Текст книги "Метазоа. Зарождение разума в животном мире"

В арсенале свойств тех форм жизни, что существовали до появления животных, есть одно, которое мне хотелось бы выделить особо. Я его уже касался, но теперь хочу поместить в центр внимания. Это свойство – двустороннее сообщение между живыми системами и средой. Здесь имеется в виду и уже упоминавшийся поток ионов, и поглощение органических веществ, и удаление отходов. Клетки обособлены, но не изолированы от мира. Клеточные формы жизни сообщаются с внешней средой, и это крайне важно.

У этого двустороннего обмена есть как метаболическая сторона – клетка получает энергию и использует ее для поддержания жизни, – так и информационная. Какие-то поступления извне важны сами по себе (прежде всего пища), зато другие могут предостеречь, подсказать или сообщить некую важную информацию. Метаболическая сторона этого двустороннего обмена – непременное условие продолжения жизни. Жизнедеятельность организма невозможна в отрыве от энергетического потока, который начинается и заканчивается вовне{31}31
  На мое мнение по этому вопросу повлияло выступление Джона Аллена на коллоквиуме имени Артура Сэклера, организованном Национальной академией наук США в 2014 г. Природа живых систем – способ их существования в условиях бесконечного электрохимического движения – неизбежно одаривает их чувствительностью к внешним событиям.


[Закрыть]. Моя коллега Маурин О'Мэлли великолепно сформулировала эту мысль; соединив химический термин с образом из совершенно другой области, она сказала: чтобы жить, нужно научиться существовать «на окислительно-восстановительных американских горках, постоянно отдавая и получая»{32}32
  В электронном письме в 2017 году.


[Закрыть]. (В процессе окислительно-восстановительной реакции молекулы обмениваются электронами.) О'Мэлли хотела подчеркнуть, что чувствительность к событиям и изменениям во внешней среде – неотъемлемая характеристика живых организмов. У них нет возможности задраить все люки, они открыты миру в силу своей потребности в энергии. Открывшись миру, живые системы неизбежно будут испытывать на себе его влияние. А так как происходящее снаружи влияет на живую систему, эволюция обязательно попытается как-то эту чувствительность использовать: организмам часто удается отыскать способ реагировать на происходящее так, чтобы поставить его на службу своим целям, какими бы примитивными они ни были. Все известные клеточные формы жизни, не исключая и крошечных бактерий, обладают способностью ощущать мир и реагировать на него. Ощущение, как минимум в самых его базовых формах, старо как мир и встречается повсеместно{33}33
  Памела Лайон в своей работе детально и с неожиданной стороны рассматривает вопрос о базовых формах ощущения. Самый нижний уровень – это однофакторные системы преобразования сигнала у бактерий; внутренний контроллер клетки отвечает на стимулы, поступившие из внешнего мира в отсутствие рецептора или сенсора на ее поверхности. См. статью Памелы Лайон «The Cognitive Cell: Bacterial Behavior Reconsidered,» в журнале Frontiers in Microbiology 6 (2015): 264.


[Закрыть].

Многоклеточные

Перечисленные идеи составляют одну из двух основных тем второй главы. Живые клетки – физические объекты, но они не похожи ни на один другой знакомый нам объект. Они окружают себя мембраной, чтобы сдержать шторм активности и придать ему форму. Они заключены внутри своих границ, но вся их жизнь зависит от того, что проникает сквозь эти границы. Самоопределяющаяся и самоподдерживающаяся клетка – это самость. Следующий поворот истории подводит нас к новой разновидности объектов и к новому виду самости, а именно к животным.

Думая о животных, мы первым делом вспоминаем тех, что похожи на нас: других млекопитающих, кошек и собак, может быть, птиц. Но животный мир простирается гораздо дальше. Животные – метазоа (многоклеточные) – формируют единую массивную ветвь на общем древе жизни, генеалогической системе, объединяющей все живое на Земле. Термин «метазоа» в конце XIX века ввел в оборот Эрнст Геккель, немецкий биолог, с которым мы познакомились в первой главе{34}34
  См.: «Anthropogenie oder Entwickelungsgeschichte des Menschen» (Leipzig: Wilhelm Engelmann, 1874).


