Текст книги "Любовь и смерть в живой природе. Брачные игры животных, обряды прощания и другие причуды биологии"

Пусть даже это правило и не абсолютно, вполне возможно проследить взаимосвязь между уровнем родства в данном сообществе и способностью этих организмов к сотрудничеству. Креветки Synalpheus, живущие в губках, связаны между собой как родные братья и сестры, а размножением землекопов полностью управляет королева, которая таким образом является родоначальницей единокровной колонии. Все стерильные особи, трудящиеся в туннелях, генетически очень близки.

О куриных бегах и ракетах

Само собой, биология – это наука, которая не ищет простых объяснений, поэтому сплоченность колонии определяется не только родством ее членов[74]74
  На самом деле в научном сообществе ведутся ожесточенные споры насчет того, является ли формула Гамильтона достаточным обоснованием эусоциальности. Если вкратце, то существуют два лагеря. С одной стороны, Эдвард О. Уильсон и его коллеги считают, что родственный отбор не является необходимым для объяснения кооперации, наблюдаемой у насекомых. Скорее, утверждают они, это отбор, который происходит на уровне всей группы. Эта идея вызывает множество споров, поскольку эволюционная биология подразумевает, что отбор применяется к отдельным особям (именно они размножаются либо не размножаются, и именно они являются средствами передачи генов, а не группы, к которым они принадлежат). Тем временем в другом лагере… остальное научное сообщество на множестве публикаций доказывает, что родственный отбор – это проверяемая на практике гипотеза. И проверяемая успешно. Спор вышел на новый уровень в 2010 году, когда одна за другой вышли несколько научных статей на эту тему. Настоящая научная мини-драма!


[Закрыть]. Только вспомните предсказание Ричарда Александра о землекопах! По его мнению, эусоциальность должна проявляться в большей степени, когда организмы буквально «живут» в своей пище, которая неоднородно распределена в окружающей среде. Действительно, у землекопов есть веский стимул оставаться в колониях, которые защищают ценный ресурс в дефиците, и гораздо меньше причин покидать колонии из-за высокого риска умереть от голода, прежде чем они найдут замену этому ресурсу.

Выдвигались и другие гипотезы с целым рядом других сценариев (разбирать каждый из них пришлось бы очень долго), но не могу не упомянуть одну важную деталь: чтобы сотрудничать, вовсе не нужно состоять в родственных связях. И все тот же Гамильтон попытался выяснить, как это работает.

Представьте: вы крутой подросток прямиком из 1950-х, и вам хочется доказать собственную храбрость. Вы садитесь за руль папиной машины и бросаете вызов противнику: вы собираетесь стартовать навстречу друг другу, а проиграет тот, кто первым нажмет на тормоз, чтобы избежать столкновения[75]75
  Несколько иная версия показана в фильме «Бунтарь без причины» (1955). Джеймс Дин участвует в аналогичном соревновании: две машины стартуют на скале в направлении обрыва, и проигрывает тот, кто выпрыгнет из машины. Герою в итоге повезло больше, чем его сопернику: тот зацепился ремешком на рукаве куртки за дверную ручку и красиво улетел в бездну. Как бы то ни было, невозможно обойти вниманием совершенно абсурдную сторону этой игры: при любом раскладе участники теряли свои машины. Либо болиды тех времен стоили сущие копейки, либо участники действительно были готовы дорого заплатить, чтобы доказать собственную храбрость!


[Закрыть].

Эта игра в «куриные бега» – разновидность дилеммы заключенного, которую вкратце можно изложить так: полиция задержала двух подозреваемых и пытается добиться от них признания. Поместив их в разны комнаты, полиция ставит каждого перед выбором: сдать своего сообщника или хранить молчание. Последствия такого выбора изложены в таблице ниже.

Если они предают друг друга, то каждый получает два года тюрьмы. Если оба продолжают хранить молчание, то каждому грозит только год тюрьмы.

Но если один из них предает другого, а тот продолжает хранить молчание, то он получает три года, а его коллега-предатель выходит на свободу. Этот простой пример взят из учебника по теории игр – области математики, которая занимается «рациональными» стратегиями, которые агенты должны выбирать в различных ситуациях.

