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

Грозная симметрия[58]58
  В оригинале fearful symmetry – метафора из стихотворения Уильяма Блейка «Тигр», отсутствующая во всех его русских переводах. – Прим. пер.


[Закрыть]: форма и движение

До сих пор мы обходили одну из господствующих и важнейших стратегий движения, которую мы принимаем как должное, не задумываясь, поскольку она распространена повсеместно. Это свойство присуще почти всему живому на Земле и настолько привычно, что мы даже не задаемся вопросом, можно ли встретить его на других планетах. Но весь предыдущий разговор о многочисленных, независимо двигающихся трубчатых ножках наводит нас на один из важнейших вопросов: будут ли пришельцы двигаться, как морской еж, в любом направлении без явных предпочтений? Или они будут обладать такой же симметрией, как мы, у них будут правая и левая, а следовательно, передняя и задняя стороны, а также выбор направления движения?

Почти все современные животные – заметное исключение составляют только губки, медузы, гребневики и кораллы, – а именно свыше 99 % ныне живущих видов имеют правую и левую стороны. Такие животные называются двусторонне-симметричными или билатериями. Трудно переоценить, насколько важную роль этот план строения тела сыграл в эволюции движения животных на Земле. Двусторонняя симметрия может быть полезна, если вам приходится ползать, как пяденице, по твердой поверхности, приподнимая и вытягивая переднюю часть тела, а затем перенося ее чуть дальше вперед. Способность переместить свое тело «дальше вперед» подразумевает, что ваше тело вытянуто вдоль какой-то оси и относительно этой оси у него имеются правая и левая стороны. Первые ползающие существа, вероятно, напоминали современных плоских червей.

Преимущества двусторонней симметрии для движения животных настолько велики, что очень мало кто из животных не используют этот принцип. Если у вас есть передняя и задняя стороны, это значит, что вы понимаете, в каком направлении вы двигаетесь, и ваши органы передвижения (те же ноги) могут специализироваться таким образом, чтобы перемещать вас в нужном направлении. Лево-правая симметрия также открывает возможность особенно эффективной локомоции благодаря завораживающим волнообразным движениям конечностей. Манта (скат) и кальмар совершают такие движения плавниками, а многоножки скользят, волнообразно перебирая своими крохотными ножками. Ни одно животное, обделенное подобной симметрией, не может состязаться в скорости и эргономичности с теми, у кого есть правые и левые конечности, будь то ноги или хотя бы просто складки кожи.

Однако разобраться в исключениях из этого правила совершенно необходимо, если мы пытаемся определить, какие возможности могут существовать на других планетах и может ли в этих мирах появиться жизнь, по своему физическому строению полностью отличающаяся от той, что мы наблюдаем вокруг себя. Немногие виды, не относящиеся к билатериям, – это в основном кораллы и медузы. Кораллы вообще неподвижны, медузы же вяло плавают в открытом океане, питаясь планктоном и мелкими животными. Далеко не очевидно, что симметрия оказалась бы для медуз бесполезной. Они, безусловно, сталкиваются с опасными и (относительно) быстрыми хищниками, такими как морские черепахи, и, казалось бы, у медузы, способной извиваться вправо-влево, а значит, быстрее плыть, было бы больше шансов спастись. Но, очевидно, в той нише, которую занимают медузы, польза от более совершенного способа уплывать от хищников попросту не перевешивает преимуществ от сохранения примитивного плана строения тела и образа жизни. Одна из главных причин разнообразия жизни заключается в том, что отличаться от большинства сравнительно одинаковых форм – зачастую уже преимущество.

Любопытно, что некоторые виды изначально двусторонне-симметричных животных утратили этот тип симметрии тела и вернулись к более примитивному плану строения, надо полагать, потому, что в той среде, где они обитают, подобная геометрическая организация дает какие-то преимущества. Изучая подобные случаи, можно многое узнать о том, какие условия будут благоприятны, а какие неблагоприятны для возникновения двусторонней симметрии на других планетах. Эти отступники – наши старые знакомые, иглокожие со своими амбулакральными ножками. Они отказались от привычной двусторонней симметрии в пользу лучевой. О том, что изначально по своему происхождению морские звезды и ежи были двусторонне-симметричными, известно благодаря их мелким свободно плавающим личинкам, у которых явно имеются правая и левая стороны. Когда же они находят подходящее место, чтобы осесть и превратиться во взрослое животное, одна половина их тела почти целиком отмирает, и они приобретают заметно круглую или звездообразную форму. Зачем же они это делают?

