Текст книги "Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих"

Быть животным – значит двигаться

Перед наукой стоит задача классифицировать все, что составляет окружающий нас мир, поэтому она предлагает простые и недвусмысленные критерии, по которым можно определить то общее, что есть у всех животных, – об этих критериях мы узнаем еще в школе, а затем и в университете. В первую очередь животные состоят из множества различных клеток, и практически у всех животных разные клетки выполняют разные функции. У нас есть клетки кожи и клетки крови – они выглядят и ведут себя по-разному. Этого определения достаточно, чтобы отличить животных от одноклеточных организмов типа бактерий или амеб. Естественно, у растений тоже много различных типов клеток. Однако животные отличаются от растений в одном ключевом отношении: животные не производят сами для себя пищу. В то время как растения используют солнечный свет, чтобы превратить простые молекулы воды и углекислого газа в соединения, необходимые им для выживания, животным надо передвигаться в поисках пищи, и именно то, как они это делают, по-настоящему отличает животных от всех остальных живых существ. Грибы, огромная разнообразная группа организмов (видов грибов вдвое больше, чем растений), тоже не могут сами производить пищу. Но, в отличие от животных, которые поглощают еду и перерабатывают ее внутри тела, у грибов внешнее пищеварение – они выделяют ферменты, чтобы разлагать другие организмы до необходимых им питательных веществ. Подвижными грибы могут быть лишь в виде спор, которые разносит ветер[40]40
  Это относится только к так называемым высшим грибам. Например, у хитридиевых грибов споры вполне могут плавать с помощью жгутиков. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]; как только они прорастут, они поедают все, что окажется в пределах досягаемости.

Вот хороший признак, позволяющий провести разграничение между животными и любой другой формой жизни на Земле, который хорошо вписывается в наши интуитивные представления: животные двигаются. По-латыни animalis «животное» происходит от animus «живой, дышащий» (вспомните слово ре-анимация), однако в наше время анимацией называются движущиеся картинки, и это слово ассоциируется с движением, деятельностью. Поэтому, хотя наука может утверждать, что животное – это многоклеточный организм, который неспособен самостоятельно производить питательные вещества и потому должен поглощать какую-то пищу и переваривать ее внутри своего тела, мы обычно опускаем все эти рассуждения и вслед за Аристотелем попросту говорим: «Животные двигаются».

Конечно, реальный мир полон исключений: некоторые животные подвижны только на стадии размножения, как, например, личинки кораллов (коралловых полипов), которые распространяются в воде и свободно плавают, пока не осядут на дно, где проведут всю оставшуюся жизнь. В этом смысле их «движение» напоминает распространение грибных спор или семян растений. Однако исключений бояться не стоит; классификация живого никогда не будет простой и очевидной, поскольку жизнь в принципе полна полутонов и незаметных переходов, и ярко выраженные различия в реальности составляют скорее исключения, чем правило. Тем не менее я хочу сосредоточиться на более сложном вопросе: можем ли мы быть уверены, что наше определение животных, основанное на движении, относится к реальной, обособленной категории организмов, а не к возникшей в результате простого стечения обстоятельств и отражающей крайне специфичную историю земной жизни за последние 4 млрд лет? Проще говоря, двигаются ли внеземные животные?

Возможно ли, что дело обстоит настолько просто? Животные двигаются, растения – нет. На интуитивном уровне это различие кажется наивным, тривиальным, вероятно существующим только на Земле, а не во всей Вселенной. Может быть, я использую термин «животное» слишком вольно; может быть, я подразумеваю под ним «то, чему мы можем сопереживать» – как пауку в ванной. У «инопланетного животного» в моем понимании вполне могут быть листья и способность к фотосинтезу, как у Грута, персонажа франшизы «Стражи Галактики». Но я убежден – и постараюсь это доказать, – что способность двигаться лежит в основе всех прочих достижений, о которых пойдет речь: кооперации, социальности и в особенности интеллекта.

Есть основательные причины полагать, что мы придаем такое значение различию между движением и неподвижностью не по собственной прихоти, а потому, что оно носит фундаментальный характер. Но чтобы разобраться в этом вопросе, нам придется отправиться в прошлое, в то время, когда эволюция животных только начиналась, 500 млн – 1 млрд лет назад, в те времена, когда жили наши общие с комарами и осьминогами предки.