Так, эта наука говорит нам, что в ситуации, когда оба действующих лица не могут общаться, их рациональный выбор будет заключаться в том, чтобы уравновесить другого. Персонаж А должен сказать себе, что, если он дает показания, а другой при этом не говорит ничего, то он выходит сразу же, тогда как если они оба дают показания, то он получит два года тюрьмы. В любом случае, это не так страшно, как быть преданным и провести три года в тюрьме! Конечно, оптимальным решением для каждого из них будет молчание, но поскольку ни один из них не может быть уверен в добросовестности другого, для обоих жуликов рациональной стратегией будет… предательство.

Таким образом можно смоделировать любые ситуации, будь то «куриные бега», Кубинский кризис или холодная война: у обеих сторон был выбор – вкладываться в ядерное оружие или потратить эти деньги на более привлекательные цели (образование, здоровье, изобретение новых рецептов с максимальным содержанием кориандра[76]76
  Если вы – носитель гена OR6A2, из-за которого вам кажется, что аромат этой травы напоминает рвоту, знайте: мне искренне вас жаль. Трудно, должно быть, так глубоко заблуждаться.


[Закрыть]). Конечно, гораздо больше пользы человечеству принесло бы решение обеих сторон не копить боеголовки, но, увы, лучше иметь достаточно оружия, чтобы стереть с лица Земли целый континент, чем не иметь ничего в ситуации, когда конкурент им оснащен; такая альтернатива гораздо, гораздо хуже.

Гамильтон снова в игре

В 1981 году, спустя почти 20 лет после публикации статьи, которая прославила Уильяма Д. Гамильтона, он вместе с Робертом Аксельродом опубликовал исследование, которому было суждено стать самым цитируемым в политологии: «Эволюция сотрудничества»[77]77
  Axelrod, R., & Hamilton, W. D. «The evolution of cooperation», Science, 211(4489), 1981, p. 1390–1396.


[Закрыть]. В этой статье они изучают способы решить дилемму заключенного. Другими словами, как сделать так, чтобы два человека сделали выбор не в пользу эгоистического и невыгодного для всех решения, а в пользу сотрудничества? Особенно интересно это становится, когда ситуация повторяется, как это бывает в природе, где агенты часто пересекаются. Целая область исследований занята поисками выигрышных стратегий в подобных ситуациях, но самое интересное заключается в том, что два агента могут сотрудничать просто путем повторяющихся взаимодействий, следуя простым правилам!

Чтобы проверить свои гипотезы на практике, Аксельрод даже организовал турниры по компьютерным программам. Разные исследователи могли предложить лучшую, на их взгляд, стратегию, а затем они запускали каждый свою программу и сравнивали их эффективность. Победила стратегия Анатолия Рапопорта. Его стратегия была предельно проста: быть порядочным и сотрудничать в первом раунде (то есть не сдавать своего товарища следователям), а затем делать то же, что и его конкурент в первом раунде. Если он был непорядочен, значит, не стоит быть порядочным и по отношению к нему, ну и так далее. Эта стратегия, которая по сложности лишь немного превосходит логику высказывания «око за око»[78]78
  В английском есть меткое выражение «tit for tat».


[Закрыть], имеет следующее преимущество: она позволяет сотрудничеству возникать между агентами спонтанно в ходе взаимодействия. Само собой, другие исследователи с тех пор предложили вариации стратегии с разновидностью «извинений» даже в тех случаях, когда конкурент был не очень порядочным, и изучили логику возникновения этих стратегий во всех областях, где они кажутся применимыми: международные отношения, экономика, экологический кризис или, конечно, биология. У дрожжей Saccharomyces cerevisiae, например, многоклеточные сообщества развиваются в форме снежинки. Такая стратегия роста приводит к тому, что на концах ветвей происходит пролиферация клеток – и, следовательно, новые мутации. Клетки на самой верхушке с высокой вероятностью мутируют иначе, чем колония, и таким образом они обходят правила. В подобном случае достаточно, чтобы другие клетки перестали физически прикрепляться к ним, чтобы они отделились и стали дрейфовать сами по себе… чтобы создать собственное сообщество.

О жульничестве и раке

Мы все еще не до конца понимаем, какой набор правил регулирует процесс сотрудничества в живом мире. Почему и каким образом социальные группы не распадаются? Законы, которые вызывают к жизни эусоциальные группы, отвечают ли и за их долговечность? Можем ли мы математически вычислить стратегии, укрепляющие сотрудничество в таких разных областях, как управление природными ресурсами, изменение климата или экономические конфликты? Все эти темы исследований актуальны и должны предоставить нам множество интересных сведений в будущем. Но одним из самых удивительных применений этих законов остается… изучение рака.