[Закрыть]. Он противопоставлял многоклеточных животных (Metazoa) одноклеточным существам (Protozoa). Корень zoa здесь тот же, что в словах зоология и зоопарк. Греческая приставка «мета» первоначально означала нечто вроде «после» или «рядом», затем приобрела смысл «выше», а сегодня часто употребляется в значении «над» – этакий взгляд сверху. Геккель, вероятно, вкладывал в свое определение такие смыслы, как «высший» и «последующий». Но одноклеточных сегодня больше не причисляют к животным, поэтому zoa в слове Protozoa может запутать. Сегодня животные – это исключительно Metazoa.

Тело животного состоит из множества клеток, существующих как единое целое{35}35
  Следом за этим я пишу, что «словом „животное“ называют любой организм, располагающийся на определенной ветви генеалогического древа, безотносительно к тому, какую жизнь он ведет». Нет ли здесь противоречия? В каком-то смысле есть. Если на линии животных мы обнаружим одноклеточный организм, он все равно будет считаться животным, согласно приведенному мной официальному определению. Нам неизвестно о животных, которые от многоклеточной формы жизни снова перешли бы к одноклеточной, но есть пример существа, которое подошло довольно близко к этой черте. Миксозои – крохотные паразиты рыб и червей. Первоначально их относили к протистам (как инфузорию). Они не одноклеточные, но близки к этому и практически на всех жизненных стадиях состоят из очень небольшого числа клеток. Оказалось, однако, что они принадлежат к типу стрекающих и являются родственниками кораллов и анемонов, только значительно более простыми. См.: Elizabeth U. Canning, Beth Okamura «Biodiversity and Evolution of the Myxozoa,», Advances in Parasitology 56 (2004): 43–131. Еще одно размышление на тему: я сказал, что «словом „животное“ называют любой организм, располагающийся на определенной ветви генеалогического древа». Хорошо, но на какой именно ветви? Согласно современной таксономии, каждой ветви можно дать имя. В каком-то смысле все они заслуживают имени. Почему не использовать слово «животные» для маленькой ветки, куда не входили бы, например, губки? Можно было бы так и поступить, при условии, что мы не упустим никого из обитающих на этой усеченной ветви. Иногда такую ветвь называют «Эуметазоа».


[Закрыть]; более того, образ жизни различных животных может кардинально различаться. К животным относятся кораллы и жирафы, крохотные осы, которые меньше некоторых одноклеточных организмов, а также киты массой в пятьдесят тонн. Есть животные, внешне неотличимые от растений. Сегодня в биологии словом «животное» называют любой организм, располагающийся на определенной ветви генеалогического древа, независимо от того, какую жизнь он ведет и как выглядит. Коралл – не менее животное, чем волк. Это не единственный способ дать определение слову «животное», но он, в отличие от всех прочих, недвусмысленный и однозначный.

Животных не разместишь на шкале от «низших» к «высшим», хотя от привычки рассуждать о них в подобном ключе избавиться непросто. На генеалогическом древе некоторые животные расположены ниже, потому что появились раньше, но насекомые, например, которые здравствуют и поныне, не ниже нас; все, что живет сегодня, – это верхушка дерева. Поэтому нет смысла рассуждать об эволюционной «шкале» или «лестнице»: животный мир устроен иначе. Есть животные, которые в самых разных отношениях сложнее других (больше органов и конечностей, шире спектр поведения, более сложный жизненный цикл), но в биологии нет места для общей шкалы от низших к высшим – такой, которая казалась естественной до открытий Дарвина.

Генеалогическая система, частью которой оказываются животные, – «древо жизни» – не всегда похожа на дерево; на множестве ее участков не все так однозначно{36}36
  Это упрощение, особенно если говорить о дереве применительно к одноклеточным организмам типа бактерий. Точнее было бы говорить о сети жизни, которая на некоторых участках напоминает дерево.


