Текст книги "Восхождение на гору Невероятности"

Кроме того, надо различать типы макромутаций. Я придумал зверей с глазами на пятках и хрусталиками в ушах, чтобы показать возможные перестановки частей организма. Вероятность того, что подобные мутации окажутся удачными и особи с ними выживут, близка к нулю. Но изменение в какой‐либо части может быть довольно сильным и без перестановок. В качестве примера можно было бы взять стремительное удлинение носа тапира до слоновьего хобота, если бы при этом изменился только его размер. Менее очевидно то, что крутые повороты в развитии всегда сопряжены со скачком в океан нерациональности и смерти.

Я обещал вернуться к макромутациям “Боинга-747” и “удлиненного Дугласа ДC-8”. Помните дискуссионный тезис о кладбище самолетов и авиалайнерах, выдвинутый сэром Фредом Хойлом? Говорят, он сравнил эволюцию сложной структуры – скажем, белковой молекулы и, как следствие, глаза или сердца, – которая происходит под влиянием естественного отбора, с ураганом, так продуктивно покружившим над кладбищем старых самолетов, что из поднятых им обломков сложился “Боинг-747”. Он был бы прав, если бы вместо слов “естественный отбор” употребил слово “случай”. К сожалению, я вынужден поставить его на одну доску с теми упрямцами, которые упорно считают естественный отбор делом случая. Теория отводит слишком большую роль случайности, если эволюция должна за один прием, из ничего, собрать новый, сложный механизм вроде глаза или молекулы гемоглобина. Согласно такой концепции, естественному отбору вообще ничего не надо делать. Всю “инженерную” работу берет на себя мутация – одна сильная мутация. В аналогии с “Боингом” подразумевается мутация именно такого типа, и я называю это макромутацией “Боинг-747”. Макромутации “Боинг-747” в природе не происходят и никакого отношения к учению Дарвина не имеют.

В другом моем примере с авиалайнерами удлиненная модель “Дугласа ДС-8” отличается от обычной только относительно вытянутым корпусом. В целом конструкция сохранена, но увеличена средняя часть фюзеляжа. В длинном самолете больше кресел, багажных камер и всего прочего, что может уместиться вдоль салона. Очевидно, по всей длине фюзеляжа протянуто больше проводов, трубок и уложено больше ковровых покрытий. Не так очевидно, но все же понятно, что в связи с новой задачей – поднять в воздух более длинную машину – должны быть изменены и другие детали конструкции. Но в основном различия между прежней версией авиалайнера “Дуглас ДС-8” и удлиненной сводятся к одной макромутации – фюзеляж нового самолета значительно и за один прием стал больше, чем был у его предшественника. Не было постепенного перехода через промежуточные стадии.

Предки жирафов больше напоминали современных окапи (рис. 3.3). Самое заметное, бросающееся в глаза отличие – это вытянутая шея. Могло ли это стать результатом одной мощной мутации? Спешу вас уверить – нет, не могло. Но из этого “нет” вытекает другой вопрос. Сложнейшая “новинка” – глаз со зрачком-диафрагмой и хрусталиком, способным менять фокусное расстояние, – не могла родиться в одночасье, словно богиня Афина из головы Зевса, точно так же, как никогда, жди хоть миллиард миллиардов лет, не произойдет мутация “Боинг-747”. Но шея жирафа могла (держу пари, что все было иначе) вырасти в результате одной-единственной мутации, как можно было взять и построить “Дуглас ДС-8” с удлиненным фюзеляжем. В чем разница? Дело не в том, что шея – куда более простой орган, чем глаз. (Как бы не посложнее глаза!) Вовсе нет – суть в степени сложности различий между двумя последовательными стадиями ее развития. А эти различия невелики – по крайней мере, по сравнению с различиями между нашим глазом и его отсутствием. Строение шеи жирафа и окапи одинаково – и, вероятно, у собственно короткошеего предка жирафа эта часть тела была устроена так же. У них одна и та же последовательность семи позвонков с присущими им кровеносными сосудами, нервами, связками и мышцами. Разница лишь в том, что все позвонки гораздо длиннее – и в той же пропорции увеличивается расстояние между сопряженными тканями и сосудами.

