2
Форма vs функция: что общего у обитателей всех миров?
В начале XIX в. легендарные ныне палеонтологи-любители Мэри и Джозеф Эннинги нашли на южном побережье Англии, на пляже в Лайм-Риджис, необычный скелет. Ученые, исследовавшие находку, затруднялись ее классифицировать: кости как будто принадлежали рыбе и в то же время рептилии. Это был ихтиозавр – морская рептилия, идеально приспособленная, чтобы быстро плавать, с удлиненным рылом и хорошо развитыми глазами. Большинству читателей это описание, скорее всего, напомнит современного дельфина, но, несмотря на явное сходство дельфинов и ихтиозавров, они столь же неродственны друг другу, как человек и тритон. Форма, то, как животное выглядит и ведет себя, неразрывно связана с функцией: с образом жизни животного, с тем, как оно получает энергию и как размножается. Эта связь – ключ к тому, как узнать что-то об облике инопланетян, не вдаваясь в художественные фантазии.
Я обещал, что мы будем опираться на законы биологии – те, что нам известны, – подобно тому, как опираемся на законы физики и химии в качестве фундаментальных, универсальных истин. Если природа Вселенной всюду одна и та же, значит, жизнь везде подчиняется одним и тем же законам. Но что собой представляют биологические законы? В этом необходимо как следует разобраться. Мы должны быть уверены, что не выдумаем несуществующий мир, населенный фантастическими существами, неверно экстраполировав земные наблюдения на другие планеты. Доверять собственным гипотезам – дело рискованное, ведь по большому счету они существуют только у нас в голове[12 - Дж. Б. С. Холдейн в своем эссе «Возможные миры» (Possible Worlds) писал: «Обычно философы, сконструировав нелепый мир, затем уверяются в том, что это и есть реальный мир».].
Вместо этого мы займемся поиском универсальных законов, абсолютных основ, задающих ограничения всему живому и определяющих его свойства. Тем не менее сохраняйте разумный скептицизм. Я могу и ошибаться. Однако на данный момент у нас накопилось достаточно знаний о биологической природе жизни и в особенности об эволюции живого, чтобы, на мой взгляд, можно было начинать экстраполировать это знание на другие планеты.
Наш основной метод, позволяющий сохранить связь с реальностью и не впасть в фантастические измышления, заключается в четком разграничении формы и функции. Все животные наделены определенными формами, которые поражают нас своим разнообразием. Мы восхищаемся яркой окраской бабочек и цветов, диковинной формой слоновьего хобота или бивня нарвала, воем волков и песнями горбатых китов. Многообразие форм животных проявляется как во внешнем облике, так и в поведении. Их телосложение, размер, цвет, наличие меха или перьев, хоботов, клыков, панцирей, щупалец и множества прочих приспособлений – вот что придает разным видам животных неповторимость. Их поведение – это способы добывать пищу, находить партнеров и взаимодействовать как с сородичами, так и с животными других видов. Но каждая из этих форм, облика или поведения, служит какой-то цели, играет определенную роль в эволюции. Иногда имеют место эволюционные «случайности», когда у формы нет функции, но она все-таки сохраняется – возможно, данная форма некогда была полезной (крылья у страуса), но больше не выполняет никаких задач, а эволюционных причин для ее изменения нет[13 - Пример не совсем удачный, крылья африканского страуса выполняют, по крайней мере, три функции: поддержания равновесия на бегу, демонстрации перьев при половом поведении и защиты кладки от солнца. Потому они и сохранились, а не редуцировались полностью, как у эму или киви. – Прим. науч. ред.]. Но большинство форм функционально: яркая окраска самцов птиц привлекает самок; хоботом слоны берут пищу и другие нужные предметы. Практически все наблюдаемые формы обеспечивают какие-то функции, благодаря которым у животного повышаются возможности жить, благоденствовать и выживать – даже если их преимущества не всегда очевидны.
Почему зебра полосатая? Ученые долгие годы спорили о возможных причинах. Сам Чарльз Дарвин подвергал сомнению популярное объяснение, согласно которому полоски служат маскировкой. В этой связи предлагались различные альтернативы: полоски сообщают противоположному полу о состоянии здоровья особи, сбивают с толку хищников психоделическим рисунком линий, которые кажутся подвижными, мешают кусачим мухам приземляться на животное или даже помогают охлаждаться благодаря микроскопическим воздушным вихрям, возникающим из-за разницы нагрева между черными и белыми полосами. И важно здесь не то, что кто-то был прав, а кто-то заблуждался. Суть в том, что всякое объяснение должно предполагать какую-то пользу, определенную функцию. Все известные нам формы жизни, которые мы наблюдаем вокруг, возникли в ходе эволюции потому, что обеспечивали конкретные преимущества.