[Закрыть]. Но для простоты я продолжу говорить о ней как о дереве. Это дерево связывает все известные формы жизни на Земле в цепь предков и потомков. Оно уже очень старое, но все еще растет – благодаря эволюционному процессу, действующему на огромных промежутках времени. Какой-то вид однажды делится на два. Каждый из них идет по своему пути развития и приобретает свои особенности. Какие-то виды вымирают, но каждое звено – новый вид – если уж не вымерло, то может в дальнейшем опять разделиться на два. От изначальной развилки отделятся еще несколько веток, и на каждой будет представлен не один вид, а целое семейство.

Много лет назад, когда дерево было моложе и меньше, проклюнулась почка, давшая начало новой ветви. Ветвь уцелела, постоянно давая новые побеги, и стала особенно раскидистой и разнообразной. Организмы, помещающиеся на этой части генеалогического древа, называются животными. Эволюция бесконечна, и никто не знает, как далеко протянутся ветви древа – и ветвь животных, и все остальные. Но, хотя способы существования животных чрезвычайно разнообразны, всех их объединяет нечто общее, своего рода стиль, присущий исключительно животным, – образ жизни, изобретенный на нашей ветви дерева.

Животные произошли от одноклеточных организмов, которые превосходят бактерий по размерам и сложности внутреннего устройства. У этих клеток, эукариотов, есть особые приспособления для управления энергией – митохондрии – и развитый внутренний скелет (цитоскелет). Это сеть ниточек[6]6
  Филаменты. – Прим. науч. ред.


[Закрыть] и микротрубочек, которые движутся в согласии друг с другом, помогая клетке сохранять форму и контролировать движение.

Задолго до появления животных цитоскелет помог одноклеточным организмам выйти на новый уровень мобильности, в том числе начать активно охотиться{37}37
  Здесь мне помогла дискуссия с Патриком Килингом, состоявшаяся в 2014 году в рамках коллоквиума в честь Артура Сэклера. Эволюция цитоскелета позволила некоторым организмам упростить химию обмена веществ и высвободить ресурсы для активной, подвижной жизни. Это похоже на характеристику животных, но мы говорим здесь об одноклеточных организмах.


[Закрыть]. Эта внутриклеточная структура позволила перейти от существования, которое, как у бактерий, поддерживается в основном химическими процессами, к существованию, основанному в первую очередь на поведении – движении и действии. Все это уже звучит очень похоже на свойства животных, но мы все еще говорим об одноклеточных организмах – протистах. Некоторые из них вырастают до довольно больших размеров. Амебы рода Chaos, например, охотятся не только на бактерий, но даже на мелких беспозвоночных.

Растения – это другая ветвь генеалогического древа, другой длительный многоклеточный эксперимент, они тоже состоят из эукариотических клеток. То же самое касается грибов. Эволюция постоянно создает новые, все более крупные единицы, сливая воедино более мелкие. Так появились и сами эукариотические клетки: одна простая клетка поглотила другую{38}38
  См.: John Archibald, «One Plus One Equals One: Symbiosis and the Evolution of Complex Life» (Oxford, UK: Oxford University Press, 2014).


[Закрыть]; поглощенная клетка превратилась в митохондрию, которую эукариоты стали использовать в качестве электростанции.

В числе событий, благодаря которым на Земле появились растения и животные, был союз и другого типа – в этот раз не поглощение, но объединение. Например, клетка делится, а потом две ее дочерние клетки, вместо того чтобы отправиться каждая по своим делам, остаются вместе – в результате мутации, повлиявшей на их химическое устройство. Когда делятся эти клетки, их дочки тоже никуда не уходят. Поначалу из этого получился, скорее всего, просто живой объект более крупных размеров. Он не умел действовать как единое целое; непонятно, мог ли он размножаться или только увеличивался в размерах. Тем не менее это была еще одна ступенька на пути к новой форме жизни.

Многоклеточные организмы такого типа эволюционировали из одноклеточных не единожды. По линии животных это могло случиться около 800 миллионов лет назад (плюс-минус добрых 100 миллионов). Эти ранние формы не оставили следов в палеонтологической летописи, но мы можем представить себе, как они выглядели: дрейфующий в море клубок, сформированный поколениями клеток, отказавшихся расставаться со своими сестрами.