Эдиакарский сад

До 1950-х гг. палеонтологи считали, что сложные организмы появились около 540 млн лет назад в ходе так называемого кембрийского взрыва. Окаменелостей древнее этого времени практически не найдено, но с этого рубежа и далее палеонтологическая летопись демонстрирует «взрыв» биоразнообразия – в ней появляются всевозможные формы животных, многие из которых обладают фундаментальными чертами сходства с современными: симметрией тела, наличием конечностей, глаз и т. д. Почти все основные типы нынешних животных (моллюски, ракообразные, черви, даже примитивные позвоночные) находятся в отложениях возрастом от 540 до 490 млн лет. Так какой же была жизнь до кембрийского взрыва?

Открытие прекрасно сохранившихся во всех деталях окаменелостей докембрийского времени, иногда даже микроскопических, стало для нас важным, хотя все еще недостаточно прозрачным, окошком, через которое можно рассмотреть истоки происхождения животных. Промежуток от 630 до 540 млн лет назад известен как эдиакарский период (получивший название в честь австралийских холмов, где были впервые обнаружены окаменелости этого периода). Некоторые из гипотез о природе организмов, живших в то время, можно сказать, революционны. У эдиакарских животных как будто не было никаких раковин или панцирей – это одна из причин, по которым их редко находят в ископаемом состоянии, – а по строению они резко отличаются почти от всех животных, существовавших с кембрия до наших дней. Почему эта необычная, инопланетного вида биота около 540 млн лет назад внезапно оказалась вытеснена и не оставила потомков, которых мы могли бы изучать, остается загадкой.

Одно из объяснений состоит в том, что в этом древнем мире практически отсутствовали хищники. Эти существа жили, когда у природы не было «окровавленных клыков и когтей», по выражению Теннисона[41]41
  Популярная цитата из поэмы Альфреда Теннисона «Памяти А. Г. Х.», гл. 56 (1849). Канонический русский перевод поэмы отсутствует. – Прим. пер.


[Закрыть]; они жили в бесконфликтное время, мирное и безмятежное, когда организмы просто собирали энергию солнечных лучей[42]42
  Гипотезы, объясняющие природу эдиакарской фауны и тип питания ее представителей, весьма многочисленны. Гипотеза Макменамина, о которой говорит автор, – далеко не единственная из них. Некоторые представители эдиакарской фауны, по-видимому, жили слишком глубоко в воде, чтобы использовать фотосинтез, и должны были питаться другими способами. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Может быть, эти существа сами обладали способностью к фотосинтезу, а может быть, состояли в симбиозе с микроскопическими водорослями, живущими внутри них, как бывает у некоторых современных коралловых полипов – животных, усваивающих солнечный свет с помощью не-животных. Так или иначе, их способы добывать пропитание были, по-видимому, довольно идиллическими – они не охотились и не ели друг друга. Образ неомраченного мира без хищников вдохновил американского палеонтолога Марка Макменамина окрестить эту эпоху «Эдиакарским садом»[43]43
  Марк Макменамин. Эдиакарский сад: Открытие древнейших сложных организмов (The Garden of Ediacara: Discovering the First Complex Life by Mark A. S. McMenamin, 2000).


[Закрыть].

Давайте совершим экскурс в историю жизни, предшествовавшую этому времени[44]44
  В книге Ричарда Форти «Жизнь: Неавторизованная биография» (Life: An Unauthorised Biography by Richard Fortey, 2008) дается широкий и весьма доступный обзор истории жизни на Земле, хотя и не затрагивается целенаправленно проблема происхождения жизни. Подробнее эта тема изложена в более специализированной книге Джона Мейнарда Смита и Эрша Сатмари «Истоки жизни: От зарождения жизни до происхождения языка» (The Origins of Life: From the Birth of Life to the Origins of Language by John Maynard Smith and Eors Szathmary, 2000).


[Закрыть]. В определенный момент каким-то образом зародилась жизнь. Мы не знаем, в чем состояло это событие, как оно протекало, неизвестно даже, возникла ли жизнь в одном месте и затем распространилась повсеместно, или же это событие происходило независимо и одновременно во многих местах. Но скорее всего, небольшие самовоспроизводящиеся молекулы, близкие к современным РНК, стали распространяться по теплым мелким водоемам, в ту пору покрывавшим планету. Вскоре генетический материал обрел оболочку в виде жирового пузырька, защищавшую его от изменений среды, и с этого момента можно говорить о первых клетках. Могло существовать много разных типов примитивных клеток, или только один тип, но некий организм (или, быть может, группа организмов) оказался успешнее других и стал единственным предком всей последующей жизни на Земле – это был наш последний универсальный общий предок, LUCA.