Рис. 3.3. Развитие длинной шеи. Окапи, Okapia johnstoni, возможно, предок современного жирафа, и жираф, Giraffa camelopardalis reticulate.

Вот что главное – для того чтобы шея стала длиннее в четыре раза, достаточно внести какое‐то одно изменение в ход развития эмбриона. Скажем, просто изменить скорость роста зачатков позвонков, а дальше все пойдет по плану. Но для того чтобы на нетронутой коже появился глаз, надо поменять не один параметр, а сотни (см. 5 главу). Если бы у окапи в результате мутации выросла шея, как у жирафа, он изменился бы по типу “удлиненного ДС-8”, а не “Боинга-747”. Следовательно, такой вариант в принципе допустим. Ничего нового не добавляется, меняется только путь формирования органа. Фюзеляж со всем, что к нему прилагается, становится длиннее, а новые компоненты сложной структуры не добавляются, просто растягивается уже существующая структура. Этот принцип работал бы и в том случае, если бы у жирафа было больше семи шейных позвонков. У разных видов змей число позвонков варьируется от 200 до 350. Поскольку все змеи – родственники, а позвонки не могут прирастать четвертинками или половинками, это значит, что время от времени рождаются змеи, у которых на один позвонок больше или меньше, чем у их родителей. Подобные изменения можно отнести к макромутациям, а раз все эти змеи существуют, стало быть, такие макромутации участвуют в эволюционном процессе. Это мутации типа “Дуглас ДС-8”, потому что в данном случае не происходит внедрения новой структуры, как при мутации типа “Боинг-747”, а дублируется та, что уже есть.

Решать задачи эволюции фрику-макромутанту помогает еще и тот факт, что влияние отдельного гена зависит от других генов в организме. Глядя на ген, так просто не поймешь, какова роль его продукта в организме – каков его так называемый фенотипический эффект. Ничто в ДНК-коде гена ахондроплазии не может быть расшифровано молекулярным биологом как “укорочение” или “карликовость”. Эффект этого гена связан с укорочением конечностей только при наличии специфических вариантов множества других генов, не говоря уже об особенностях окружающей среды. Роль гена зависит от контекста, то есть от конкретных условий. Эмбрион развивается в среде, сформированной всеми генами в совокупности. Эффект, который оказывает на развитие эмбриона один ген, определяется состоянием среды. Еще Р. Э. Фишер (я уже его цитировал) много лет назад сформулировал это правило: некоторые гены работают как “модификаторы” влияния других генов. Отсюда, заметьте, вовсе не следует, что гены меняют ДНК-коды других генов. Ни в коем случае. Гены-модификаторы влияют на среду и таким образом – на эффекты, вызванные другими генами, но не на последовательность ДНК других генов.

Как видите, можно (более-менее) допустить, что в результате изменения одного гена – макромутации в одном поколении – родитель с пятнадцатисантиметровым носом тапира способен произвести на свет потомка, нос которого будет похож на почти двухметровый слоновий хобот. Крайне маловероятно, что новый нос сразу будет так же удобен и полезен, как настоящий хобот. Ситуацию теоретически может спасти работа генов-“модификаторов” и “климат”, обеспеченный работой других генов. Если макромутация хоть в какой‐то степени “полезна” и особи из‐за нее не погибают, в ходе дальнейшего отбора вариантов генов-модификаторов произойдет коррекция деталей, и недостатки будут исправлены. Главная мутация – это примерно такое же испытание для популяции, как резкая смена условий существования, например, глобальное похолодание климата. Приход ледникового периода провоцирует отбор целого комплекса генов, и резкая мутация, при которой у организма внезапно вырастает длинный нос, оказывает точно такое же воздействие на ход эволюции.

“Примкнувшие” к основной мутации гены “подчищают” не только самые очевидные последствия макромутации. Их эффекты могут проявиться в любых отделах организма, вдали от центра событий – компенсируется эффект главной мутации, сгладятся ее возможные негативные или усилятся положительные результаты. Голова с хоботом весит больше, поэтому увеличившийся в размерах нос требует более прочных костей шеи. Может сместиться центр тяжести всего тела – а далее, возможно, эстафету подхватят позвоночник и тазовые кости. В итоге отбору подвергаются десятки генов, что отражается на различных органах.