Но что же было дальше? Одна из популярных гипотез гласит, что следующим шагом в эволюции многоклеточных стало что-то вроде чаши, или полой сферы с отверстием. Клубок клеток сворачивается внутрь себя и становится полым. Впервые эту идею высказал все тот же Эрнст Геккель{39}39
  См. его работу «Die Gastraea-Theorie, die phylogenetische Classification des Thierreichs und die Homologie der Keimblätter,» Jenaische Zeitschrift für Naturwissenschaft 8 (1874): 1–55.


[Закрыть].

Гипотеза чаши соблазнительна, и вот почему: эту форму можно обнаружить на ранних стадиях онтогенеза – развития отдельного организма из яйца во взрослую особь – у множества видов животных. Такая полая форма называется гаструла. Не стоит, конечно, думать, будто нечто, наблюдаемое на ранних стадиях индивидуального развития, обязательно должно было присутствовать и на ранних стадиях эволюции (как предполагал Геккель), но форма чаши кажется такой древней и широко распространенной, что здесь действительно может крыться важная подсказка. Геккель окрестил это гипотетическое животное «гастрея».

Эпизод с батибиусом, описанный в первой главе, не стал для Геккеля звездным часом, но вот гастрея – дело другое. Мысль о том, что самые ранние формы животной жизни могли бы выглядеть именно так, актуальна до сих пор. Незамкнутая сфера могла бы стать зачатком пищеварительной системы, а первое животное явилось бы на свет, сформировавшись вокруг желудка. Во внутренней полости гастрея могла бы удерживать пищу; туда же она выпускала бы пищеварительные ферменты, и их не уносило бы течением воды.

Человеческая пищеварительная система тоже удерживает пищу. Что интересно, в нашем кишечнике обитает бесконечное множество живых бактерий, которые – при условии их здорового баланса – приносят нам неоценимую пользу{40}40
  Как сказано в тексте, эту мысль не всегда связывают с теорией гастреи. Эта идея была высказана в сравнительно недавней работе, и она кажется мне перспективной. См.: Zachary R. Adam et al., «The Origin of Animals as Microbial Host Volumes in Nutrient-Limited Seas.» Пока эта работа существует только в виде препринта: peerj.com/preprints/27173. Авторы не связывают свою идею с гастреей Геккеля.
  Другие ассоциации между первыми животными и бактериями обсуждались шире; см.: Margaret McFall-Ngai et al., "Animals in a Bacterial World, a New Imperative for the Life Sciences," Proceedings of the National Academy of Sciences USA 110, no. 9 (2013): 3229–36, а также Rosanna A. Alegado, Nicole King, "Bacterial Influences on Animal Origins," Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 6, no. 11 (2014): a016162. Мне кажется, все это несколько меняет теорию гастреи.


[Закрыть]. Такой вид сотрудничества очень распространен среди животных. Он мог бы наблюдаться и на ранней стадии эволюции животного мира. Геккель об этом не писал, да и позже эта мысль не была особенно популярной. Это новая идея, основанная на понимании того, что тело животного в нормальном состоянии предоставляет убежище огромным колониям бактерий, которые не только помогают ему перерабатывать пищу, но и выполняют другие функции. Признание тесного союза, связывающего наши тела с сосуществующими с ними микробами, серьезно поменяло угол, под которым биологи смотрят на животный мир. Скорее всего, союз этот уходит корнями вглубь веков. Припомните заодно историю поглощения в эволюции клетки – поглощения, благодаря которому появились митохондрии, а также хлоропласты у растений. Там метаболический союзник был перенесен внутрь клетки – или сначала попал туда, а уж затем был пристроен к делу. А здесь мы даем приют полезным микроорганизмам, которым не нужно проникать внутрь клеток, – можно сказать, что мы строим для них ферму. Различные пищеварительные экосистемы могли бы дать начало животной жизни.

