планетой примерно 150 млн лет. Однако эра динозавров неожиданно заканчивается 64,5 млн лет назад. Возникает вопрос: почему так стремительно исчезло с лица Земли обширное сообщество динозавров? Было выдвинуто множество гипотез. Вот основные из них. Повышенная активность вулканов: газы и выброшенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечную радиацию — динозавры не вынесли похолодания. Вспышка близкой к Земле Сверхновой звезды — и животные не выдержали облучения.

Некоторые ученые, изучающие эволюцию биосферы, придерживаются такой точки зрения: Земля — дитя Космоса — находится в окружении космических сил, многие из которых время от времени кардинально влияют на развитие земной жизни.

Примечательно, что два величайших в истории Земли вымирания живого не совпадают по времени с крупными метеоритными ударами, хотя в одном из случаев речь идет о гибели 90% всех видов. Возражением против того, что лишь космические факторы ответственны за формирование жизни на Земле, служит следующее наблюдение. В позднем девоне отмечена массовая гибель морских животных, но в то же время на суше ничего подобного в тот период не наблюдалось. Может быть, сходный удар биосфера суши получила в конце девона, когда доминировать стали лиственные растения. Так называемый листьевой индекс появившейся наземной растительности увеличил эффективность поглощения солнечной энергии в сотни раз – в смысле производства зеленой массы. Травоядные получили изобилие корма, безмерно размножились, все съели, тогда пищи стало не хватать, и масса животных погибла от голода.

Сходную ситуацию пережили и наши предки. Когда  первобытным людям охота в  изобилии приносила мясо разнообразных  животных, включая мамонтов, обилие пиши сделало племена многолюдными, и вскоре им уже не на кого стало охотиться. Страшный голод опустошил тогда землю, выжили лишь те, кто начал обрабатывать землю, приручать животных. По мнению другой группы ученых, биосфера в целом подвергалась крупным воздействиям и сопровождалась катастрофическими вымираниями. Катастрофы в биосфере зарождались в ней самой, т. е. имели земное происхождение.

К сожалению, все это лишь гипотезы. Прямых доказательств вмешательства  в земные дела космических воздействий  у нас нет, как и нет убедительных фактов влияния внутрипланетарных сил на ход эволюции. В этом смысле современные ученые не так далеко ушли от Жоржа Кювье, первым сказавшего о вмешательстве катастроф в эволюцию жизни на Земле. Многие десятилетия эти его выводы отрицались наукой, как, впрочем, отрицаем мы и сейчас его представления о многократных возникновениях животного мира, ничего общего с предшественниками не имеющего. Что же делать? Видимо, последовать совету того же Гете: «Не надо застывать в сомнении, оно, напротив, должно двигать дух к дальнейшему исследованию и испытанию, и, если они проходят на более совершенной и широкой базе, – истина одержит победу». Тогда нескончаемому спору будет положен конец.

История возникновения теории эволюции Дарвина

В 1831 году, отправляясь в кругосветное плавание, молодой англичанин Чарлз Дарвин прихватил с собой только что вышедший первый том «Основ геологии» Лайеля, а через пять лет привез из плавания огромное количество материалов, подтверждающих правоту его основополагающей идеи. Но это не все: Дарвин привез и нечто большее – убежденность в том, что виды живого изменчивы, что то животное и растительное царство, каким мы его знаем сегодня, – результат постепенного, очень длительного развития сложного органического мира.

Проблемой эволюции Ч. Дарвин начал вплотную заниматься в 1836 г. после возвращения из кругосветного  путешествия на корабле «Бигль». Он обсуждал ее с немногими своими коллегами, в том числе и в переписке. Поэтому многим казалось, что он целиком погрузился в изучение и классификацию усоногих раков и исполняет обязанности секретаря Геологического общества. Коллеги советовали ему опубликовать свою гипотезу, но он не последовал их совету. И вот 14 июня 1858 г. Дарвин получил письмо от Альфреда Рассела Уоллеса (1823–1913) из Тернате на Молуккских островах. В письме находилась статья, которую Уоллес просил передать сэру Чарлзу Лайелю, известному геологу и другу Дарвина. В ней кратко излагалась сущность теории эволюции путем естественного отбора.

