По мере того как первые геологи и другие ученые начали разбираться в летописи горных пород и механизмах геологических процессов и понимать, насколько велик возраст Земли, возникли вопросы о живых организмах. Как только ученые осознали, что ископаемые представляют древние формы жизни и некоторые из этих форм теперь не встречаются, появилась другая идея – что виды, должно быть, не статичны и неизменны, а формировались на протяжении времени. Это стало основным направлением работы таких великих умов, как Чарлз Дарвин, Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) и другие ученые. Вопрос, который они задали, звучал так: каким образом появилось такое разнообразие живых организмов на Земле, от бактерий и архей до современных видов?

Чарлз Дарвин, путешествие на корабле «Бигль» и естественный отбор

Ученые – знаменитый Дарвин и другие – разрабатывали представления, касающиеся эволюции и естественного отбора, на основе наблюдений за живыми организмами, дифференциацией видов в результате изменений условий среды и изменчивостью ископаемых в летописи горных пород. О Дарвине и его теории естественного отбора написано и сказано столько всего, что трудно определить, с какого момента лучше начать рассказ о его вкладе в науку вообще и в геологию в частности. Лишь немногие ученые оказали такое влияние на понимание жизни на Земле. Тем не менее Дарвин не был первым, кто размышлял об изменении видов со временем и их адаптации к окружающей среде. Например, французский биолог Жан Батист Ламарк предположил, что у всех видов был один общий предок[302].

Чарлз Дарвин родился в 1809 г. в Англии в богатой семье. На молодого ученого серьезное влияние оказали работы геолога Лайеля: первый том «Основных начал геологии» Лайеля был в библиотеке корабля «Бигль» во время его легендарного путешествия в 1831 г. Лайель вел переписку с Дарвином и был его другом и наставником. В письме, отправленном с «Бигля» в начале августа 1835 г., Дарвин писал своему троюродному брату Уильяму Дарвину-Фоксу, священнику и натуралисту, о том, что он является «ревностным сторонником» геологии:

Я рад слышать, что Вы подумываете взяться за геологию. Надеюсь, что так и будет: здесь поле для размышлений гораздо больше по сравнению с другими областями естественной истории. Я стал ревностным сторонником взглядов мистера Лайеля, известных по его восхитительной книге. Изучая геологию в Южной Америке, я испытываю искушение разобраться в деталях еще в большей степени, даже больше, чем он. Геология – превосходная наука, чтобы ею заняться, поскольку для этого требуется лишь немного чтения, размышлений и работы молотком[303].

Многие считают Дарвина прежде всего геологом[304]. В 1859 г. престижное Лондонское геологическое общество наградило Дарвина медалью Волластона – высшей наградой Геологического общества, – за его вклад, в основном в изучение коралловых рифов, ископаемых усоногих и геологии Южной Америки. Влияние Чарлза Лайеля на Чарлза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса общепризнано, им «Лайель преподнес в дар время. Без этого дара не было бы “Происхождения видов”»[305]. Лайель знаменит своей работой, касающейся геологического времени и доказательств большого возраста Земли, которые объясняются в рамках теории униформизма – представления о постепенных геологических процессах (см. главу 2). Эти небольшие изменения накапливались на протяжении геологической летописи и в результате приводили к важным изменениям на Земле. Дарвин применил принцип Лайеля по отношению к биологическим видам.

Биологи определяют вид как совокупность организмов, способных свободно скрещиваться друг с другом и давать плодовитое потомство, передавая потомкам свои гены и создавая генофонд вида. Тем не менее в классические времена шла долгая дискуссия о том, какая совокупность организмов является видом, а какая – нет[306]. Современное определение вида применимо к организмам, у которых есть половое размножение; под это определение не подпадают бактерии (как один из примеров недостаточности значения термина).

Дарвин и британский натуралист Уоллес, занимавшийся изучением Южно-Тихоокеанского региона, были первыми, кто в своей работе выделили естественный отбор как главный механизм эволюции. Действие естественного отбора направлено на сохранение и закрепление в популяции признаков или групп генов, обеспечивающих адаптивные преимущества или стратегии и способствующих выживанию организмов в конкретных условиях среды. Естественный отбор действует на уровне вида.

В 1859 г. Чарлз Дарвин опубликовал свою теорию естественного отбора, основанную отчасти на его исследованиях изменчивости вьюрков с островов Галапагос, изучением которых он занимался, путешествуя на корабле «Бигль» с 1831 г. в качестве натуралиста. Во время плавания на «Бигле» Дарвин провел 5 лет, изучая геологию, растения и животных от островов Зеленого Мыса, цепи вулканических островов близ западного побережья Африки, до островов Галапагос и за их пределами. В то время Дарвин вел переписку с семьей и своим наставником из Кембриджского университета, биологом и геологом Джоном Стивенсом Хенслоу. Из далеких британских портов Дарвин отправлял образцы и наблюдения, зарекомендовав себя в качестве выдающегося натуралиста. Вопросы о разнообразии и области распространения наблюдаемых Дарвином видов заложили основу его будущей теории. На Галапагосе Дарвин собирал экземпляры видов птиц и животных с каждого острова. Сначала его больше заинтересовали черепахи и пересмешники; факт существования закономерности изменчивости вьюрков Дарвин осознал лишь после того, как собранные им экземпляры птиц изучил и идентифицировал как вьюрков британский орнитолог и художник Джон Гулд[307].

Вернувшись в Англию, Дарвин, после того как Гулд идентифицировал собранные экземпляры, начал размышлять над закономерностями видообразования у вьюрков и тем фактом, что некоторые виды обитали только на одном острове. Это заставило его задаться вопросом, почему наблюдалось именно такое распределение. В 1845 г., когда Дарвин включил свои комментарии в публикацию Гулда, он не отождествлял конкретные острова с собранными на них разными экземплярами вьюрков. Однако за годы, прошедшие после путешествия, Чарлз Дарвин размышлял над разнообразием вьюрков, их различиями и географическим распространением. Вьюрки отличались специализированным клювом, адаптированным к микросреде, которая различалась в зависимости от того, какие источники пищи были доступны на конкретных островах. Выживали и процветали те вьюрки, которые могли питаться доступной пищей и передавать свои гены следующим поколениям. Несмотря на различия в облике, эти вьюрки имели общего предка. Указанные наблюдения привели Дарвина к разработке теории естественного отбора. Дарвин собирал дополнительные свидетельства в поддержку своей идеи до тех пор, пока не стал готов, примерно через двадцать лет, представить миру теорию естественного отбора. Дарвин ссылался на свои теории в нескольких статьях еще до завершения своей знаменитой книги.

В то время, когда Дарвин заканчивал исследования и анализ, над аналогичной гипотезой работал и Альфред Рассел Уоллес. Затем, в 1858 г., когда Дарвин готовил свой шедевр к публикации, Уоллес написал ему письмо, приложив копию статьи, в которой, к потрясению Дарвина, была отражена его собственная теория. Позже в том же году при посредничестве Чарлза Лайеля и ботаника