Эта идея незамкнутой сферы (open-sphere idea) – оставим пока мысль о полезных микробах внутри – похожа на вторую итерацию в эволюции клеток. У клеток на этом этапе сформировалась граница с пронизывающими ее каналами, создавшая обособленную сущность, способную контролировать химические реакции. В случае животных перед нами конгломерат клеток, организовавший себя в полую сферу, – еще один объект, у которого есть внутренняя и внешняя стороны. Теперь отдельные клетки стали частью сферы и принялись контролировать движение внутрь и наружу этой новой, более крупной особи.

Начиная с этого момента – а может, откуда-нибудь еще – первые животные тела стали обретать форму. Хотелось бы представить себе следующий шаг наглядно, но, увы, палеонтологическая летопись по-прежнему ничем не может нам помочь, по крайней мере на момент, когда я это пишу. К счастью, есть животные, способные нам кое-что подсказать. Эти подсказки легко истолковать неверно; нынешние животные – это ведь не дожившие до наших дней предковые организмы, а всего лишь их дальние родственники. Они прошли через столь же длительную эволюцию, как и мы с вами. Но некоторые из них или сохраняют форму, в каких-то отношениях напоминающую древние формы, или, по крайней мере, могут сообщить о них нечто важное.

Животные, способные послужить подсказками, составляют трио – это губки, гребневики и пластинчатые{41}41
  Хорошим источником мне послужила работа Casey W. Dunn, Sally P. Leys, Steven H. D. Haddock, «The Hidden Biology of Sponges and Ctenophores,» Trends in Ecology & Evolution 30, no. 5 (2015): 282–91. Об особенностях пластинчатых см.: Bernd Schierwater, Rob DeSalle, «Placozoa,» Current Biology 28, no. 3 (2018): R97–98, а также Frédérique Varoqueaux et al., «High Cell Diversity and Complex Peptidergic Signaling Underlie Placozoan Behavior,» Current Biology 28, no. 21 (2018): 3495–501.e2. В качестве примера дискуссии о форме дерева см.: Paul Simion et al., «A Large and Consistent Phylogenomic Dataset Supports Sponges as the Sister Group to All Other Animals,» Current Biology 27, no. 7 (2017): 958–67. Если читатель недоумевает, почему, описывая на первых страницах книги погружение под воду, я утверждал, что из всех, кого мы там встречаем, только губки не имеют нервной системы, то это из-за того, что пластинчатых, у которых нервной системы тоже нет, мы вряд ли могли бы наблюдать, хотя они там вполне могли находиться.


[Закрыть]. Друг с другом они имеют мало общего. Губка, единожды выбрав себе место, уже никогда с него не сдвинется. В этом смысле губка больше напоминает растение. Некоторые губки вырастают до довольно крупных размеров. Пластинчатые, напротив, крошечные, плоские, бесформенные ползающие создания. Без микроскопа их толком не разглядишь. Ни губки, ни пластинчатые не имеют нервной системы. Гребневик[7]7
  По-английски гребневик – сomb jelly, или медуза-гребешок. – Прим. пер.


[Закрыть], как предполагает его английское имя, напоминает медузу, но этих двоих разделяет значительная эволюционная дистанция. У гребневика имеется нервная система, а плавает он, шевеля ритмично колышущимися ресничками, крошечными волосками, расположенными по бокам животного. В общем, из наших подсказок одна – неподвижное донное существо, другая не имеет нервов и различима лишь под микроскопом, а третья прозрачная и плавает.

Почему же из всех животных именно эта троица может помочь нам раскрыть тайну ранних форм жизни? Во-первых, все они простые, однако просты они по-разному. У них не так много органов и не так много типов клеток. Во-вторых, они значительно отличаются от нас генетически. Они принадлежат к тем ветвям дерева эволюции, которые довольно рано отделились от нашей.