По мере того как потомки LUCA распространялись и диверсифицировались, все они сталкивались с одними и теми же проблемами: в первую очередь – где достать энергию. Без энергии живое разлагается и перестает быть живым. Одним из ее источников стало внутреннее тепло Земли, выходящее наверх благодаря подводной вулканической активности, другим – солнечный свет. На самом деле в ту пору иных вариантов попросту не было. Солнечный свет, впрочем, был доступен на Земле повсюду (до определенной глубины), тогда как подводные вулканы встречались лишь в отдельных местах. Поэтому в ходе эволюции организмы приобрели химические соединения и органы, позволяющие связывать солнечный свет и использовать его энергию для поддержания своей жизни. Если вам повезло найти укромный пляж на морском берегу, где много солнца и никакой конкуренции за места для загорающих, вы сможете расслабиться и спокойно отдохнуть. Однако эволюции отсутствие конкуренции ничего хорошего не сулит – ведь в подобных обстоятельствах не нужны инновации, чтобы получать преимущества, и нет проблем, которые нужно решать. Некоторые организмы были успешнее других и оставляли больше потомства, но всем жилось достаточно легко, и формы жизни были довольно простыми. Жизнь появилась около 3,8 млрд лет назад, однако в первые 3,2 млрд лет на Земле никто никого не ел. Эволюция шла медленно. Но все же она шла, и «эдиакарский сад» населяли самые разнообразные формы жизни, причем каждая из них, вероятно, использовала мирную, изобильную среду обитания по-своему, чуть иначе, чем другие.

Неясно, принадлежат ли эдиакарские ископаемые остатки животным. Эта неясность связана с определением «животных» по принципу эволюционного родства. Некогда жил организм, которому было суждено стать общим предком всех современных животных (и, как это ни странно, грибов). Он был одноклеточным и двигался, вращая жгутиком, как сперматозоид. Его называют заднежгутиковым, но у него есть и более эффектное название – опистоконт, вполне достойное существа, сыгравшего столь значимую роль первопредка всех животных. Заднежгутиковые появились около 1,3 млрд лет назад, задолго до эдиакарского периода. Были ли они предками и тех существ, ископаемые остатки которых мы находим в эдиакарских отложениях? Если да, то по критериям родословного древа этих существ следует причислить к животным[45]45
  В 2018 г. принадлежность эдиакарской фауны к опистоконтам (причем к той их ветви, что близка к животным) была подтверждена исследованиями химических маркеров, сохранившихся в ископаемых остатках. Таким образом, поставленный здесь автором вопрос на данный момент решен. См. например, https://elementy.ru/novosti_nauki/433336/. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Если же заднежгутиковые составляли отдельную ветвь, то был какой-то более древний предок, общий для животных и эдиакарских организмов.

Какова бы, впрочем, ни была их родословная, эти эдиакарские существа по своим характеристикам не слишком напоминали животных. Они неподвижно сидели, вбирая в себя солнечные лучи, и, хотя двигаться они, по-видимому, умели, не похоже, чтобы особенно к этому стремились. После «эдиакарского сада» в ископаемой летописи появляются многочисленные свидетельства передвижения животных: они закапывались в песок, чтобы спрятаться, или бегали по морскому дну, однако для эдиакарского периода такие признаки бурной активности отсутствуют вовсе. Этот мир был застывшим – настолько застывшим, что у живших тогда существ отсутствовал обязательный в нашем представлении признак животного, а именно движение.

Нет никаких гарантий, что подобное развитие событий хотя бы отчасти повторится на ранних этапах эволюции жизни на какой-либо другой планете. И все же пока в нашей истории нет ничего особенно характерного именно для Земли. Солнечный свет (или свет звезды, вокруг которой вращается планета) скорее всего окажется наиболее легкодоступным и мощным источником энергии для поддержания жизнедеятельности. Эволюция может выработать разные способы использования этой энергии. На начальном этапе если не все, то многие планеты должны пройти через аналогичную фазу биоразнообразия, основанного, главным образом, на «бесплатном» свете их солнц.