По своему определению раковая клетка – это клетка, которая перестает сотрудничать с остальным организмом. Она уклоняется от самоуничтожения, апоптоза, и неограниченно размножается вплоть до возникновения опухолей. С технической точки зрения раковая клетка играет не по правилам многоклеточной жизни: она не участвует в разделении труда и ресурсов, поддержании деятельности организма и отказывается умирать ради блага группы. Вопреки распространенному мнению рак – порождение не промышленно-технологического века: следы опухолей были обнаружены уже в костях динозавров, к тому же многие животные страдают от рака сейчас! Именно обнаружение этих клеток-жуликов у моллюсков и тасманских дьяволов произвело небольшую концептуальную революцию.

Сейчас поясню. У некоторых видов рак передается от одной особи к другой. Тасманские дьяволы (Sarcophilus harrisii) крайне подвержены[79]79
  Этот вид находится под угрозой исчезновения, и такие территории, как остров Марайа, обустроили как заповедники для неинфицированных дьяволов. По иронии судьбы, стоило этим зверям попасть на остров Марайа, с него исчезла колония карликовых пингвинов, насчитывавшая 3000 особей, – все они стали добычей голодных сумчатых. Забота о природе – это всегда вопрос компромисса.


[Закрыть] лицевым опухолям, которые они передают через укус. Затем раковые клетки переходят от одной особи к другой в точности как паразит. Вполне возможно отследить первую пораженную особь, как это делается в случае некоторых человеческих болезней, и таким образом выявить, насколько сильно клетка изменилась по сравнению с первым носителем. Вероятно, это была клетка мозга, которая мутировала и с тех пор заразила 80 % вида. Заразные раковые заболевания наблюдались и у других животных. У собак (Canis lupus familiaris) это опухоль, которая передается половым путем и встречается среди представителей вида уже более 8000 лет, а моллюски Venerupis pullastra страдают лейкемией… которую они передали другому виду – моллюскам Polititapes aureus!

Добавим к этому и тот факт, что сами опухоли обладают своим сообществом бактерий, с которыми они соседствуют, что они манипулируют клетками организма – фибробластами – для собственного роста и вызывают образование новых кровеносных сосудов, чтобы их снабжали сахаром и кислородом. Короче говоря, все наводит на мысль о том, что раковые клетки функционируют как независимый организм, с собственными планами и эгоистичными интересами. Смотря на эту болезнь под таким углом, невольно замечаешь, как меняется ее восприятие.

Назад к истокам

Изучая гены в клетках опухолей, исследователи выявили удивительный факт: в них преобладают старые гены, связанные с нашим «одноклеточным» прошлым. Связанные же с многоклеточной формой жизни гены часто были неактивны, освобождая клетку от обязанности сотрудничать. Проще говоря, рак можно рассматривать как возвращение к одноклеточной жизни. Это открытие довольно провокационно: только вообразите себе клетку Homo sapiens, решившую вернуться в прошлое на два миллиарда лет назад! И с точки зрения самой концепции это очень сильная идея. Этим объясняется распространенность рака среди одноклеточных организмов: он в прямом смысле ровесник многоклеточности!

Первым случаем ракового заболевания в истории должна быть клетка, которая больше не хотела кооперироваться со своей биопленкой. Кроме того, мы понимаем, почему рак иногда бывает заразен или как раковым клеткам удается пройти естественный отбор и адаптироваться к лечению. Наконец, такой подход позволяет разработать подходящие методы лечения: раз он напоминает одноклеточного паразита, почему бы не разработать вакцину против него? Сегодня этот вопрос активно изучают, и результаты не заставят себя ждать… по крайней мере, я на это надеюсь. Эволюция сотрудничества – тема настолько обширная, что голова идет кругом: ее можно применить и к международным конфликтам, и колониям термитов, и нашим клеткам. По сути, мы – результат взаимосвязанных коопераций, правила которых остаются неизменными, которые восходят к истокам жизни и которым, судя по всему, нет предела.

Гены сотрудничают друг с другом в организмах особей, которые сотрудничают друг с другом в пределах обществ, которые сотрудничают друг с другом… и так далее?

8. Возникновение цвета

У каждого вида свое зрение, и каждый по-своему воспринимает цвета, поэтому смотреть на мир можно по-разному. Получается, что цвета появились в ходе эволюции?

Группа одноклеточных Warnowiaceae отличается удивительным свойством: они обладают… только одним глазом. Необычное утверждение, не правда ли? Клетка – с одним ГЛАЗОМ? Да, именно так.