Тем не менее иногда какая-либо форма жизни, не связанная со специальной функцией, может закрепиться просто благодаря случайности. Это особенно важно в тех случаях, когда популяция немногочисленна. Если люди будущего, осваивающие другую планету, или первые птицы, только начавшие заселять отдаленный остров, окажутся генетически близки между собой, этот недостаток генетического разнообразия отразится на будущих поколениях их потомков. В таких изолированных популяциях накапливаются случайные изменения, не полезные и не вредные, так что возникающие виды приобретают разный облик. При изучении новых видов – будь то на открытых планетах или на затерянных земных островах – нужна определенная осторожность, не следует считать, что всякая форма напрямую связана с конкретной функцией. Это явление называется нейтральным отбором, и его значение для эволюции все еще вызывает немало споров. Однако подобные типы форм, обусловленных случайностью, обычно заурядны и неброски, они не могут быть экстравагантными, ведь в конечном счете это может дорого обойтись их обладателям – как, вероятно, полосы зебр, из-за которых животные, что ни говори, лучше заметны для хищников.
Разграничение формы и функции – важный шаг, необходимый для того, чтобы избавиться от фантазий на тему облика инопланетян. Чаще всего воображаемые пришельцы принимают формы, подобные тем, что плодит Голливуд в кино и на телевидении, а это не более чем карикатурные люди с утрированными физическими чертами (глазами, зубами и т. д.), призванными подчеркнуть более абстрактные человеческие свойства (алчность, интеллект). Однако эта книга – не только о внешнем облике инопланетян, но и об их поведении. Законы биологии, общие для нас и внеземной жизни, имеют тенденцию ограничивать способы решения проблем, встающих перед живыми существами: как найти еду, как самому не стать едой и как оставить потомство.
В земных существах нас прежде всего поражают формы, а не функции: яркая окраска птиц, цветов и лягушек-древолазов; размеры синего кита; упорство льва, одолевающего буйвола. Но если задуматься, это разнообразие форм всего лишь отражение разнообразия функций. Животные так сильно отличаются друг от друга потому, что им приходится решать целый спектр разнообразных проблем: они ярко окрашены, чтобы привлекать партнеров или отпугивать потенциальных хищников; имеют крупные размеры, чтобы физически защитить себя от тех же хищников; обладают упорством, потому что им нужно добывать еду. Наши весьма общие и универсальные законы биологии, возможно, не позволяют конкретно предсказать, какие именно формы жизни существуют на других планетах, но мы можем в общем предположить, какие функции эти животные выполняют, и не сомневаться, что в пределах этих функций разнообразие форм окажется не меньшим, чем на Земле. Если на других планетах живут аналоги птиц, то эти птицы, как и на Земле, будут окрашены в самые разные цвета. Только мы не знаем, какие именно будут эти цвета и даже будут ли они теми «цветами», которые способен различить человек. На тот случай, если вас огорчает, что эта книга не даст вам ответа на вопрос, на самом ли деле инопланетяне зеленые, я скажу, что есть немалый плюс в том, чтобы начать разговор с функции, прежде чем перейти к форме. То, как инопланетные существа приспосабливаются к своей среде и задачам, которые та перед ними ставит, в конечном итоге куда интереснее, чем то, как они выглядят. По крайней мере, именно поведенческие адаптации с наибольшей вероятностью могут оказаться у нас и у них сходными, и, скорее всего, между нами и разумными инопланетянами будет больше общего в поведении, чем во внешнем виде. В этом разделе я надеюсь убедить вас в необходимости различать форму и функцию, а также постараюсь показать, почему функция гораздо важнее. Для этого нам придется заново обратиться к некоторым принципам естественного отбора и эволюции, а также объяснить, почему эти принципы должны быть общими для Земли и других планет.