Я обрисовал картину “последующей доработки” для основных макромутаций, но отбор такого рода играет важную роль в эволюции независимо от того, случилась ли на первом шаге макромутация. Даже микромутации могут иметь такие неприятные последствия, что очень желательно было бы “доработать” перестройку организма. Любой ген может стать модификатором для другого гена. Многие гены модифицируют эффекты друг друга. Развивая этот тезис, некоторые эксперты полагают, что большинство генов, в принципе оказывающих хоть какое‐то влияние на организм (а это делают не все гены), модифицируют эффекты большинства других генов. Это еще один аспект идеи о том, что гену приходится выживать в тех условиях, которые в основном формируются под влиянием остальных генов вида.

Надо уточнить еще один момент, по которому может возникнуть недопонимание, пусть даже мы потратим на макромутации чуть больше времени, чем они того заслуживают. В научном мире существует довольно любопытная теория “прерывистого равновесия”. Подробное ее изложение вывело бы меня далеко за рамки основной темы этой книги. Но поскольку эта теория очень популярна и часто трактуется ошибочно, я хочу только подчеркнуть, что концепция прерывистого равновесия не имеет ни малейшей законной связи с макромутацией – и нельзя приписывать ей такое родство. Согласно этой теории, в течение длительного периода эволюционных изменений в филогенетических группах не происходит, они находятся в состоянии стазиса (равновесия), который периодически прерывается всплеском эволюционных изменений, что совпадает с “рождением” нового вида. Однако даже при очень быстрых переменах в эволюционный процесс оказываются вовлечены многие поколения – это все равно процесс постепенных изменений. Просто промежуточные состояния исчезают так быстро, что в ископаемых остатках они не могут быть обнаружены. “Прерывистость в виде последовательности частых перемен” и макромутация, то есть мгновенное изменение в одном поколении, – это совершенно разные понятия. В путанице отчасти виноват Стивен Гулд, один из двух апологетов этой теории (второй – Найлз Элдредж), который вообще‐то неплохо относится к отдельным типам макромутаций, но иногда отрицает значительную разницу между быстрой сменяемостью и истинной макромутацией – не подумайте только, что это относится к мутации типа “Боинг-747”. Элдредж и Гулд имели все основания сердиться на креационистов, искажавших их идею и полагавших, будто прерывистое равновесие, если пользоваться моей терминологией, аналогично гигантской мутации “Боинг-747”, где, как справедливо считают ученые, без волшебной палочки не обойтись. Гулд говорит:

Поскольку мы предлагаем модель прерывистого равновесия именно для того, чтобы объяснить существующие эволюционные тенденции, нас бесит, когда нам снова и снова – уж не знаю, сознательно или по недоумию, – приписывают утверждение, что в палеонтологической летописи нет промежуточных форм. Как правило, на уровне вида переходные формы не наблюдаются, но между большими группами они присутствуют в изобилии.

Если бы доктор Гулд более четко показал различия между быстрой сменой промежуточных состояний и сальтацией (то есть макромутацией), риск того, что его поймут неправильно, был бы меньше. Теорию прерывистого равновесия можно считать умеренной (и, возможно, верной) или революционной (и, вероятно, ложной) – это зависит от определений. Если грань между быстрым градуализмом и сальтацией размыта, теория прерывистости выглядит более радикальной. Но в то же время это постоянно действующее приглашение к ошибочной трактовке, и креационисты с удовольствием его принимают.

Причина, по которой на уровне вида переходные формы обычно отсутствуют, проста до банальности. Дети растут долго и превращаются во взрослых постепенно, но с юридической точки зрения один день рождения – как правило, восемнадцатый – особенный. То есть можно утверждать, что каждый из 55 миллионов человек, составляющих население Великобритании, либо имеет право голосовать, либо нет – промежуточного статуса не бывает. Согласно закону, как только часы пробьют полночь и наступит восемнадцатый день рождения, молодой человек превращается в избирателя – вот и зоолог должен обязательно зачислить особь в тот или иной вид. Если фактически особь занимает промежуточное положение – а таких особей немало, – зоологи, присваивая ей имя и действуя в рамках научного кодекса, все равно вынуждены что‐то выбрать. Следовательно, в отношении видов креационисты по определению должны быть правы, заявляя, что не может быть переходного состояния, но к живой природе это неприменимо – разве что к правилам классификации в зоологии.