Хоть эти организмы и являются частью морского планктона, они все еще слабо исследованы – например, мы не знаем, чем они питаются. Одного взгляда сквозь микроскоп достаточно, чтобы заметить их беспокойное анатомическое своеобразие.

Первый сюрприз: представители группы Динофлагеллятов обладают тем, что принято называть… поршнем. Продолговатый выступ способен быстро проступить из клетки и превзойти ее размер вдвое. Зачем? Для передвижения? Или защиты? Его предназначение до сих пор остается загадкой. Они также оснащены нематоцистами, своего рода гарпунами, которые организм стремительно выбрасывает для захвата добычи. Некоторые виды выпускают с десяток нематоцист одновременно!

Но их главная анатомическая достопримечательность, которая привлекает внимание в первую очередь, – это «оцеллоид», знаменитый «глаз». Его открытие относится к XIX веку, когда Оскар Гертвиг наблюдал и зарисовывал Warnowiaceae, в том числе и оцеллоид. Затем начались споры на тему «Это просто случайность или настоящий орган?».

Отважный Оскар так и не найдет ответ за всю свою карьеру – он переключится на другие фундаментальные вопросы биологии. В частности, именно благодаря ему мы понимаем, что оплодотворение происходит путем слияния сперматозоида и яйцеклетки, так что не будем на него обижаться.

Глаз-гибрид

Сегодня мы знаем немного больше об оцеллоиде. И это прекрасно. Подобие хрусталика фокусирует световые лучи к тому, что заменяет сетчатку. Этот хрусталик меняет форму в зависимости от условий освещения. Все это защищено своеобразной роговицей. Пигменты сетчатки являются светочувствительными белками, которые называются родопсинами. Это семейство белков, широко распространенных в живом мире – от бактерий и до примата, относящегося к роду Людей (Homo) и читающего сейчас эту книгу. Именно они отвечают за его зрение в условиях низкой освещенности, прикрепляясь к палочкам сетчатки.

Все эти свойства позволяют предположить, что эта структура действительно специально приспособлена для того, чтоб поддерживать зрение одноклеточного организма. Пытавшиеся разгадать секреты его эволюции ученые еще больше поразились, обнаружив, что его части – роговица и сетчатка – произошли от других организмов, связанных с человеком!

Роговица на самом деле представляет собой скопление митохондрий. Эти особые структуры отвечают за переработку сахара в энергию, необходимую клетке, то есть это своего рода источник энергии[80]80
  «Митохондрия – это источник энергии клетки», все знают эту истину.


[Закрыть]. Как это подробно описано в разделе 6, эти органеллы прошли удивительный эволюционный путь от состояния свободных бактерий. Другими словами, роговица состоит из бывших бактерий. Что касается их «сетчатки», то у нее та же история, но с красными водорослями в главной роли. Таким образом, оцеллоид обладает тремя разными биографиями: роговица – от бактерий, сетчатка – от красных водорослей и хрусталик – от динозавров, мухоморов и людей.

Не знаю, как вам, а мне кажется, что у этого глаза невероятная история: попробуйте представить себе глаз, созданный тремя разными видами сразу!

Сложно представить, каким образом этот оцеллоид видит мир, но наверняка он очень сильно отличается от нашего зрения. Раз его эволюционный путь так специфичен, то отличается и его восприятие, поэтому нужно признать: наше зрение лишь одно из множества других, прошедших естественный отбор в ходе эволюции.

Эволюция цвета

Повседневные предметы имеют цвета. В сочетании с той информацией, которую нам дает интенсивность освещения, они позволяют нам различать контуры предметов, а также правильно оценивать их глубину – все это создает целостное впечатление о них[81]81
  Если вы хотите произвести впечатление интеллектуала, можете использовать понятие «квалиа», которое обозначает единицы чувственного восприятия мира. Но не будем об этом, здесь все свои.


[Закрыть].

Однако каждый из этих элементов требует особых эволюционных способностей. Например, ощущение глубины – результат подсчетов, которые произвел мозг и сопоставил с увиденным нашими глазами. Поскольку такая стереоскопия требует наличия сразу нескольких светочувствительных органов, она недоступна тем организмам, у которых такой орган только один.

И аналогичная ситуация с различением точных контуров объектов: чтобы наш орган сформировал изображение, нам необходимо достаточное количество фоторецепторов. Если бы у организма была только одна клетка, чувствительная к фотонам, у него были бы лишь общие представления о яркости, но не столь же четкое визуальное изображение окружающего мира, как наше. Точно таким же образом цвета возникли в ходе эволюции.