Ответ, вероятно, связан с их ножками. В такой среде, где трубчатые ножки дают преимущество, – например, на неровной, пересеченной местности или скользкой поверхности в очень вязкой текучей среде – двусторонняя симметрия, оказывается, не так уж полезна. При опоре на множество независимо действующих ножек направленность теряет смысл. Иглокожие и, как я подозреваю, их инопланетные аналоги осторожно передвигаются на тысячах крошечных ножек, получая достаточное сцепление, в то время как быстроногое двусторонне-симметричное животное будет постоянно поскальзываться и падать.

А как насчет инопланетян? Движение на Титане и Энцеладе

Теперь, когда мы рассмотрели эволюционные требования к движению, можем ли мы строить предположения насчет инопланетян и проверять их? На двух спутниках Солнечной системы, которые считаются наиболее вероятными кандидатами на наличие там жизни, есть весьма интригующие условия – большие объемы текучих сред, в которых могла бы существовать жизнь. На Энцеладе, спутнике Сатурна, под более чем 30-километровым слоем льда скрывается океан соленой воды. Недавний анализ данных с космического зонда «Кассини» показывает, что этот океан покрывает весь спутник и может достигать 30 км в глубину (для сравнения, Марианский желоб – глубочайшая впадина земных океанов – глубиной около 11 км, но большинство земных морей не глубже 3–4 км). Разница в температуре и давлении между океаническим дном на Энцеладе и ледяной поверхностью, должно быть, огромна; маловероятно, что все это разнородное пространство целиком населено живыми организмами.

Какие бы формы жизни ни возникли на Энцеладе, они обитают либо на границе океана и ледяной коры, либо на дне океана или плавают в самом океане. Если верно последнее, то нет причин, по которым стратегии, выработанные эволюцией на Земле, – перемещение с помощью гребных движений, реактивной струи или бьющихся ресничек – не оказались бы идеально пригодными и для Энцелада. Но на границе воды и льда возможно формирование другой экосистемы. В отличие от морского дна, на котором шла эволюция земной жизни, на Энцеладе твердое «дно» находится над жидким морем. Существам, осваивающим эту нишу, понадобится положительная плавучесть, чтобы не тонуть. Выталкивающая сила преодолеет силу тяжести и займет ее место, так что их «вес» будет тянуть их вверх.

Во многих отношениях вся эта экосистема будет напоминать морское дно, только вверх тормашками. Нет причин, по которым все сложные сообщества земного морского дна не могли бы существовать в перевернутом виде на границе воды и льда на Энцеладе. Инопланетные аналоги крабов могли бы бегать по нижней поверхности льда, черви и другие мягкотелые создания – рыть во льду ходы для укрытия, хищники с глазами, обращенными вверх, – плавать в воде, высматривая на льду существ, на которых можно наброситься снизу. Даже на Земле на нижней стороне айсбергов обосновалась простейшая экосистема из водорослей и организмов, ими питающихся. Впрочем, главная проблема подобной экосистемы в том, что мертвые животные, скорее всего, будут тонуть (так как твердые тела плотнее воды), лишая экосистему одного из главных источников пищи, поддерживающего жизнь на морском дне. Там не будет дождя органики из мертвого планктона – трупики там будут «возноситься» со «дна» и безвозвратно исчезать в глубинах!

У другого спутника Сатурна, Титана, на поверхности есть реки и озера, там идет дождь, размывающий горы и стекающий в море. Однако там чересчур холодно для жидкой воды – около минус 180 ℃. Жидкости на Титане – это углеводороды, которые на Земле были бы газами: метан и этан. Радиолокационные измерения, проведенные зондом «Кассини», показали, что, хотя там и нет бездонных глубин, подобных подледному океану Энцелада, некоторые озера Титана достигают в глубину 160 м, что сравнимо с озером Лох-Несс в Шотландии. Если в этих озерах есть жизнь, она основана на биохимии, столь непохожей на земную, что ее практически невозможно достоверно описать.

Однако механизмы, которые подобная жизнь может использовать для передвижения, вероятно, будут не слишком отличаться от тех, которыми пользуются животные озера Лох-Несс. О свойствах жидких озер Титана еще многое неизвестно, но считается, что они состоят в основном из метана, который в шесть раз более текуч, чем вода. Поэтому в обогащенном метаном озере стратегии движения, возможно, будут больше напоминать передвижение земных обитателей в воздухе, а не в воде. Эффективность гребных движений лапами или плавниками будет намного ниже, а движений микроскопических ресничек в текучей жидкости может оказаться вовсе недостаточно, чтобы удержать мелкие организмы на плаву в толще жидкого метана.