Здесь нам стоит остановиться и задуматься о комбинации этих двух характеристик – быть простыми и быть непохожими на нас. Эти две черты не обязательно должны быть как-то связаны. Не существует убедительной причины, по которой сегодня на Земле не могло бы жить очень сложное животное, эволюционный путь которого разошелся с нашим давным-давно. Все то время, что мы развивали наши сложные тела и мозги, они тоже могли бы предаваться этому занятию. Лучший пример иной комбинации характеристик – и сложно устроенный, и весьма далекий от нас – осьминог, с которым мы еще встретимся в конце этой книги. Но осьминоги все же не настолько далеко отстоят от нас на эволюционном древе, как губки и другие животные, о которых мы сейчас говорим.

Трудно избавиться от соблазна представить дело таким образом, будто самые древние наши предки выглядели как губки, на следующих этапах эволюции напоминали медуз, и так далее. Нельзя сказать, что это абсолютно невозможно, но при взгляде на эволюционное дерево понимаешь, что такая цепь событий неочевидна. Мыслить так – значило бы определить кого-то из троюродных братьев на роль прадедушек или же считать, что одни наши дальние родственники больше похожи на прадедушек, чем другие. Когда формулируешь эту мысль в терминах братьев и дедушек, становится очевидно, что такая цепь рассуждений не имеет смысла. Однако это не исключает вероятности, что какие-то из наших дальних родственников могут таить в себе определенные подсказки.

Человеческое тело оснащено массой эволюционных изобретений (мозг, сердце, позвоночник и так далее), которые должны были как-то возникнуть. Губки и медузы обходятся без них, хотя у нас с ними есть общие предки. Следовательно, они, во-первых, демонстрируют, какими могли бы быть мы сами, если бы вынуждены были обходиться без всех этих приспособлений. Во-вторых, губки, гребневики и пластинчатые расположены не на той эволюционной линии, которая на каком-то этапе имела эти черты, а потом от них избавилась, – очевидно, что им эти черты вообще никогда свойственны не были. Более того, отсутствующие у них черты – не просто какие-то малозначимые аксессуары. Симметричное тело, у которого есть правая и левая сторона, – это изобретение. Сложное строение тканей, из которых состоят наши внутренние органы, – это тоже изобретение эволюции. Изучая далеких от нас животных, которые всех этих характеристик лишены, принимая во внимание данные генетики и ископаемые остатки, мы сможем – хотя бы отчасти – понять, как выглядели наши очень дальние предки в нижней части дерева.

Свет сквозь стекло

Традиционно губки считались важнейшим из живых ключей к разгадке тайны самых ранних форм животной жизни{42}42
  Назову пару важных работ, посвященных этой теме: Sally P. Leys, Robert W. Meech, «Physiology of Coordination in Sponges,» Canadian Journal of Zoology 84, no. 2 (2006): 288–306; Leys, «Elements of a 'Nervous System' in Sponges,» The Journal of Experimental Biology 218 (2015): 581–91.


[Закрыть]. Губки обширно представлены в палеонтологической летописи и отлично изучены. Давайте же, не делая далеко идущих предположений об их сходстве или несходстве с нашими эволюционными предками, рассмотрим губку внимательней как самостоятельное, ни на что не похожее животное.

Губки в море встречаются практически повсеместно: мягкие пальчики и пушистые деревца в умеренных водах, пышные веера на тропических рифах и башни на дне холодных морей, с которых начинается эта глава. Некоторые разрастаются поверх других организмов и не могут определять свою форму самостоятельно. Все, что они делают, так это всасывают воду своей нижней частью, прогоняют ее вверх по телу и выпускают через верхнее отверстие. Пищу, в основном бактерий, губки всасывают из воды. Есть губки, которые питаются чуть более разнообразно: в глубоких водах живут губки-хищники, которые ловят и едят мелких животных.

Тело губки сильно отличается от тел наподобие наших. Большая часть клеток, составляющих ее тело, находится в непосредственном контакте с водой, проходящей сквозь него. Тело губки представляет собой лабиринт тонких канальцев, выстеленных микробами-симбионтами, и оно проницаемо для внешней среды.