Естественный отбор: универсальный механизм
Объяснить, как вообще могут существовать сложные формы жизни, гораздо труднее, чем представляется на первый взгляд. Сложная жизнь существует во Вселенной, где действуют самые неумолимые физические законы[14 - В частности, первый закон термодинамики, в соответствии с которым энергия не возникает и не исчезает («не бывает бесплатных обедов»), и второй закон термодинамики, согласно которому полезная энергия всегда убывает («без убытков не обойтись»).], согласно которым порядок стремится к хаосу, сложность – к простоте, информация – к бессмыслице. Капля чернил расплывается в стакане воды, дома ветшают, плоть разлагается. Философы бьются над определением жизни столько лет, сколько существует человечество, но любое определение, безусловно, должно включать эту способность противостоять всеобщему стремлению к хаосу: не изнашиваться, не разлагаться, не умирать. Если камень всегда стремится скатиться с холма, как поднять камень на его вершину? Если Вселенная представляется враждебной жизни, как тем не менее жизнь возможна? Необходимо рациональное объяснение, достаточно последовательное, чтобы показать, как жизнь может не только существовать, но и усложняться – явно вопреки неумолимым законам физики!
Вначале следует отбросить идею, будто сложная жизнь могла сразу возникнуть полностью сформированной, – это слишком маловероятно, разве что ей предшествовала еще более сложная форма жизни, сотворившая ее. Возможно, некое божество и в самом деле сотворило Вселенную в законченном виде, но в таком случае мы вообще не сможем судить о внеземной жизни. Все формы, краски и особенности поведения инопланетных существ будут не более чем прихотью их творца. Стивен Хокинг говорил, что замысел Бога постичь в принципе возможно, но только если изучить все законы физики во всей их полноте[15 - Хокинг С. Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр. – М.: АСТ, 2018.]. До этого нам еще далеко.
Следовательно, жизнь начинается с чего-то простого. Как простая форма жизни может усложниться? Знает ли она, какие именно усложнения ей нужны? Мы можем представить себе, как человек решает, что неплохо бы изобрести бионическую руку, но трудно вообразить подобную прозорливость у примитивной клетки или молекулы (подробнее об этом пойдет речь в разделе 10). Мы ищем «подходящее» объяснение сложности живого, а подходящее объяснение должно быть исчерпывающим и не обращаться к внешним, трудно поддающимся определению явлениям (наподобие Бога) либо к явлениям, в возможность которых мы не верим (например, «знанию» молекулы о том, во что она хочет превратиться). Усложнение должно происходить само собой, поэтому необходимое условие полноценного объяснения – отсутствие в нем идеи предвидения, иначе мы не сможем применить его к древнейшим и простейшим формам жизни.
Даже если смириться с тем, что мы не знаем, как возникли первичные формы жизни, стоит объяснить, каким образом они могли усложниться. Как и подавляющее большинство современных ученых, я утверждаю, что естественный отбор, скорее всего, является универсальным и повсеместно применимым объяснением того, что жизнь стала гораздо сложнее с тех пор, как возникла 3,5 млрд лет назад. Но что такое естественный отбор и почему он должен быть универсальным объяснением сложных форм жизни?
На элементарном уровне принцип естественного отбора понять легко. Полезные признаки накапливаются. Одни новые признаки сохраняются, другие нет, но удачные идеи, разработанные предыдущими поколениями, не забываются. Ричард Докинз дал этому процессу простое и элегантное объяснение в книге «Слепой часовщик» (The Blind Watchmaker). Представим себе случайную последовательность из 20 букв, например SDFLKJFGOSDIFHGSOFGH. Шансы получить из них осмысленную последовательность, скажем The Blind Watchmaker, астрономически малы: примерно 1 к 42 миллиардам миллиардов миллиардов[16 - Для последовательности в 20 букв, если использовать 26 возможных букв латинского алфавита плюс знак пробела, количество возможных комбинаций 27
= 42 391 158 275 216 203 514 294 433 201.]. Никто не поверит, что порядок может возникнуть из хаоса случайным образом. Но если каждый раз при внесении случайных изменений в эту последовательность сохранять те изменения, которые соответствуют искомой последовательности The Blind Watchmaker, результат будет совершенно иным. Удачные нововведения – скажем, замена начального S (которого нет в конечной последовательности) на T (первую букву артикля The) – не исчезают, поэтому постепенно проявится наилучший, то есть «правильный» вариант. Примечательно, что при использовании такого метода «отбора» правильная последовательность получается примерно после 540 попыток – шансы улучшаются в 80 миллионов миллиардов миллиардов раз![17 - На «исправление» одного знака требуется в среднем 27 попыток (так как нужный знак – один из 27), поэтому ожидаемое суммарное число попыток 27 ? 20 = 540.]