С другой стороны, тщательные наблюдения за отражениями солнечного света от поверхности показывают, что на Титане, скорее всего, не бывает волн выше нескольких миллиметров. Возможно, там практически нет ветра либо озера обладают большей густотой и вязкостью, чем представлялось ранее. Во время экспериментов в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института были смоделированы условия, существующие на Титане, и обнаружилось, что там, вероятно, бензолы выпадают в виде снега, попадая в озера и образуя густой насыщенный раствор, наподобие солевого раствора Мертвого моря в Израиле. В такой среде реснички или реактивный сифон могут оказаться более полезными, а густая, липкая, как суп, консистенция жидкости будет крайне благоприятна для медленных, скорее даже роющих движений; там возможно даже появление трубчатых ножек. Но даже если относительные преимущества различных механизмов будут отличаться, арсенал техник движения останется прежним.

* * *

Мы не можем с уверенностью утверждать, что представленный обзор стратегий передвижения на Земле полностью исчерпывает все возможные стратегии во Вселенной. Но, начав разговор с физических характеристик движения, мы убедились, что практически все мыслимые механизмы уже реализованы на Земле. Если физическая среда иной планеты хотя бы отчасти напоминает земную, можно не сомневаться, что, по крайней мере, некоторые способы передвижения обитающих там животных покажутся нам очень знакомыми. Конечно, должны существовать и весьма странные планеты, населенные странными существами, передвигающимися странными способами, но в большинстве иных миров будут наблюдаться ограничения, близкие к земным, и, соответственно, похожие решения. Механика движения слишком однозначна, слишком последовательна, чтобы допускать возникновение совсем уж невероятных стратегий передвижения. Живые организмы, обитающие во Вселенной, скорее всего, передвигаются так же, как земные.

Разумеется, может оказаться, что инопланетные создания физически резко отличаются от тех, что окружают нас. Возможно, они могут беспрепятственно проходить сквозь твердую породу, потому что сами не твердые. Могут ли существовать газообразные существа? Мы не можем полностью исключать такой возможности, но считаем ее маловероятной, потому что жизнь по своей природе, по-видимому, связана с концентрацией энергии в одном месте, а не с рассеиванием ее. Но даже если допустить возможность существования газообразных инопланетян, можно не сомневаться в том, что они встречаются редко по сравнению с заключенными в некую оболочку существами вроде нас, чей выбор ограничен элементарным набором стратегий передвижения, как это происходит на Земле.

Таким образом, мы можем быть уверены, что большинство инопланетных животных окажутся двусторонне-симметричными. У многих обитателей границы между твердой и текучей средами непременно будут ноги, которые, вероятно, не сильно отличаются от знакомых нам. Инопланетянам, живущим в неплотной текучей среде наподобие воздуха, придется парить, словно аэростатам, или использовать воздушные потоки для создания подъемной силы, чтобы не упасть. Обитатели более плотной текучей среды, такой как вода, могут обладать нейтральной плавучестью, при этом двигаться вперед за счет гребли, изгибания тела или реактивной струи. Как это ни удивительно, инопланетный ландшафт скорее всего покажется нам узнаваемым с первого взгляда, всего лишь благодаря знакомым способам передвижения обитателей этого мира!

5
Каналы коммуникации

Выйдите прогуляться в лес, и вы окажетесь среди животных – чирикающих, шуршащих, пищащих. Невозможно не заметить звуков, которые издают мириады существ вокруг вас. Но о присутствии этих животных вам расскажут и другие органы чувств: вы видите черного дрозда, который прыгает по земле, задрав хвост; вас раздражает прикосновение комара к вашей коже; а возможно, вы чувствуете запах лисьего семейства или, что еще вероятнее, кучи конского навоза на ближайшей тропинке для верховой езды. Ясно, что у нас не одно, а целый спектр чувств – зрение, слух, обоняние, осязание и вкус, но мы редко задумываемся о том, как различные чувства дополняют друг друга, давая нам информацию об окружающем мире, в том числе о животных, занятых своей повседневной жизнью. Некоторые из этих знаков и сигналов, воспринимаемых каждым органом чувств, адресованы либо нам, либо другим животным, иные – всего лишь побочный продукт обычной деятельности животного: пчела жужжит, когда машет крылышками в полете, буковые орешки сыплются вниз, когда белка мчится по деревьям.

Но многие признаки присутствия и деятельности различных животных на самом деле относятся к области коммуникации: они развились в ходе эволюции и стали служить целям животного, посылающего сигнал. Эта коммуникация осуществляется через различные каналы чувственного восприятия, например звуковой и зрительный, – их называют модальностями. Зачастую сигналы создаются в результате одной и той же деятельности в разных модальностях – например, когда кролик роет нору на склоне оврага, эти сигналы расходятся от животного, словно круги по воде, одновременно в виде изображения, звука и запаха (пусть, возможно, и не ощутимого для человеческого носа).