Предположение о том, что виды могут изменятся, Уоллес опубликовал в одной из своих работ раньше – в 1855 г. Такая идея получила развитие после прочтения им в 1858 г. труда английского ученого Томаса Мальтуса (1766–1834) «Опыт о законе населения». Мальтус полагал, что каждая популяция стремится максимально размножиться без учета средств к существованию, и когда она достигает некой предельной численности, зависящей от условий жизни, дальнейшему росту начинает препятствовать нищета: излишняя численность популяции должна гибнуть. Это может происходить трагически и внезапно или в результате возрастания смертности с приближением к пределу возможного роста. Мальтус специально не занимался вопросом, кто выживет, а кто погибнет. Догадка Уоллеса состояла в том, что выживать будет не случайная выборка из популяции, а особи, которые лучше приспособлены к условиям существования. Если их приспособленность выше среднего уровня для всей популяции и она хотя бы частично наследуется, то вид в целом будет изменятся в направлении большей приспособленности, т. е. более высокой адаптации к среде обитания. Интересно, что Дарвин пришел к таким же выводам, прочитав труд Мальтуса.

Уоллес, в то время малоизвестный натуралист, занимался сбором тропических насекомых. Однако в сложившейся ситуации его  сообщение нельзя было игнорировать. Посоветовавшись со своими друзьями, прежде всего с Ч. Лайелем и Джозефом Гукером (1817– 1911), известным ботаником, Дарвин решил, что нужно объединить выдержки из письма, которое он незадолго до этого отослал американскому ботанику А. Гресо, резюме неопубликованной статьи, написанной еще в 1844 г., и сообщение Уоллеса. Все это было оформлено в виде доклада, представленного 1 июля 1858 г. Линнеевскому обществу. Книга Дарвина «Происхождение видов» вышла в свет в ноябре 1859 г., и все 1250 экземпляров ее были распроданы в первый же день.

Большой интерес к идее естественного  отбора был обусловлен вовсе не тем, что Дарвин и Уоллес постулировали  превращение одних видов в  другие, т. е. сам факт эволюции. Об этом и раньше говорили многие, и прежде всего Ламарк во Франции, Эразм Дарвин – дед Ч. Дарвина и, наконец, Анаксимандр  в Древней Греции. Интерес определялся  в основном тем, что был предложен  механизм «конструирования» живых  существ без участия Творца. Такой  механизм вполне устраивал противников  утверждения: если что-то сотворено, то должен быть и Творец.

Идея  эволюции путем естественного отбора позволяла объединить множество, казалось бы, не связанных друг с другом фактов. И Дарвин, и Уоллес сумели использовать богатейший материал палеонтологии, биогеографии и других наук, который указывал на то, что наиболее вероятной движущей силой эволюции является естественный отбор.

Некоторые видные ученые, современники Дарвина, тем не менее остались весьма активными антиэволюционистами. К их числу принадлежали английский зоолог Р. Оуэн (1804–1892), швейцарский естествоиспытатель Л. Агассис (1807–1873), работавший долгое время в Гарварде. Даже великий геолог Чарльз Лайель поверил в теорию эволюции не сразу. Основываясь на данных палеонтологии, они признавали появление новых видов, но полагали, что это – результат каких-то пока непонятных естественных процессов, а не постепенного превращения одного вида в другой. В то же время идеи Дарвина поддерживали Т. Гексли (1825–1895) в Англии, Э. Геккель (1834–1919) в Германии, К.А. Тимирязев (1843–1920) в России.

Для тех, кто требовал от теории эволюции полной , убедительности, оставалась одна серьезная непреодолимая трудность, связанная с природой наследственности. В то время ни Уоллес, ни Дарвин, ни многие другие ученые еще не знали законов наследования признаков. Правда, известно было, что иногда признаки могут проявляться не во всех поколениях подряд. Этот таинственный феномен, названный позднее атавизмом, состоит в том, что у потомков вдруг снова появляются признаки более или менее отдаленных предков. Полагали, однако, что наследственность в целом основана на принципе смешивания, за исключением отдельных случаев. Например, у какого-то растения могли быть либо белые, либо красные цветки. При механизме смешивания у гибрида цветки должны быть розовыми, а при скрещивании красного цветка с розовым – темно-розовыми и т. д. Во многих случаях так и бывает. Из этого следовал важный вывод: новый признак, появившийся у какого-то индивидуума как мутация, со временем должен исчезнуть, раствориться в популяции, несмотря на естественный отбор, как стакан молока во многих бочках воды.

Анализируя  механизм усреднения признаков, британский инженер и физик Ф. Дженкин, обладая математическим складом ума, в 1867 г. на основании строгих элементарных арифметических выкладок доказал, что в случае усреднения признаков при скрещивании естественный отбор работать не будет. Дарвин так и не нашел убедительного ответа на такое доказательство. Промежуточное проявление признаков у потомков означало, что все генетические различия в популяциях должны быстро нивелироваться, и тогда вся популяция становится однородной, состоящей из весьма сходных индивидуумов.