Изгнание из рая

Внезапно все переменилось. То ли пляж переполнился любителями позагорать. То ли, что вероятнее, изменился климат, и неисчерпаемый бесплатный обед закончился. Какое-то существо стало получать энергию не от солнца или горячих вулканических источников, а путем поедания других живых организмов. В библейском повествовании Адам, Ева и все остальные существа, населявшие Эдемский сад, были вегетарианцами и вели беззаботную жизнь, пока их не изгнали из сада[46]46
  Быт 1:29: «И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя; – вам сие будет в пищу».


[Закрыть]; нечто похожее случилось и в нашей земной истории. Стоило хищничеству войти в моду, как эволюция рванула в ускоренном темпе: тех, кто не успевал приспособиться, съедали – в буквальном смысле. Появлялись всевозможные оборонительные и наступательные приспособления: защитные шипы и панцири, зубы, чтобы откусить от кого-то кусочек, глаза, чтобы выслеживать, кого кусать, – или следить, чтобы вас не укусил кто-то другой. За несколько десятков миллионов лет эдиакарский рай прекратил свое существование. Природа ощетинилась зубами и когтями, пусть пока еще и не обагренными кровью. Это уже были самые настоящие животные, которые бегали, плавали и рыли норы, спасая свою жизнь, в отличие от современных им растений, которые упорно сохраняли неподвижность и продолжали усваивать солнечный свет, стараясь по возможности устоять против неумолимого натиска травоядных.

Эта глава истории земной жизни в одних отношениях довольно специфична для нашей планеты, но в других отношениях, несомненно, абсолютно универсальна. Конечно, нельзя ожидать, что на другой планете повторится точно такая же последовательность и хронология событий, как та, что привела к кембрийскому взрыву на Земле. Тем не менее некоторые факторы неизменны. Для эволюции требуется давление отбора, конкуренция, ограниченность ресурсов. Идиллические сады вряд ли способны породить сложные формы жизни, наблюдаемые в наше время. Можно с уверенностью утверждать, что в любом месте Вселенной живым существам понадобятся, по меньшей мере, два ресурса: энергия и пространство. Энергия, потому что физические законы гласят, что без постоянного притока энергии системы распадаются и теряют упорядоченность – а это противоречит жизни. Пространство, потому что два организма занимают больше места, чем один, а размножение служит основой естественного отбора – единственного известного механизма, который способствует самопроизвольному зарождению сложности. Рано или поздно начнется конкуренция за энергию и пространство. Появление животных – существ, способных к передвижению ради конкуренции за ограниченные ресурсы, – практически неизбежно.

Универсальные животные

Проблемы, с которыми приходится иметь дело животным на Земле, универсальны. Раздобыть еду. Не быть съеденным самому. Найти место проживания. Оставить потомство. Может быть, жизнь на других планетах выработала иные решения этих проблем, альтернативные земным? Не ошибка ли это – делать столь далеко идущие обобщения и заявлять, что появление животных неизбежно во всей Вселенной? Думаю, нет. Один из профессоров, у которых я учился в Кембридже, палеонтолог Саймон Конвей Моррис был в числе первых ученых, подробно описавших древнейшие ископаемые остатки животных. Он настаивает, что эволюция часто приходит к аналогичным решениям одной и той же проблемы[47]47
  Саймон Конвей Моррис. Решение жизни.


[Закрыть]. Крылья птиц и летучих мышей резко отличаются по строению, однако те и другие все-таки крылья. Глаза позвоночных совершенно непохожи на глаза насекомых, при этом у столь же дальних наших родственников, головоногих моллюсков, сформировались зрительные структуры, необычайно похожие на наши, и произошло это совершенно независимо.

Саймон Конвей Моррис допускал возможность существование чужой планеты, населенной разумными насекомоподобными организмами, чьи фасеточные глаза дают изображение с очень низким разрешением. Вполне возможно, что по мере их технического прогресса, когда у этих существ появится астрономия и они в конце концов построят телескопы, основанные на тех же физических принципах, что и земные, они поймут, что одиночная линза способна дать более четкое изображение, чем их собственные фасеточные глаза. Если они хорошие ученые, то вполне могут проявить определенную непредвзятость и выдвинуть гипотезу, что на другой планете (скажем, Земле) существуют животные с линзами (хрусталиками), а не с фасеточными глазами, как у них. И пусть эти инопланетные астрономы будут во многом отличаться от нас, они непременно обнаружат, что физические законы ограничивают их возможности так же, как и у нас на Земле, и что эти ограничения верны для любой планеты. Если инопланетные ученые с фасеточными глазами могут представить себе землян, обладателей хрусталиков, почему же мы не можем рассуждать об инопланетных животных, заметно отличающихся от нас?