У губки нет ни мозга, ни нервной системы. Личинка (незрелая форма), похожая на крошечную толстенькую сигару, умеет плавать, и у нее есть кое-какие чувствительные органы, похожие на зачатки нервной системы. Чувствительные механизмы личинки обращены наружу, к миру, а не к другим клеткам тела. Личинка находит себе место, закрепляется и вырастает во взрослую особь. Но при всем том, что нервной системы у губки нет, ее не назовешь инертной. Внутри каждой клетки бушует шторм, о котором я писал выше. Губка как целое выглядит вялой, но есть у нее и активная сторона.

Вода проходит сквозь тело губки, а клетки с маленькими жгутиками (флагеллами) прогоняют ее через крошечные фильтры, отцеживая из нее бактерий. Режим всасывания может изменяться; если вода грязная, что грозит засорением канальцев, то оно может остановиться совсем. Конгломерату клеток, лишенному нервной системы, добиться этого не так-то просто. Это серьезное достижение. Видимо, трубочки, через которые проходит вода, изнутри выстелены особыми сенсорными клетками, передающими сигналы всем остальным. Учитывая, что представляет собой клетка, повлиять на другую – серьезная для нее задача. Происходит это так: клетка выделяет особые молекулы, на которые реагируют соседние клетки. В результате каналы сжимаются и закрываются. Процесс небыстрый, но торопиться губке некуда. Иногда, перед тем как сократиться, губка для начала немного расширяется, как будто бы «чихая» в полусне.

Все это напоминает нам как о возможностях, открывающихся перед многоклеточной жизнью, так и о трудностях, с которыми она сталкивается. Каждой отдельной клетке из тех, что составляют губку, не грозит опасность попасть на обед клетке покрупнее, как могло бы случиться, если бы она в одиночестве плавала в воде. Но, если бы клетка была просто прикована к одному месту вместе с группой других, перед ней замаячила бы вероятность умереть от голода. Кружево каналов и трубочек губки обеспечивает большинству ее клеток непосредственный контакт с водой. Но, если перед губкой встанет некая общая задача, ей будет очень сложно осуществить координированное действие, в особенности координированное движение. Из-за описанного устройства губка сильно напоминает растение. Большинство губок не имеют ничего против такого образа жизни и живут так же, как жили испокон веков. Но некоторые все же решились попробовать нечто новенькое.

Hexactinellida, или шестилучевая стеклянная губка, иллюстрирует собой две главных темы этой главы – единство и индивидуальность{43}43
  Подробнее см: Sally P. Leys, George O. Mackie, Henry M. Reiswig «The Biology of Glass Sponges,» Advances in Marine Biology 52 (2007): 1–145. См. также: James C. Weaver et al., «Hierarchical Assembly of the Siliceous Skeletal Lattice of the Hexactinellid Sponge Euplectella aspergillum,» Journal of Structural Biology 158, no. 1 (2007): 93–106; эта работа великолепно иллюстрирована.


[Закрыть]. Стеклянная губка, как и все другие животные, – многоклеточный организм, но в процессе ее роста большинство клеток стеклянной губки сплавляются друг с другом, лишаясь границ. Конечно, они отказываются от границ не с внешним миром – только с соседними клетками. Со временем их тело превращается в единую сеть, которую часто описывают как «трехмерную паутину», натянутую поверх твердых элементов, на которые она опирается.

Эти твердые элементы сделаны из стекла. У разных видов губок они напоминают крестики, звездочки или снежинки.

Вместе они формируют структуры, напоминающие цветы или виноградные гроздья, но, по сути, это скелет, поддерживающий башню. (На рисунке этих крошечных структур, выполненном Ребеккой Гелернтер, воспроизведены гравюры, сделанные с образцов, собранных экспедицией «Челленджера» в XIX веке – в путешествии, которое прикончило батибиус{44}44
  Оригинальные иллюстрации выполнил немецкий зоолог Франц Эйльхард Шульце, который к тому же первым описал пластинчатых. Рисунки были сделаны им для работы «Report on the Hexactinellida Collected by H.M.S. 'Challenger' During the Years 1873–1876» (Edinburgh: Neill, 1886–87).


[Закрыть].)