Данное  возражение против теории эволюции было снято результатами опытов по скрещиванию, проведенных австрийским естествоиспытателем  Грегором Менделем (1822–1884). Все началось с того, что Грегор Мендель, монах из августинского монастыря в Брюнне (ныне это город Брно в Чехии, в те времена в Австро-Венгрии), в 1850 г., т. е. задолго до того, как Дарвин и Уоллес представили доклад по эволюции, пытался получить свидетельство на право преподавать естественные науки, но не смог сдать экзамен. Желая подготовиться к испытаниям, он поступил в университет в Вене, где в течение четырех семестров изучал математику, биологию, химию и физику. Затем он вернулся в Брюнн и стал в своем саду выращивать горох. Опыты, поставленные на горохе, с видимой легкостью и изяществом помогли установить природу наследственности. А именно в 1868 г. Грегор Мендель в опытах со скрещиванием гороха показал, что наследственность не имеет, как тогда считалось, промежуточного характера – признаки передаются дискретными частицами, которые сегодня называются генами.

В диплоидных организмах, т. е. организмах с двумя гомологичными наборами хромосом, к которым относятся  и горох, и человек, каждому признаку соответствуют два гена. Они могут  быть либо точными копиями, либо вариантами (аллелями) друг друга. От каждого из родителей потомок получает по одному такому гену. Гены содержатся в небольших  тельцах – хромосомах, находящихся  в клеточном ядре.

Работа Менделя  была написана исключительно ясно и  с научной точки зрения представляла настоящий шедевр, но долгое время  оставалась невостребованной. Только в 1900 г. три неизвестных исследователя  одновременно своими опытами подтвердили  полученные им результаты.

Можно привести еще один подобный пример. В 1902 г. лондонский врач А. Геррод показал, что действие, по крайней мере некоторых генов состоит в контроле активности ферментов. Данная работа также оказалась незамеченной. Представление о том, что гены содержат информацию для построения белка (один ген – один фермент) утвердилось лишь после 1945 г. Приведенные примеры и история становления теории эволюции показывают, насколько сложен и трудоемок путь постижения естественно-научной истины.

Российский  ботаник С.И. Коржинский (1861– 1900) и независимо нидерландский ученый Хуго Де Фриз (1848–1935) предложили теорию мутаций – внезапных изменений наследственности. Эта теория, проливая свет на процесс изменчивости, подтверждала дарвиновское учение. Чем резче мутация, чем крупнее скачок, тем меньше шансов для новой формы организма выжить в данных условиях. Иное дело – мутации небольшие. Чаще всего они тоже вредны для организма, но в редких случаях небольшое изменение может быть полезным. Организм совершенствуется, оказывается лучше приспособленным, чем его неизменившиеся сородичи, и естественный отбор закрепляет новую форму. Так теория мутаций навела мост между менделевскими законами о наследственности и дарвинизмом.

Вместе  с тем, теория мутаций породила новые  проблемы, связанные в частности, с причинами мутационных изменений. В самом деле, почему одни особи  данного вида изменяются, а другие, живущие в таких же условиях, нет? Не видя никаких внешних причин, которые вызывали бы эти изменения, многие ученые склонялись к тому, что  мутации носят спонтанный, т. е. самопроизвольный, характер. Но вот в 1927 году появилась  коротенькая заметка американского  генетика Г. Меллера. Он облучал плодовых мушек дрозофил рентгеновскими лучами и получил небывалую вспышку изменчивости. Вскоре было доказано, что мутации могут вызываться не только рентгеновскими лучами, но и другими видами излучений, а также многими химическими соединениями, резким изменением температуры и т. д.

Таково  одно направление исследований, обусловленное  результатами опытов Менделя. Другое, не менее важное направление, связанное  с выяснением природы самого гена, развивалось под руководством американского  генетика Т.Г. Моргана (1866–1945). К настоящему времени многие вопросы о природе  гена и генетической информации уже  выяснены.

Искусственный и естественный отбор

Решая главный вопрос о движущих силах  развития, Дарвин пришел к тому рубежу, перед которым прежде остановился  Ламарк. Однако в отличие от Ламарка  Дарвин решительно исключил из рассмотрения таинственное «стремление к совершенствованию», обратив собое внимание на человеческую деятельность.