Идея о том, что цвета могли появиться в ходе эволюции, довольно парадоксальна. Сколь бы привычной ни казалась нам мысль о том, что половые органы постепенно меняются с течением времени (см. раздел 14), мы иногда забываем, что наши органы чувств тоже являются результатом длинного эволюционного пути, который начался сотни миллионов лет назад. Однако не все разделяют эту идею.

Сторонники теории разумного замысла, по мнению которых эволюция существует, но все же направляется сверхъестественной силой, часто используют глаз в качестве аргумента для подтверждения своей логики. По их мнению, этот орган – пример структуры, сложное строение которой доказывает невозможность постепенной эволюции путем мутации или отбора.

Случайность, пусть и имевшая место миллионы раз, просто не могла бы создать нечто столь фантастически сложное, как наш глаз. И, следовательно, не может быть так, чтобы наше восприятие мира, яркости и цветов было обусловлено слепым случаем (каламбур вышел непреднамеренно, но пусть остается).

Орган «сложный и совершенный»

И тем не менее.

Эволюция зрения вызывает живой интерес биологов. Ее изучение начинается с самого Чарльза Дарвина[82]82
  Обращаться каждый раз к авторитету этого великого ученого в каждом случае, когда его интуиция подтверждалась, уже стало для биологов своего рода обычаем, ритуалом, который объединяет сообщество людей, изучающих эволюцию или рассуждающих о ней. И я не стану исключением из этого правила.


[Закрыть]. Вот цитата из его труда «Происхождение видов», впервые опубликованного в 1859 году: «В высшей степени абсурдным, откровенно говоря, может показаться предположение, что путем естественного отбора мог образоваться глаз со всеми его неподражаемыми изобретениями для регуляции фокусного расстояния, для регулирования количества проникающего света, для поправки на сферическую и хроматическую аберрацию. […] Разум мне говорит: если можно показать существование многочисленных градаций от простого и несовершенного глаза к глазу сложному и совершенному, причем каждая ступень полезна для ее обладателя […] затруднение […], хотя и непреодолимое для нашего воображения, не может быть признано опровергающим всю теорию»[83]83
  The Origin of Species, 6th ed. London: Senate, chpt. 6.


[Закрыть].

Опережая свое время на 150 лет, эта фраза и целый абзац отвечают на каждый аргумент сторонников теории разумного замысла. С тех пор исследователи прилагали огромные усилия, чтобы разобраться в деталях этих биологических характеристик, и сегодня им удалось создать историю эволюции зрения. Ученым пришлось порядочно потрудиться, чтобы в конце концов необъяснимая сложность живого мира стала мерой невежества креационистов, а не правдоподобной гипотезой!

Мир со странными глазами

Справедливости ради стоит все же отметить, что разнообразие способов восприятия света в живом мире просто поражает воображение. Судите сами: у четырехглазок (рыб из рода Anableps) глаза разделены на две части, что позволяет им плавать у поверхности и видеть как под, так и над водой – будто у них действительно четыре глаза! У хитонов, морских панцирных моллюсков, которые обычно крепятся к скалам на небольшой глубине, раковина покрыта сотнями зачаточных глаз. Каждый из них более чем в тысячу раз слабее нашего зрения, но совместно они справляются со своей ролью: покрывая все тело животного, они предупреждают его, когда к нему приближаются разные объекты, хищники например. Их особенность заключается в том, что линза (подобие хрусталика, который служит для конвергенции световых лучей на сетчатке) создана из арагонита, кристалла кальция. Другими словами, их глаза – из камня, и как следствие они стираются. Поэтому хитонам приходится делать себе новые глаза на протяжении всей жизни, чтобы продолжать видеть!

Или, например, глаза гигантского кальмара (Architeuthis dux): они бьют все рекорды по величине, легко достигая 25 сантиметров в диаметре – это больше головы человека! Такие огромные размеры позволяют проникать большему количеству света, но, вопреки распространенному мнению, это, вероятно, не позволяет им лучше видеть добычу. На самом деле, такой размер связан с одной серьезной проблемой для гигантских кальмаров: они – любимая закуска кашалотов, которые легко их обнаруживают благодаря эхолокации. Эволюция нашла уникальное решение в этой биологической гонке вооружений: благодаря гигантским глазам кальмары различают вспышки, производимые биолюминесцентными морскими организмами при приближении кашалота! Симуляции, которые провела группа шведских исследователей, доказали, что кальмар действительно может заметить кита, проходящего сквозь скопление биолюминесцентного планктона… и успеть вовремя скрыться.