Вероятно, диапазон эволюционных решений, осуществленных на нашей планете, не так уж далек, как нам кажется, от диапазона решений, существующих во всей Вселенной. Мы проявляем вполне понятную осторожность, стараясь не слишком обобщать наш чисто земной опыт, но вместе с тем нужна не меньшая осторожность, чтобы не перестараться с фантазиями на тему самых неправдоподобных инопланетных решений одних и тех же проблем. Если здесь на Земле мы видим, что использованы не все возможности, то это, вероятно, из-за того, что некоторые решения просто недоступны: они могут быть непрактичными, неэффективными или физически неосуществимыми – как известно, ни одно животное эволюция не снабдила колесами. Как говорит Конвей Моррис, «мы живем в ограниченном мире, где возможно не все».

Следовательно, с учетом вероятного сценария, по которому при усилении конкуренции (а значит, ускорении эволюции) движение может оказаться единственным практичным решением задачи добывания ресурсов, следует ожидать, что на любой планете, где развились сложные формы жизни, будут существа, способные двигаться. Тем не менее другие обитаемые планеты, возможно, невообразимо отличаются от нашей – там могут быть моря жидкого метана (как на Титане, спутнике Юпитера) или дожди из алмазов (которые, вероятно, идут на Уране и Нептуне). Можем ли мы быть уверены, что независимо от условий сумеем распознать в подвижных организмах этих миров именно животных? Скорее всего, да, потому что, каковы бы ни были физические различия между планетами, фундаментальные процессы везде одни и те же. Естественный отбор – наше общее наследие со всей жизнью во Вселенной. Конкретные решения проблемы, скажем, как именно передвигаться, безусловно зависят от условий на той или иной планете. Если эволюция действительно подталкивает живое на всех планетах к возникновению подвижных организмов, конкурирующих между собой, поможет ли нам это ответить на вопрос, что такое животное? Отчасти поможет. Не существует простого и однозначного решения вопроса, как следует классифицировать живые организмы – по их внешнему виду или по их происхождению. Стоит быть скромнее, оценивая нашу способность ответить на этот вопрос. Но если вам интересно, почему я разговариваю с пауками в ванной и почему мне хотелось бы поговорить с инопланетными животными, то могу сказать, что дело не в нашем общем происхождении, а в наших общих качествах – признаках, которые делают нас животными.

Вполне возможно, что в один прекрасный день мы обнаружим чужую планету, где жизнь все еще нежится в собственном эдиакарском раю, но основы будущего – с его движением, борьбой и суетой – будут там уже заложены. Законам, управляющим этим движением, как раз и посвящен следующий раздел.

4
Движение: шаги и парение в пространстве

У нас есть инстинктивный страх перед многоногими бегающими тварями. Неудивительно, что в научной фантастике инопланетяне, преследующие свою жертву, часто имеют множество ног или передвигаются, дергаясь, как на шарнирах. Мы боимся, что за нами погонится хищник, и небезосновательно. Чтобы выжить, нам нужно двигаться, равно как нашим жертвам или врагам. Но помимо движения как такового, что можно сказать о различных способах передвижения животных, которые могли бы существовать на других планетах? На первый взгляд понять, как могут передвигаться инопланетные животные, относительно несложно. Движение, по сути, физическое явление, а законы физики универсальны: силы, ускорение, вращающий момент, трение и прочее существуют на любой планете в любой звездной системе. Но мы все еще побаиваемся таких далекоидущих заявлений. Нет ли какого-нибудь нового способа передвижения, который до сих пор не приходил нам в голову? Возможно, есть планеты со столь необычными физическими свойствами среды, что мы даже представить не в состоянии, как в таких условиях могут передвигаться животные.

Вот почему начать обсуждение следует не с физических ограничений движения, а с эволюционных. Движение существует в животном мире исключительно из-за давления отбора. Мы двигаемся потому, что нам приходится это делать, а не потому, что обладаем такой способностью. Физические ограничения, безусловно, влияют на наш способ передвижения, а иногда даже на то, сможем ли мы двигаться вообще. Растения выживают в большинстве своем, не сдвигаясь с места. Но для подвижных животных движение вызвано необходимостью. Земные животные демонстрируют такое многообразие способов передвижения, что мы можем впасть в заблуждение, решив, будто и причин для того, чтобы двигаться, такое же множество. На самом деле это не так.