В самом деле, не слишком ли мы недооцениваем самих  себя, когда говорим, что не способны создавать новые формы органической жизни? А как же наши культурные растения и домашние животные – разве они не созданы человеком? Остановимся на пшенице. Некогда человек бросил в землю горсть зернышек невзрачного дичка. Зернышки были мелкие, а колосья при малейшем дуновении ветра осыпались. Нелегко было собрать урожай первому земледельцу! Тысячелетия вначале бессознательного, а потом и сознательного отбора лучших экземпляров привели к тому, что зерно стало полновесным, а колос неосыпающимся. И еще десятки других свойств придал пшенице человек: увеличил количество белка в зерне, сделал ее стойкой ко многим болезням, вывел сорта, отзывчивые к удобрениям, неполегаемые, скороспелые... Сейчас культурная пшеница занимает на земном шаре свыше 200 млн га, но если перестать за ней ухаживать, то через несколько лет не отыщется ни одного зернышка культурного злака. Предоставленная самой себе, культурная пшеница погибнет! То же можно сказать почти о любом культурном виде растений или животных.

А если так, то следует присмотреться  к методам, какими человек создавал новые сорта растений и породы скота. Дарвин часто встречался со скотоводами  и выспрашивал, как они создают  и сохраняют свои стада. И ответ  слышал почти всегда один: «Мы оставляем  на племя лучших животных».

Вот и все! Ларчик открывался на удивление  просто. Скотоводы не подозревали, что, забивая слабых и низкопродуктивных животных (с низким надоем молока, если это коровы, с худшей шерстью, если это овцы; слабосильных, если это лошади, предназначенные для перевозки грузов, и недостаточно быстроногих, если это скаковые лошади), они проводили огромную созидательную, творческую работу. Искусственный отбор – так назвал этот метод Дарвин. Путем искусственного отбора человек создал формы, ранее не существовавшие в дикой природе (рис. 7.10). Дарвин решил посмотреть, не происходит ли чего-либо подобного и среди диких животных.

Человеку  с давних пор было ясно, что пищевые  ресурсы для какого-либо вида животных (или растений) в определенной местности  ограничены. А способность к размножению? Она ведь не имеет границ! Цифры  здесь столь же просты, сколь и  поразительны. Если бы из всех яиц, отложенных одной птицей, вылупились птенцы, выросли  и сами дали потомство, а потомство  этого потомства тоже сохранилось  бы полностью и так продолжалось бы, скажем, 15 лет, то общее число  потомков одной пары достигло бы десяти миллионов!

Однако  практически так никогда не происходит. Количество птиц, животных, растений остается неизменным (или меняется в небольших  пределах как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения) нередко на протяжении многих столетий. Это значит, что далеко не из всех яиц вылупляются птенцы, не все птенцы становятся взрослыми птицами и, наконец, не все взрослые особи оставляют потомство. Кому же везет, кому выпадает счастливый жребий? Очевидно, тем, кому удается захватить нужное количество пищи, уберечься от врагов – словом, тем, кому удается победить в борьбе за существование.

В борьбе за существование побеждают, таким образом, лучше приспособленные  к жизни в условиях окружающей среды. Например, часть деревьев в  лесу угнетена: им не хватает места  под солнцем (рис. 7.11), а если это  так, то в природе, как и на животноводческой ферме, тоже происходит отбор. Однако отбирает здесь уже не человек, а сама природа. Именно условия природной среды  ведут отбор наиболее приспособленных – естественный отбор, как назвал это Дарвин. Вот чем объясняется целесообразность органических форм! Устройство животного или растения не потому целесообразно, что кто-то приспособил данный организм для определенной цели, а потому, что из всего многообразия форм выживали и могли оставлять потомство особи, лучше других приспособленные к данным условиям!

Двое  молодых русских ученых, А.О. Ковалевский (1840–1901) и И.И. Мечников (1845–1916), взяв на вооружение эволюционную теорию, стали  создавать новую науку – сравнительную эволюционную эмбриологию (эмбрион – греч. зародыш). Ковалевский при этом открыл переходные формы между позвоночными и беспозвоночными, заполнив тем самым наиболее важный пробел в общей системе развития животного царства.

Целенаправленное поведение и  естественный отбор

Созданные человеком устройства и машины (например, управляемая ракета, персональный компьютер) доказывают, что и неживые системы  способны к целенаправленному действию. Однако для их создания необходим  осознающий поставленную цель конструктор. В этой связи возникает вопрос: не нужен ли был подобного рода конструктор при создании живой  системы? Один из возможных ответов  на данный извечный вопрос содержится в идее Дарвина и Уоллеса, суть которой в том, что живые существа могут самосовершенствоваться (эволюционировать) в сторону все большей адаптации, т. е. приспособленности к среде  обитания. Оба ученых предположили наличие механизма естественного  отбора.  Живые существа способны изменяться (мутировать) случайным образом, и такие мутации наследуются. Если мутации оказываются полезными для выживания, то их доля в последующих поколениях будет возрастать. В результате происходит эволюция популяций в направлении большей адаптации к окружающей среде.