Бесконечность не предел

Анатомия глаз позволяет воспринимать мир по-разному. Некоторые глаза втягиваются в голову для их защиты (например, у рыбы-гитары, Rhynchobatus djiddensis); вертикальные зрачки позволяют в точности оценить расстояние до добычи, размывая при этом фон, именно поэтому они отличают хищников, нападающих из засады (как наши домашние представители семейства кошачьих, Felis catus); другие зрачки в форме буквы W рассеивают свет внутри глазного яблока, что позволяет каракатицам различать цвета, хотя у них нет колбочек, предназначенных для этой задачи, и так далее.

Стоит нам отдалиться от позвоночных, как мы попадаем в область невероятной экзотики. Конечно, нельзя обойти молчанием сложное строение глаз членистоногих. Состоящие из множества частей, они обеспечивают довольно низкое разрешение, но при этом – широчайшее поле зрения.

У Copilia, небольших морских ракообразных (см. следующую страницу), глаз состоит из двух линз, которые расположены как в астрономическом телескопе, через который Галилей впервые взглянул на космос в 1609 году. Чтобы сфокусировать зрение, животному нужно передвинуть наименьшую из них, причем перемещается она очень быстро и резко, формируя таким образом картину окружающей среды. По словам некоторых биологов, изучавших это существо, визуальный образ формируется у него при помощи того же метода сканирования, который свойствен экранам старых телевизоров[84]84
  На старых катодно-лучевых телевизорах изображение формируется лучом, который проходит по экрану сверху вниз и слева направо. Поскольку это происходит очень быстро, мы не видим, как изображение складывается из тысяч линий и обновляется каждую шестидесятую долю секунды.


[Закрыть]. Внутренняя линза смещается немного влево и делает видимым то, что происходит справа от животного, затем перемещается обратно влево и открывает еще немного того, что происходит справа… и так в конечном счете складывается целостная картина. Трудно представить себе, каково это – смотреть на мир такими глазами![85]85
  Художник Питер Кампус попытался воспроизвести этот опыт в короткометражном фильме «Двойное зрение» (1971). Это… странно.


[Закрыть]

Другие животные, например морские гребешки, имеют более 200 маленьких глаз, на дне которых находятся зеркала! Эти отражающие поверхности на самом деле являются кристалликами β-гуанина, расположенными наподобие черепицы на месте фоторецепторов сетчатки. Почему? Когда свет попадает в глаз, кристаллы преломляют его и фокусируют на сетчатке, которая состоит из двух частей. Технически наши телескопы устроены по тому же принципу.

Ну и наконец, одно животное может обладать несколькими типами глаз. У мечехвостов, например, два сложных глаза по бокам панциря дополнены множеством более простых срединных глаз на головогрудном щите. А кубомедуза может обладать тремя типами глаз, которые сосредоточены в областях под названием ропалии. На одну медузу приходится четыре ропалии, а на одну ропалию – шесть глаз, что составляет в общей сложности 24 глаза трех типов на одну особь!

Но особенно интересный оборот дело принимает, когда мы пытаемся понять, как возникло все это разнообразие. Позволим себе немного антропоцентризма: каким образом появилась пара глаз, которые позволяют вам прочесть эти строки?

Сотворение человеческого глаза

Как довольно точно подметил автор одного бестселлера: «В начале […] Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною […]»[86]86
  Бытие 1: 2.


[Закрыть]. Первые организмы не обладали свойствами, которые могли бы позволить им как-то воспринимать свет и ориентироваться по отношению к нему. Именно тогда светочувствительные белки сгруппировались в глазное пятно у наших одноклеточных предков.

Активация светочувствительных белков запустила цепь химических реакций, которые привели к активации жгутика, а он, в свою очередь, способствовал развитию клетки.

Затем к рецепторному пятну добавились непрозрачные пигменты, функция которых заключается в маскировке поступающего света. Благодаря этому заслону организм может узнать направление лучей. Так, водоросли эвглена или хламидомонада используют это пятно, чтобы приблизиться к источнику света для более эффективного фотосинтеза.