Модальности коммуникации

Зачем нам столько органов чувств? Так ли уж необходимо нам (и другим животным) одновременно видеть и слышать то, что происходит вокруг нас? Есть веские основания полагать, что использование множественных модальностей для восприятия мира и коммуникаций помогает животным выстоять в изменчивых условиях окружающей среды. В непогоду ливень может заглушить звуки, но темной ночью звук может оказаться единственным способом воспринимать то, что происходит вокруг. Это свойство называется мультимодальной надежностью: отправка одного и того же сообщения по разным каналам снижает вероятность того, что сообщение потеряется.

К тому же использование не одной, а множественных модальностей иногда помогает животным передать более полный набор информации: это позволяет расширить возможности коммуникации. Ваша собака умеет передать немало информации своим «гав»; научные исследования показывают, что люди чутко воспринимают тончайшие оттенки собачьего лая и умеют различать лай дружелюбной, злобной или одинокой собаки даже в отсутствие других сигналов. Но соедините звуки, издаваемые псом, и язык его тела – позу, хвост (виляющий или поджатый), направление его взгляда, положение ушей – и к нашему восприятию внутреннего психического состояния пса добавится масса дополнительных сведений, позволяющих нам достаточно хорошо понять, что он чувствует, даже при отсутствии понятного общего языка. У собак, как и у их близких родственников волков, в ходе эволюции сформировалась сложная мультимодальная система сигналов, которая сообщает их сотоварищам по стае (будь то псовые или люди) подробную информацию о социальной среде и о том, как будут развиваться поведенческие взаимоотношения между особями: нападет она или убежит? Захочет спариться или нет?

Таким образом, мир полон сигналов, передаваемых разными физическими способами коммуникации, из которых самые очевидные для нас – изображение и звук. Является ли случайностью то, что наша собственная речь сформировалась как акустический сигнал? Что, если использование нами звукового канала коммуникации – явление нетипичное, или все же звук сам по себе обладает какими-то особыми свойствами, благодаря которым он непременно становится способом передачи сигнала? Может быть, то, что нас со всех сторон окружают звуковые сигналы, всего лишь специфическая особенность условий нашей планеты? Или у звуковых волн есть какие-то особые качества, в силу которых они лучше всего подходят для того, чтобы стать средством коммуникации – даже в виде языка? Можно ли ожидать, что инопланетяне будет использовать устную речь? И если да, то что сей факт может рассказать нам об условиях, существующих на их планете, а если нет, то какой вид модальности окажется самым подходящим для этих условий?

Чтобы ответить на этот вопрос, можно, конечно, предаться увлекательным мысленным экспериментам, основываясь, например, на некоторых творческих идеях по поводу типов коммуникации у инопланетян в научной фантастике – таких как телепатия у вулканцев из сериала «Звездный путь» (Star Trek) или язык круговых символов у гептаподов из фильма «Прибытие» (Arrival). Однако есть способы и получше. Можно, опираясь на те же законы физики, которые одинаково действуют и на Земле, и на вымышленной планете Вулкан, подумать о том, какие способы передачи сигналов (модальности) подойдут для коммуникации, а какие не подойдут, с учетом конкретных физических свойств среды, в которой обитают инопланетные существа. Возвращаясь к базовым принципам, следует прежде всего выяснить, что совершенно необходимо для коммуникации.

Самое простое определение коммуникации – это процесс взаимодействия, при котором полезная информация производится одним индивидуумом и передается другому, который затем расшифровывает информацию. Эти базовые и, безусловно, универсальные требования применимы даже к самым причудливым и неожиданным формам коммуникации в самых чуждых и непривычных нам мирах. Как раз эти фундаментальные принципы и вынуждают науку отвергать идею телепатии – не потому, что она бесполезна, а потому, что мы не представляем себе, каким способом можно порождать, передавать и расшифровывать телепатический сигнал. Если когда-нибудь найдется объяснение телепатической связи, отвечающее фундаментальным законам физики, такой вариант, конечно, будет заслуживать рассмотрения. К этой интригующей возможности я вернусь позже в этом разделе.