Взять хотя бы наших собственных предков: австралопитеки, человек умелый, человек прямоходящий, древний человек разумный и современный человек разумный сменяли друг друга так плавно и постепенно, что между учеными не стихают ожесточенные споры по поводу того, к какому виду принадлежит данная окаменелость. А вот пример антиэволюционной пропаганды, взятый из одной книги: “Находку отнесли то ли к австралопитекам – к приматам, – то ли к роду Homo, а стало быть, к людскому роду. Более ста лет ведутся активные полевые изыскания и горячие дискуссии, однако витрина, зарезервированная для гипотетического предка человека, пока пустует. Недостающего звена по‐прежнему недостает”. Остается только гадать, какими должны быть окаменелые остатки, чтобы их можно было считать промежуточным видом. На самом деле в приведенной выше цитате ничего не сказано о реальном мире. Что‐то такое, довольно мутное, говорится о том, какие вещи какими именами называть. Надо всеми недостающими звеньями – казалось бы, теми самыми промежуточными видами – довлеет авторитет терминологии, которая отбрасывает его за черту или оставляет перед ней. Чтобы найти промежуточные варианты, лучше всего отвлечься от вопросов номенклатуры и посмотреть на их форму и размеры. Тогда вы поймете стройную логику палеонтологической летописи, хотя в ней есть пробелы, и порой крупные – как полагают, они остались просто потому, что когда‐то нарушился процесс окаменения. В какой‐то степени наша система присвоения имен разработана для той эпохи, когда об эволюции речи еще не шло, все со всем было четко разделено, и мы даже не надеялись найти промежуточные виды.

Мы бегло осмотрели гору Невероятности и обнаружили два различных пейзажа: неприступные скалы с одной стороны и пологие подъемы – с другой. Две следующие главы посвящены утесам чуть ли не с самыми обрывистыми склонами, мимо которых креационисты не могут пройти спокойно – а именно, крыльям (“что толку в половине крыла?”) и глазам (“пока все многочисленные элементы глаза не займут нужное положение, он не будет функционировать, поэтому глаз не мог эволюционировать постепенно”).

Глава 4
Взлет разрешен

Люди веками лелеяли несбыточную мечту подняться в небеса, а добившись все же своего, взлетают с такой натугой, что легко переоценить связанные с полетом трудности. Для большинства представителей животного мира полет – естественное состояние. Перефразирую изречение моего коллеги Роберта Мэя: в первом приближении летают все виды животных. Главным образом потому, как он сказал на самом деле, что в первом приближении все существующие виды относятся к насекомым. Но даже только про теплокровных позвоночных можно сказать, что летает больше половины всех видов: видов птиц вдвое больше, чем видов млекопитающих, а четверть всех видов млекопитающих составляют виды летучих мышей. Мы слишком крупные звери, потому‐то нам так тяжело летать. Бывают животные и покрупнее – слоны и носороги, например, – и естественно, мы их опасаемся, но в общем и целом все животные меньше нас (рис. 4.1).

Если ты очень маленький, сопротивление воздуха тебе не мешает. Для крошечного существа куда более непростая задача – устоять на земле. Такая принципиальная разница между большими и маленькими животными вытекает из некоторых непреложных физических законов.

При заданной форме тела его вес увеличивается не пропорционально приросту длины, а в третьей степени. Если страусиное яйцо втрое длиннее куриного при той же форме, оно весит не втрое больше, а в (3 х 3 х 3), то есть в 27 раз. Эта мысль давит на психику, пока ее не переваришь. Один человек съедает на завтрак одно куриное яйцо, а взвод полицейских – двадцать семь человек – поделит на всех яйцо страуса. Объем, а следовательно, и вес тела, увеличивается пропорционально кубу линейного размера. А вот площадь поверхности пропорциональна квадрату длины. Это легко показать на примере кубических коробок, но общее правило верно для любых форм.

Рис. 4.1. Живые существа и растения могут отличаться по величине на восемь порядков. Для наглядности они показаны в координатах возраст поколения – размер (эти параметры взаимосвязаны, но сейчас мы не будем отвлекаться на причины корреляции). Шкала по обеим осям – логарифмическая, иначе для того, чтобы уместить на одном графике бактерию и секвойю, нам понадобился бы лист бумаги шириной более полутора километров.