У некоторых организмов, таких как плоские черви, глазное пятно немного изменяется и становится вогнутым. Фоторецепторы образуют впадину в виде бассейна, что позволяет им легче определять, откуда падает свет. Но, несмотря на весь этот прогресс, трудно сказать, способны ли эти существа «видеть» или нет. Фоторецепторы передают не ощущение формы, цвета или объема, а лишь общую интенсивность света, падающего в определенном направлении, оставляя изображение довольно неточным. Такой способ восприятия света возник независимо у нескольких десятков групп организмов в ходе эволюции. Это своего рода прообраз того зрения, которое будет усложняться на протяжении миллионов лет после его возникновения.

Глазное пятно еще продолжит углубляться у некоторых организмов, что мы наблюдаем сегодня, например, у наутилусов. Глаз этого моллюска представляет собой не что иное, как глазное пятно, вогнутое настолько, что оно превратилось в телесную полость. Этот глаз функционирует наподобие фотолаборатории: свет проходит через крохотное отверстие, создавая перевернутое изображение внутри полости. Этот биологический стеноп[87]87
  Стеноп (от греческого «малое отверстие») – это камера, использующая принцип темной комнаты. Все очень просто: когда свет поступает через небольшое отверстие в темное коробке, на стене напротив отверстия формируется изображение. Этот прием был известен по меньшей мере 2500 лет назад и веками использовался разными художниками, в том числе Да Винчи и Вермеером, а также его как метафору упоминали такие философы, как Декарт и Локк.


[Закрыть] уже неоднократно возникал в ходе эволюции, что можно объяснить интуитивно: «достаточно» сделать вогнутой ту часть тела, в которой сосредоточены фоторецепторы. Каждая промежуточная фаза успешно проходила отбор, поскольку ее носитель лучше различал направление света.

Остается перейти к человеческому глазу, но прежде необходимо понаблюдать за еще несколькими метаморфозами. Прежде всего, нужно добавить внутрь глаза жидкость – стекловидное тело. Оно снижает риск занести инфекцию в «темную комнату», которая благодаря стекловидному телу остается стерильной. Теперь понятно, насколько важен этот эволюционный этап! И наконец, в качестве линзы для фокусирования световых лучей – хрусталика – появляются особые клетки эпидермиса, которые ранее защищали вход в полость. При этом с каждым новым шагом эволюции улучшается четкость изображения, способность видеть вне воды и так далее. Все эти шаги, которые привели к появлению глаза у позвоночных, были сделаны относительно быстро в масштабах истории развития многоклеточных организмов.

Давайте проясним ситуацию: у нашего общего с миногами предка, жившего около 500 миллионов лет назад, уже были глаза, подобные нашим. Эта эпоха отмечена неожиданным всплеском морфологического разнообразия, которого раньше история не знала, – кембрийским взрывом. Именно в этот период появились позвоночные вместе со многими другими группами существ. Их глаза приобрели множество важных свойств, которые сохранятся и в дальнейшем. Короче говоря, хрусталик, роговица вместе с рецепторами появились полмиллиарда лет назад.

Не разобравшись в эволюции фоторецепторных клеток, колбочек и палочек, мы не сможем ответить на наш первоначальный вопрос: почему мы видим мир в цвете?

О колбочках и сигналах

Прежде всего, длинная череда организмов, роднящих нас с отдаленными предками, показывает, насколько абсурдна сама идея о том, что эволюция всенепременно должна улучшать или усложнять организмы. Действительно, с кембрийских времен наши глаза не приобрели, а только потеряли колбочки! Наши позвоночные предки имели четыре фоторецепторные клетки (они были тетрахроматами), пики чувствительности которых находились соответственно в ультрафиолете (который нам сегодня недоступен[88]88
  На самом деле существует несколько способов «видеть» за пределами видимого спектра, прежде всего в ультрафиолете. Первый – это афакия, то есть патологическое состояние глаза, при котором в нем отсутствует хрусталик. Именно он обычно отфильтровывает ультрафиолетовый свет, а без него мир окрашивается в голубые тона. Среди жертв такой патологии был художник Клод Моне, и это видно по тому, как его «Кувшинки» становятся все более голубыми ближе к концу его жизни. Это связано с колебаниями ультрафиолета, которые колбочки воспринимают как сине-фиолетовые! Другой способ – носите свежевыстиранную белую майку в ясную погоду. Стиральные порошки часто содержат осветляющее вещество, которое поглощает ультрафиолет и переводит его в видимый спектр. Благодаря этому химическому трюку футболка кажется белее белого. Но технически эта яркость исходит от ультрафиолетового света.