Для формирования, например, таких сложных  органов, как глаз, требуется множество  согласованных между собой мутаций. Их одновременное возникновение  маловероятно, поэтому естественно  предположить, что эволюция идет путем  накопления малых сдвигов.

Все промежуточные  стадии в эволюции органа должны быть функционально полезными и приводить  к его постепенному совершенствованию. Даже с учетом всевозможных ограничений  в результате естественного отбора могут возникнуть удивительно сложные  структуры. Предположение о том, что та или иная структура служит определенной цели, оказалось весьма плодотворным для экспериментальной  биологии.

Важность  целенаправленности действий можно  пояснить на примере конструирования  самовоспроизводящейся машины. Идею такого конструирования впервые  предложил известный математик  фон Нейман. Он показал, что логически  вполне возможно построить универсальную  машину, которая по данным ей инструкциям  способна создать любую другую машину заданной конструкции. Такую машину можно запрограммировать и на воспроизведение самой себя.

Подобные  машины должны включать три взаимосвязанные  функциональные части:

А – рабочий  механизм, обеспечивающий физическое построение машины (в инженерном представлении  это линия с программным управлением);

I – инструкции (команды), записанные на носителе информации, которые задают алгоритм действий рабочим органам (носитель, содержащий необходимую для построения А информацию);

В – устройство для копирования инструкций.

В целом данную систему можно представить в  виде

S = A+B+I.

Такая самовоспроизводящаяся машина прекрасно  моделирует живой организм, для которого А – тело, I – гены, В – механизм копирования генов для передачи их следующему поколению. В данной машине можно запрограммировать не только воспроизведение, но и другие функции. На биологическом языке это означает, что такие машины способны мутировать и претерпевать эволюцию, т. е. их потомки будут отличаться от предков. Если самовоспроизводящиеся машины будут изменяться случайным образом, то это не приведет к их направленной эволюции. Чтобы появилась устрица как самовоспроизводящийся организм, должны сформироваться сложнейшие органы: жабры, кишечник и др., – а также должно появиться целенаправленное поведение и т. п., что вместе взятое кажется просто невероятным.

Одна  из особенностей естественного обора  – мутации, благоприятные или  неблагоприятные для организма, возникают случайно. Изменение какого-либо адаптивного признака – результат единичной мутации: случившись, она попадает под естественный отбор. Однако против такого представления может быть выдвинуто одно весьма серьезное возражение, которое удобно пояснить на примере эволюции глаза. Вероятность одновременного возникновения ряда мутаций, приводящих к образованию сетчатки (слоя светочувствительных клеток), хрусталика и т. д., ничтожно мала. Представить себе, что такие одновременные изменения могут произойти в результате случайных мутаций – все равно, что бросить в коробку полный набор часовых деталей, встряхнуть их и ожидать, что они сами сложатся в целые часы. Если мутации произойдут не одновременно и в результате не будет хватать хотя бы одного компонента глаза, такой глаз окажется бесполезным и отбор по всем прочим мутациям будет невозможен.

Сложные биологические структуры могут  создаваться в результате естественного  отбора, если в принципе их можно  получить путем постоянного усложнения, так, чтобы каждый новый этап давал  какое-то новое преимущество. Поскольку  естественный отбор не обладает даром  предвидения, он иногда не может способствовать появлению некой промежуточной  структуры, не приносящей сразу определенной выгоды, даже если бы эта структура  и могла оказаться полезной в  отдаленном будущем.

Некоторые адаптации весьма совершенны, и кажется, что их появление было бы невозможно без предвидения и изобретательности. Поэтому многим трудно поверить, что это произошло путем простого накопления отдельных сдвигов к лучшему. Поверить, может быть, и можно, но тогда возникает вполне логичный вопрос: чем же такое представление отличается от того, в котором отстаивается роль Творца? Ведь оба представления в данном случае основаны на вере. Кроме того, в природе существуют адаптации, которые невозможно объяснить естественным отбором. Например, физические и химические свойства веществ и фундаментальные постоянные как будто специально подобраны так, чтобы могла возникнуть жизнь. Такое утверждение иногда называют приспособленностью окружающей среды. Имеется другая формулировка: если бы фундаментальные постоянные были чуть-чуть иными, жизнь была бы невозможна. Данный принцип, распространенный на развитие Вселенной, носит название тонкой подстройки Вселенной.