Как и другие представители класса, шестилучевая губка существует в тесной связи с другими формами жизни. Внутри стеклянной губки, которая называется «корзинка Венеры», обычно живет пара маленьких креветок. Креветки проникают в башню, будучи совсем крошечными, и вырастают во взрослых особей, не выходя наружу. Со временем они становятся слишком большими, чтобы протиснуться сквозь отверстия в теле губки. В башне у креветок появляется потомство. Они содержат губку в чистоте, а в ответ пользуются защитой прочного скелета губки и питаются пищей, содержащейся в воде, которую губка пропускает сквозь свое тело.

У стеклянных губок нет нервной системы, но электрически они не инертны, и укрощение заряда принимает у них необычную форму. Эта живая паутина, натянутая на прочный скелет, проводит электрические сигналы и имеет некоторый «потенциал действия», что губкам в целом не свойственно. Как правило, стеклянная губка пропускает воду сквозь тело постоянным потоком. Однако в ответ на определенные стимулы, например если выломать из ее тела одну-единственную стеклянную звездочку, губка тут же перестает качать воду. Она делает это, запуская вдоль тела электрический разряд. Электрически губка ведет себя как одна огромная клетка – разряд в долю секунды без всяких помех пронизывает все ее тело. Стеклянная губка добивается координации действий не за счет координации сигналов между клетками, а за счет того, что в целом она является не совсем клеточной формой жизни. Она, безусловно, продукт эволюционного пути животных, но такой, который частично отказался от многоклеточной формы жизни, выбрав для себя иной вид единства.

Я говорил о заряде, коммуникации и координации внутри этих созданий. Но стеклянная губка – животное, состоящее в основном из стекла, и это не только паутина, проводящая ток, но и скелет под ней. Одна из важнейших характеристик стекла – способность пропускать свет. Скелет некоторых стеклянных губок напоминает оптоволоконный кабель, который проводит и фильтрует свет.

Интересно, делает ли губка со светом нечто биологически значимое, или это ее свойство – непреднамеренное следствие использования стекла в качестве строительного материала? Должна ли она проводить свет, или это вышло случайно? Тут открывается широкий простор для увлекательных спекуляций, и в отношении губок, принадлежащих к разным видам, высказывались и обсуждались самые разные вероятности{45}45
  См.: Werner E. G. Müller et al., «Metazoan Circadian Rhythm: Toward an Understanding of a Light-Based Zeitgeber in Sponges,» Integrative and Comparative Biology 53 (2013): 103–17: «Мы предполагаем, что этот процесс фоторецепции/фотопреобразования может работать как система передачи сигнала, подобная той, что осуществляется нервными клетками»; Franz Brümmer et al., «Light Inside Sponges,» Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 367 (2008): 61–64: «Губки обладают системой светопередачи; в их внутренних тканях могут жить микроорганизмы, способные к фотосинтезу. … Спикулы живых губок проводят свет к глубже лежащим тканям»; Joanna Aizenberg et al., «Biological Glass Fibers: Correlation Between Optical and Structural Properties,» Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 101, no. 10 (2004): 3358–63: «Такие оптоволоконные лампы потенциально могут действовать как приманка для этих организмов, находящихся на личиночных или ювенальных фазах, а также для креветок, живущих в симбиозе с губкой».


[Закрыть]. Свет – если мы не говорим о мелководных видах губок – должен вырабатываться биомолекулами того или иного типа и может представлять собой еще один способ коммуникации внутри животного. К тому же светом могли бы питаться микроорганизмы, живущие в симбиозе с губкой: крохотные диатомы и другие создания собираются внутри губок, обитающих на такой глубине, что им не хватит света для продолжения жизни, если губка не будет проводит к ним его лучи. Свет, излучаемый стеклянной губкой, проникает даже в морское дно, пусть и неглубоко. Корзинка Венеры освещает окружающие воды, как слабая лампочка в океане, и, может, именно этим она привлекает креветок, которые селятся у нее внутри. Все это пока только предположения, и некоторые биологи думают, что испускаемый губкой свет слишком слаб, чтобы от него был какой-то прок. Намеренно ли это вышло или случайно, но стеклянная губка представляет собой накопитель и проводник биологического света.