[Закрыть]), фиолетовом (S-колбочки), зеленом (М-колбочки) и желтом (L-колбочки). Трудно сказать, что именно они воспринимали, но ясно, что диапазон различаемых ими цветов был шире нашего. Действительно, если у птиц и рептилий эти клетки (для знающих – это WS1, SWS2, Rh2 и LWS) все еще есть, то первые млекопитающие потеряли две из них. Дело в том, что животные, которые избегали динозавров и вели ночной образ жизни, не ощутили на себе никакого давления со стороны естественного отбора для того, чтобы воспринимать цвета, отсутствующие ночью. В итоге у них остались только две колбочки, чувствительные к фиолетовому и зелено-желтому. Именно это наследие объясняет, почему подавляющее большинство млекопитающих являются дихроматами… и, следовательно, дальтониками[89]89
  Точнее говоря, у большинства млекопитающих развита протанопия. Это означает, что, с точки зрения птиц, мы страдаем дальтонизмом, а с точки зрения раков-богомолов, так и вовсе безнадежно поражены им, так что давайте не будем слишком самоуверенными.


[Закрыть]!

Кроме того, 35 миллионов лет назад у некоторых видов приматов появилась новая колбочка, чувствительная к длинам волн зеленого цвета. Поэтому их потомки, среди которых находимся и мы, являются трихроматами. Пока что неизвестно, насколько сильным было давление естественного отбора, которое способствовало сохранению этой колбочки, но вполне вероятно, что это как-то связано с поиском пищи в лесу. В настолько зеленой среде обитания очень ценно иметь преимущество в виде дополнительной колбочки, которая позволяет обнаруживать спелые плоды или самые нежные листья. Наличие колбочки может быть связано и с половым отбором, учитывая, что у многих приматов прилив вполне себе красной крови свидетельствует об их готовности к размножению или об эмоциях.

Поздравляем: наконец, после сотен миллионов лет эволюции, вы получили глаз образца Homo sapiens. Четыре колбочки, потом две, затем три… словом, наш разноцветный мир – это история потерь и приобретений. Наш глаз не самый функциональный, он различает лишь малую часть того, что видят другие существа, но он – наш, и это результат долгого и хаотичного путешествия, сформированный под давлением того отбора, которому подверглись наши предки.

Как видят мир растения?

Очевидно, у нас нет всех возможностей, необходимых для того, чтобы интуитивно понять, как видят мир другие живые организмы на планете. Хотя мы вполне способны смоделировать дихроматическое (или дальтоническое) зрение, уменьшив количество цветов на картинке, или представить, каким образом видит мир глаз, более рудиментарный, чем наш, ухудшив качество фотоснимка или размыв его, нам по-прежнему трудно представить, что чувствует рак-богомол со своими 16 колбочками или каким мир предстает перед глазами рачка Copilla, устроенными наподобие телескопа[90]90
  В этой фразе кроется важный философский вопрос: как в действительности узнать, что именно чувствует другой живой организм? В статье «Каково быть летучей мышью?» философ Томас Найгель утверждает, что этот опыт навсегда останется недоступным нам. Другие исследователи, как Дэниел К. Деннет, решительно опровергали недоступность этого опыта, так что эти дебаты о природе сознания продолжаются и сегодня.


[Закрыть].

Эти примеры касаются только животного мира, но последние исследования показывают, что растения тоже могут различать форму и цвет. Так, древесная лиана Boquilla trifoliolata способна к мимикрии: ее листья приобретают вид поддерживающих ее других видов растений, мимикрируя под их цвет, форму и ориентацию в пространстве листьев, а также под размер черешков, соединяющих листья со стеблями, и так далее. Исследователи все еще изучают механизмы, которые стоят за этой способностью. По-видимому, они связаны с наличием небольших светочувствительных структур, так называемых оцеллий, о которых нам предстоит еще многое узнать. Да и в целом исследования о том, как растения воспринимают мир, могут подтолкнуть нас к пересмотру многих устоявшихся представлений.

Рак-богомол

В общем, способы восприятия цветов и форм в живом мире невероятно разнообразны, и многое еще остается недоступным для нашей интуиции. Ультрафиолет, инфракрасный свет и поляризация световых волн – вся эта визуальная информация скрыта от наших глаз. Цвета нашего мира непрерывно эволюционируют на протяжении сотен миллионов лет, и можно с уверенностью сказать, что в масштабах геологического времени наша планета была и будет представлена в невероятном разнообразии цветов!