Идея, что сигнал содержит полезную информацию, особенно примечательна, так как некоторые модальности, по-видимому, лучше приспособлены для передачи больших объемов полезной информации, чем другие. Представьте себе, что вы молча сидите в классе, где ваш единственный способ общаться с учителем – поднять руку. Можно только поднимать руку, а не говорить, не писать на доске (и, разумеется, не использовать язык жестов). Хотя учитель может получить от учеников кое-какой ограниченный объем информации (например, задавая вопросы, требующие ответа только «да» или «нет»), можно догадаться, что подобный тип двоичного сигнала по ходу коммуникации заведет в тупик. Если нужно узнать, какой тип коммуникативной модальности может послужить основой для последующей эволюции языка, мы можем применить простое и надежное правило, спросив: «А стихи так писать можно?» В нашем случае ученики, поднимающие руки, не выглядят убедительными кандидатами в поэты. Модальности, на которых может основываться сложная коммуникация, должны обладать широкими возможностями, позволять передавать оттенки смысла и умещать в сигнал большие объемы информации.

Механизмы передачи некоторых сигналов действуют только на очень близком расстоянии. Осязание – крайне важное чувство для многих животных; груминг и чистка перьев служат для установления социальных связей у приматов и птиц, и даже человек получает подробную информацию о других людях по манере их прикосновения – уверенной, небрежной, нежной и т. д. Усы (вибриссы) мышей и кротов позволяют им находить дорогу в темноте исключительно на ощупь. Но такие каналы восприятия рассчитаны на весьма короткую дистанцию – вам нужно находиться совсем близко к собеседнику, чтобы воспринимать его сообщение, а это накладывает существенные ограничения, делая сами способы не слишком пригодными для передачи сложных сигналов. Поэтому здесь я собираюсь уделить внимание главным образом сигналам, способным распространяться на достаточно большие расстояния. Впрочем, что интересно, существует по меньшей мере один вид осязательных сигналов дальнего действия. Усы тюленя реагируют на мельчайшие потоки воды, что позволяет животному улавливать движение на значительном расстоянии. Однако этот способ обнаруживать вибрацию в текучей среде на самом деле не так уж сильно отличается от передачи и восприятия звука. Стоит лишь помнить, что способность, которая на нашей планете называется «слухом», на другой планете может реализовываться совсем иначе, например с помощью чувствительных усов инопланетных тюленей.

Возьмем, например, стаю волков, которым необходимо сотрудничать, чтобы выжить. Они живут в суровых условиях, где пищу добыть непросто, и единственный способ обеспечить себя достаточным количеством энергии – это охотиться нечасто, но на крупную добычу, такую, которой хватит больше чем на один укус. Чтобы охотиться на животных крупнее себя, волки должны объединиться, а кооперация требует общения в той или иной форме. Волки как вид представляют особый интерес для нашего исследования, потому что у них много общих свойств с нашими собственными предками: они должны сообща добывать ресурсы и защищаться от других хищников; они обладают высоким интеллектом и социальными навыками, необходимыми для жизни в большой группе себе подобных; кроме того, они, несомненно, обладают даром голосовой коммуникации. Характер их общения между собой – как и у наших предков – отвечает требованиям подобного образа жизни.

Эта коммуникация должна быть быстрой – нет смысла пытаться скоординировать охоту, если добыча убежала до того, как сигналы достигли адресата. Полезна также возможность идентифицировать сигналы – определить, кто именно «говорит». Важна, по-видимому, и возможность воспринимать сигналы независимо от того, где находится тот, кому они адресованы, – например, звук мы можем расслышать, даже спрятавшись за кустом, однако, чтобы распознать визуальные сигналы, необходимо видеть того, кто их подает. Не желая излишне обобщать и делать далекоидущие допущения насчет коммуникаций на других планетах, отметим лишь, что для того, чтобы у сигнала была возможность эволюционировать и развиваться в сторону усложнения, важны определенные физические свойства, причем одни модальности будут обладать этими свойствами, а другие нет.

Так сколько же различных модальностей существует и сколько из них можно непосредственно наблюдать на Земле? Оказывается, животные нашей планеты в ходе эволюции развили способность использовать чуть ли не все мыслимые каналы передачи и восприятия информации. Некоторые из них хорошо нам знакомы – слух, зрение, обоняние, другие достаточно неожиданны: в частности, некоторые рыбы общаются с помощью электрического поля. Многие животные на Земле даже способны воспринимать магнитное поле, хотя, насколько известно, никто из них не использует эту способность для непосредственного общения друг с другом. Радиоволны тоже не используются, но эту возможность, как и возможность общения с помощью электромагнитных сигналов, нельзя исключить, когда мы говорим о коммуникации инопланетян. Итак, давайте совершим обзорную экскурсию по удивительному арсеналу коммуникационных модальностей животных и посмотрим, что в результате мы сможем узнать как о самой природе общения, так и о возможностях, которые могут быть доступны животным на других планетах.