Разумеется, у природы нет предвидения. «Правильной» последовательности не существует. Но бывают более удачные последовательности и менее удачные. Если удачные изменения накапливаются, наша последовательность улучшается. Можно вкатить камень на холм, если холм ступенчатый и есть возможность передохну?ть на каждой ступени. Продвигаемся каждый раз на одну ступень и дожидаемся возможности подняться на следующую. Вот суть естественного отбора, простая, элегантная и очевидная.
Но существуют ли еще какие-нибудь, альтернативные объяснения?
Примечательная особенность теории естественного отбора состоит в том, что ученые теряются, когда заходит вопрос о правдоподобных альтернативах. Обычно, когда объяснение природного явления вызывает сомнения, рассматривается и сопоставляется множество различных альтернативных гипотез, после чего предварительно останавливаются на самой убедительной из них (до тех пор пока в свете новых данных представления не изменятся). Например, свет может быть излучением видимых объектов или сенсорным лучом, исходящим из наших глаз (как полагали некоторые древнегреческие философы). Обе гипотезы могут считаться правдоподобными – пока не проведены надлежащие эксперименты, чтобы их проверить. На протяжении большей части классического периода истории сосуществовали идеи плоской Земли и шарообразной Земли, у каждой были свои сторонники и противники, пока в 240 г. до н. э. Эратосфен не провел свой блестящий эксперимент по измерению радиуса Земли (и в самом деле шарообразной).
Интересно, однако, что в случае с естественным отбором других серьезных альтернативных гипотез, объясняющих существование сложных организмов, не находится, если не считать нескольких совершенно неудовлетворительных и ненаучных версий.
Возможно, нам нужно подумать как следует; возможно, мы недостаточно сообразительны. Ответ: «Это единственное, что мне приходит в голову», – не отличается научной строгостью. Но, хотя отсутствие альтернатив не доказательство, это как минимум признак того, что естественный отбор – самая вероятная кандидатура. Все другие гипотезы, выдвигавшиеся для объяснения происхождения сложных форм жизни, в основном скорее описательные, чем объяснительные.
Например, можно допустить, что всемогущее Божество «руководит» конкретными изменениями формы и поведения живых существ, направляя их по эволюционному пути. Или же – что существует пока еще не открытая «жизненная сила», движущая видовыми изменениями. Или, быть может, при сотворении живого в него уже была заложена матрица его будущего развития, и «готовый план» человека ждал своего часа внутри бактерии. Все, что нужно, – это снять внешние слои, и вот они – мы. Но это лишь описание, а не объяснение того, как возникает сложность. У каждой человеческой культуры имеется своя история сотворения мира, и ни одна из них объективно не лучше другой. Истории ничего нам не объясняют, а мы очень хотим понять механизм, а не просто услышать историю.
Математический анализ дает нам весомые основания полагать, что естественный отбор может быть единственным объяснением жизни во Вселенной, и немалая доля наших представлений о том, что без естественного отбора эволюция жизни обойтись не могла, обусловлена математикой. Сами уравнения, возможно, несколько скучноваты, но только не стоящие за ними идеи. Одно из самых полных математических описаний того, как и почему происходит процесс эволюции, составил Джордж Прайс, замечательный, хотя и малоизвестный ученый XX в. Он был химиком, а не биологом и не математиком, но в сотрудничестве с двумя титанами эволюционной теории, Джоном Мейнардом Смитом[18 - Джон Мейнард Смит. Теория эволюции (The Theory of Evolution by John Maynard Smith).] и Биллом Гамильтоном, создал самое полное математическое описание причин эволюции. Рассказывают, что неотвратимость эволюционных сил произвела такое впечатление на Прайса, что он, бывший прежде убежденным атеистом, обратился в христианство, раздал все свое имущество, посвятил остаток жизни помощи бездомным, впал в глубокую депрессию и умер в нищете в трущобах[19 - Орен Харман. Цена альтруизма: Джордж Прайс и поиски истоков доброты (The Price of Altruism: George Price and the Search for the Origins of Kindness by Oren Harman).].