Представьте себе коробку-кубик. Сколько в нее поместится таких же коробочек с ребром вдвое короче? Нарисовав кубики, вы легко получите ответ – восемь. В большую коробку можно уложить не в два, а в восемь раз больше яблок, чем в маленькую; упаковать не в два, а в восемь раз больше банок с краской. Но если вы захотите покрасить большую коробку, насколько больше вам понадобится краски по сравнению с маленькой коробкой? Опять же по рисунку вы увидите, что краски надо взять не вдвое и не в восемь раз, а в четыре раза больше.

Если сравнивать сильно отличающиеся по размеру предметы, площадь поверхности и объем разойдутся еще больше. Предположим, производитель спичек хочет изготовить для рекламы спичечный коробок величиной с человека – ящик, высота которого, если положить его на землю, составляет 2 м. Высота стандартного коробка – 2 см, поэтому по высоте ящика помещается 100 коробков. Вдоль одного края большого ящика укладывается подряд 100 спичечных коробков. По ширине тоже помещается 100 коробков. Итак, сколько коробков будет в заполненном большом ящике? 100 х 100 х 100, то есть миллион. Вроде бы ящик всего в сто раз больше обычного коробка, и по простоте душевной человек может так примерно и оценить его размеры: больше всего в сто раз. Но если смотреть иначе, ящик больше коробка в миллион раз, и в него можно уложить в миллион раз больше спичек – а на самом деле, еще больше, потому что картонные стенки съедают относительно немного объема.

Если договориться, что гигантский и обычный коробки сделаны из одного и того же материала, каковы будут относительные затраты на картон? Это зависит не от объема и не от длины сторон, а от площади поверхности. Для коробка-гиганта потребуется не в миллион раз больше материала, чем для обычного коробка, а только в 10000 раз. Относительно веса площадь поверхности обычного маленького коробка кажется намного больше, чем площадь поверхности огромного коробка относительно его веса. Если вы разрежете маленький коробок, сложенная картонка еле‐еле влезет в другой такой же коробок. Но если вы разрежете большую коробку, она едва прикроет дно другой большой коробки. Соотношение площади поверхности и объема – очень важный параметр. В то время как объем растет в третьей степени, поверхность увеличивается только во второй. Это можно выразить математически: если размеры тела увеличиваются пропорционально, то отношение площади поверхности к объему увеличивается в степени 2/3. Для мелких объектов отношение площади поверхности к их объему больше, чем для крупных. У маленького тела как бы “больше поверхности”, чем у большого такой же формы.

Далее, в жизни иногда важнее всего площадь поверхности, иногда объем, иногда габариты, а бывает, что и эти параметры вместе в различных комбинациях. Представьте себе гиппопотама, уменьшенного до размеров блохи с точным соблюдением всех пропорций. Рост (длина или толщина) настоящего гиппопотама могут быть в тысячу раз больше, чем у “блохопотама”. Следовательно, он в миллиард раз тяжелее. Площадь его поверхности больше всего лишь в миллион раз. Отсюда – для своего веса уменьшенный гиппопотам располагает поверхностью в 1000 раз большей, чем крупное животное. Простой здравый смысл подсказывает нам, что малютке было бы гораздо легче парить в воздухе, чем гиппопотаму нормального размера, но порой бывает полезно взглянуть, на что опирается здравый смысл.

Конечно же, ни одно крупное животное не может быть увеличенной копией маленького зверька, и сейчас мы поймем, почему. Механическое пропорциональное увеличение не прошло бы естественный отбор, потому что пришлось бы компенсировать возникший дисбаланс между площадью поверхности и объемом. У гиппопотама примерно в миллиард раз больше клеток, чем было бы у его крошечного двойника, а поверхностных клеток в его коже всего в миллион раз больше. Каждой клетке требуются кислород и питательные вещества, каждая клетка выделяет ненужные вещества, так что гиппопотам пропускал бы через себя в миллиард раз больше всех веществ в обе стороны. У блохопотама кожный покров занимал бы существенную долю поверхности, через которую происходил бы обмен кислорода и продуктов жизнедеятельности. У нормального гиппопотама, напротив, кожи мало относительно его веса, и для того чтобы обслужить весь свой миллиарднократный запас клеток, он вынужден сильно увеличить площадь поверхности. Задача решается за счет длинного, уложенного петлями кишечника, альвеолярной структуры легких и снабженных микроканальцами почек – причем все эти органы пронизаны густой сетью разветвляющихся кровеносных сосудов. Благодаря этому в организме крупного животного площадь внутренней поверхности значительно превышает наружную площадь его шкуры. Чем меньше животное, тем менее важны для него легкие, жабры, кишечник и кровеносные сосуды: его тело имеет достаточно большую площадь поверхности, чтобы самостоятельно справиться с обменными процессами, которые происходят в относительно небольшом количестве внутренних клеток. Можно сформулировать это короче: у маленького животного доля клеток, контактирующих с внешней средой, выше. У крупного животного, например гиппопотама, доля контактирующих с внешней средой клеток настолько невелика, что ему приходится наращивать ее за счет органов с развитой поверхностью – таких как легкие, почки и капилляры кровеносной системы.

От площади поверхности зависит скорость обмена веществ, а также другие важные свойства. К таковым относится способность подниматься в воздух и летать. Нашего блохопотама мог бы унести легчайший ветерок. Зверек взмыл бы к облакам вместе с восходящим потоком теплого воздуха, а потом, целый и невредимый, плавно опустился бы на землю. Если с такой же высоты упадет настоящий гиппопотам, он костей не соберет, а рухнув вниз с пропорционально увеличенной высоты, прокопает себе могилу. Живой гиппопотам может летать только во сне. Блохопотам при всем желании не смог бы не взлететь. Для того чтобы оторвать от земли обычного гиппопотама, надо привязать к нему такие большие крылья, что… впрочем, проект с самого начала обречен на провал, потому что даже гигантским крыльям не поднять колоссальную мышечную массу, которая должна будет приводить их в движение. Если уж вам придет в голову вывести летающее животное, не стоит начинать с гиппопотама.

Дело в том, что если крупный зверь захочет оторваться от земли, ему придется отрастить большие, широкие крылья, точно так же, как ему необходимо иметь почки и легкие с хорошо развитой поверхностью. А маленькому зверю, чтобы оторваться от земли, ничего отращивать не надо. Его тело и так имеет достаточно большую площадь поверхности. Высоко над землей по всему миру роятся тучи мелких насекомых и прочих созданий – так называемый воздушный планктон. Безусловно, у многих из них есть крылышки. Но к воздушному планктону относятся и различные бескрылые существа – они парят в воздухе, хотя и не имеют специальных органов, которые обеспечили бы им несущую поверхность. Просто они маленькие, вот и летают; как мы не тонем в воде, так и они не падают на землю. Можно пойти и дальше в этом сравнении: даже имея крылышки, крошечное насекомое энергично машет ими не столько для того, чтобы удержаться в воздухе, сколько чтобы “плыть” в нем. В данном случае слово “плыть” уместно, ведь с очень маленькими созданиями происходят и другие странные вещи. В таком масштабе огромную роль играет поверхностное натяжение, и маленькое насекомое воспринимает воздух как густую, вязкую среду. Взмахивая крылышками, насекомое, должно быть, ощущает примерно то же, что ощущали бы мы, плавая в сиропе.

Что толку болтаться в воздухе, не имея возможности менять высоту и поворачивать в нужную сторону, спросите вы. Не буду вдаваться в пространные объяснения, но с позиций генетики даже такой полет – уже большое достоинство, тем более для организмов, которые ведут прикрепленный (седентарный) образ жизни. Это особенно актуально для растений – любой участок земли время от времени, скажем, после пожара или наводнения, становится не пригодным для жизни. Растениям нужно много солнца, поэтому для них весь лес, кроме просветов, образовавшихся из‐за падения деревьев, не пригоден. Предки почти всех животных и растений обитали где‐то еще, и, скорее всего, у них есть гены, необходимые для того, чтобы попадать в новые места – неважно, куда. Поэтому семена одуванчика крепятся к невесомым пушинкам, а репейнику нужны крючки – чтобы цепляться за шерсть и мех животных. По той же причине множество насекомых дрейфует вместе с воздушным планктоном и опускается на неосвоенную территорию с каплями дождя.