Один из ключевых элементов уравнения Прайса состоит в том, что и количественные характеристики какого-либо признака животного – например, длина его зубов, – и преимущество, которое дает это признак, изменчивы. У одних животных зубы длиннее, у других короче. Хотя более длинные зубы действительно могут быть преимуществом, это не всегда означает, что зубы в два раза длиннее окажутся для животного в два раза полезнее. Скорее, существует общая тенденция – чем длиннее зубы, тем больше преимущество. Прайс математически доказал, что скорость изменения признака в популяции со временем (скорость, с которой у потомков животных удлиняются зубы) зависит от так называемой ковариации между признаком и преимуществом, которое он обеспечивает, иными словами, от того, насколько тесно взаимосвязаны признак и его полезность. Если с удвоением длины зубов польза всегда удваивается, то длинные зубы распространятся в популяции как пожар. Если эта связь слабее – например, если удвоение длины зубов дает прирост пользы только на 10 %, и притом только в 50 % случаев, – то темпы эволюции будут гораздо медленнее.
Невозможно переоценить значение того, что на вооружении ученых появилась модель, позволяющая предсказывать ход эволюции. И эта модель не опирается ни на какие исходные данные, привязанные к Земле. Уравнение Прайса точно так же будет работать для любой экзопланеты в Галактике. Британский философ Бертран Рассел говорил: «Я люблю математику прежде всего за то, что в ней нет ничего человеческого, за то, что с этой планетой, со всей случайной Вселенной ее, по существу, ничего не связывает – за то, что, подобно Богу Спинозы, она не полюбит нас в ответ».
Некоторые из этих математических моделей можно представить наглядно. Вообразите, что вас высадили посреди гористой местности в густом тумане и велели добраться до вершины горы. Ландшафт вокруг вас называется ландшафтом отбора или адаптивным ландшафтом[20 - Графическая модель эволюции в виде карты. Термин и модель предложены американским биологом С. Райтом (1931) (БСЭ). – Прим. ред.]. Речь идет не о вашей приспособленности к жизни в горах, здесь имеется в виду совсем иное. В эволюционном смысле «приспособленность» определяется тем, насколько эффективно вы передаете свои гены будущим поколениям. Дело не только в вашей способности успешно выживать, но и в том, сколько у вас детей, сколько из них, в свою очередь, выживет, чтобы обзавестись собственными детьми, и так далее, поколение за поколением. В случае нашей наглядной аналогии – чем выше вы поднимаетесь, тем лучше вы приспособлены к своей среде и тем выше ваша эволюционная приспособленность; чем выше вы забрались по склону горы, тем больше потомства вам удалось вырастить. Сколько разных методов можно использовать, чтобы отыскать вершину горы? Хорошо, если у вас есть карта или вы можете разглядеть вершину горы и двигаться в этом направлении. Но если такой возможности нет, единственный способ найти дорогу – оглядеться вокруг, определить, с какой стороны рельеф повышается, и все время идти вверх. А если бы вам сказали, что нужно не идти вверх по склону, а придумать какой-то альтернативный способ добраться до вершины горы, вы бы справились с этой задачей? Других способов-то на самом деле и нет. Можно попробовать, например, перепрыгивать с места на место случайным образом, но математически нетрудно доказать, что этот способ неэффективен. Единственный доступный способ – маленькие шажки, локальные усовершенствования. А это и есть естественный отбор.
Разумеется, в науке всегда есть место новым открытиям и новым радикальным идеям, способным сотрясти твердые основания, казалось бы служившие нам опорой. Никто не станет возражать, если будет открыта альтернатива естественному отбору. Но это не значит, что следует утверждать, будто эта альтернатива непременно существует. Признавать, что наши познания в физике неполны, не значит заявлять: «Возможно, привидения и феи реальны, поэтому от квантовой физики можно отказаться». Никто не запрещает выдвигать пустопорожние допущения, вот только особой пользы от них нет.