Легкость, с которой мелкие твари дрейфуют по ветру, наводит нас на единственно возможную мысль: способность летать изначально эволюционировала у маленьких организмов – и пик Полетов на горе Невероятности кажется не таким уж недосягаемым. Очень маленькие существа могут летать вовсе без крыльев. Тех, что чуть покрупнее, поднимают в воздух крошечные крылышки – и вот мы уже направляемся к настоящим крыльям по ровному, отлогому склону горы Невероятности. На самом деле, как показало весьма оригинальное исследование Джоэла Кингсолвера и Мими Коэль из Калифорнийского университета Беркли, все не так примитивно. Кингсолвер и Коэль проверяли гипотезу об иной первоначальной функции крылышек у насекомых – они служили своеобразными солнечными элементами, необходимыми для обогрева. В те незапамятные времена крыльями не махали. Это были просто небольшие выросты на грудной клетке.

Авторы разработали хитроумную методику исследования. Сверяясь с палеонтологическими находками остатков первых насекомых, они изготовили простые деревянные модели. Одни без крыльев, другие с крылышками разной длины, причем у многих моделей крылышки были такие короткие, что их и крыльями‐то не назовешь, да и летать с такими трудновато. Модели насекомых разной величины испытывали в аэродинамической трубе, чтобы определить, насколько они эффективны с точки зрения аэродинамики. Кроме того, встроенные миниатюрные термометры показывали способность моделей улавливать свет яркого прожектора, имитирующий солнечные лучи.

Исследователи выяснили, что самые крохотные насекомые прекрасно летают и без крыльев – о чем мы и говорили. Моя приятная прогулка по склону горы Невероятности несколько осложняется тем выводом, что при очень маленьких размерах крылышки, похоже, не улучшают аэродинамических характеристик насекомого. Пока их длина не достигала сколько‐нибудь существенного значения, они не обеспечивали полезную подъемную силу. При двухсантиметровом туловище заметная подъемная сила возникала при длине крыльев, равной длине тельца. Крылышки, длина которых составляла всего 20 % длины тельца, не приносили модели ни малейшей пользы. На первый взгляд, у нас на пути к вершине возникает неожиданное препятствие: чтобы крылья одним махом выросли до необходимого размера, нужна мутация с очень сильным эффектом. Впрочем, его не так уж трудно обойти, если принять во внимание два дополнительных обстоятельства.

Во-первых, относительно большие крылья дают преимущества в полете только совсем крошечным насекомым. Насекомым покрупнее достаточную подъемную силу обеспечивают даже коротенькие крылья. Если постепенно наращивать длину крыльев при длине туловища 10 см, в какой‐то момент произойдет скачкообразное усиление аэродинамических свойств.

Что во‐вторых, мы поймем, вернувшись к самым мелким моделям насекомых. Для них доказано, что маленькие крылышки уже дают термический эффект. Крылышки чуть‐чуть большего размера лучше работают как солнечные батареи, но не создают подъемную силу. Судя по всему, для самых маленьких насекомых КПД “солнечных батарей” нарастает постепенно. Крылышки длиной 1 мм лучше, чем полное их отсутствие, 2 мм лучше, чем 1 мм – и так далее. Но так далее не до бесконечности. По достижении определенной длины эффективность “солнечных батарей” увеличивается уже гораздо медленнее. Следовательно, можно утверждать, что если преобладает аэродинамическая функция, само по себе постепенное повышение эффективности обогрева не стимулирует рост крыльев. Однако Кингсолвер и Коэль обнаружили хорошее решение этой проблемы. Как только у мелких насекомых развились крылышки ради аккумуляции солнечной энергии, некоторые виды по разным причинам стали увеличиваться в размерах. Тому есть несколько причин, развитие более крупных форм с течением времени – не редкость в животном мире. Может быть, насекомым выгоднее быть большими, потому что их с меньшей вероятностью съедят. Если в процессе эволюции они почему‐либо выросли, то вместе с ними должны были бы вырасти и их “солнечные батареи”, они же крылышки. В таком случае, увеличившись в размерах, насекомое со всеми своими крылышками и прочими органами автоматически перешло бы в ту категорию, для которой важнее аэродинамические преимущества, – и продолжило восхождение на гору Невероятности, пусть и к другому ее пику по другому склону.