Знаменитый британский астроном Фред Хойл, сыгравший выдающуюся роль в развитии астрономии XX в., был также прекрасным писателем-фантастом. В романе «Черное облако» (The Black Cloud)[21 - Хойл Ф. Черное облако / Пер. с англ. Д. А. Франк-Каменецкого // Сб. НФ. № 4. – М.: Знание, 1966.], изданном в 1957 г., он не только блестяще и убедительно показал, какой может быть внеземная жизнь, но также достоверно описал поведение ученых, столкнувшихся с неизвестным. Хойл представил инопланетный разум в виде гигантского газового облака размерами в сотни тысяч километров, наделенного чувствами и высоким интеллектом. Он замечательно описал, как могло бы существовать и функционировать подобное инопланетное существо, однако критики упрекнули его в недостаточном понимании биологии – он не объяснил, как такое существо могло возникнуть в ходе эволюции! Какие шаги привели к появлению столь высокоразумного облака из газа? Каков был предок этого облака, как он изменялся и как из него получилось нынешнее облако?
Это упущение весьма типично для фантазий об инопланетянах – они могут быть разумными, обладать невероятными способностями вроде телепатии, телекинеза или силы изменять реальность щелчком пальцев. Но каким образом они смогли достичь такого фантастического состояния? Единственный возможный ответ здесь – путем усовершенствования предыдущего состояния, то есть с каждым шагом поднимаясь все выше по склону. Иными словами, опять речь идет об естественном отборе.
Между прочим, на подобную критику в отношении своего романа Хойл дал простой ответ. В ту пору, в 1950-е гг., кипели споры о том, почему все галактики во Вселенной, по всей видимости, удаляются от нас. Выдвигались две гипотезы: согласно первой, Вселенная изначально была чрезвычайно мала и с тех пор расширяется; согласно второй, Вселенная не имеет начала и всегда расширялась, а новая материя непрерывно зарождается в ее центре. Первое объяснение Хойл считал чепухой и издевательски[22 - The Big Bang – более точный перевод этого термина – «Большой хлопок».] назвал его теорией «Большого взрыва» (The Big Bang). С тех пор название прижилось, а теперь, как известно, и сама эта теория происхождения Вселенной считается верной. Но в то время, опираясь на имеющиеся тогда результаты наблюдений, Хойл и его коллеги настаивали, что Вселенная не имеет начала. Поэтому неудивительно, что, когда герои его книги – ученые – спрашивают Черное облако, как возник первый представитель его вида, Облако отвечает: «Я не верю, что вообще когда-либо существовал “первый”», – а ученые при этом торжествуют: «Что бы сказали сторонники теории “взрывающейся Вселенной”!»[23 - Цит. по: Хойл Ф. Черное облако / Пер. с англ. Д. А. Франк-Каменецкого // Сб. НФ. № 4. – М.: Знание, 1966.]
Если время бесконечно, нам следует переосмыслить представления о происхождении жизни. Однако научное сообщество теперь не сомневается, что у Вселенной действительно было начало, а значит, и у жизни должна быть точка отсчета – та точка, начиная с которой жизнь стала развиваться и усложняться. И естественный отбор – универсальное объяснение этого процесса.
Конвергенция: наш ключ к внеземной жизни
Мое смелое утверждение, что опыт изучения жизни на Земле применим к жизни во всей Вселенной, исходит из простого наблюдения: эволюция работает сходным образом в сходных условиях. И птицы, и летучие мыши летают, но общий предок птиц и рукокрылых жил 320 млн лет назад, задолго до динозавров, когда рептилии только начинали завоевывать мир. Эта предковая рептилия, безусловно, не летала, потому что среди ее потомков не только птицы и рукокрылые, но также все змеи и черепахи, динозавры и млекопитающие от слона до человека. Несомненно, способность летать развилась у птиц и летучих мышей независимо друг от друга на более поздних стадиях.
В реальности мы знаем, что активный (машущий) полет возникал в эволюции земных животных как минимум четыре раза. Птицы начали летать около 150 млн лет назад, когда по Земле бродили динозавры. Знаменитый ископаемый археоптерикс, относящийся примерно к этому времени, выглядит как нечто среднее между динозавром и птицей, и он немало озадачил ученых XIX в., включая Чарльза Дарвина. Напротив, летучие мыши развили способность к полету немногим более 50 млн лет назад, почти наверняка уже после вымирания динозавров. Крылья птиц и летучих мышей настолько отличаются друг от друга, что трудно поверить, что они выполняют одинаковые функции. У летучих мышей невероятно удлиненные пальцы, которые пронизывают все крыло и соединены тонкой кожной мембраной, наподобие перепонки на утиных лапах, только в этом случае перепонка растянута на всю длину конечности. У птиц плоскость крыла образована перьями, а не кожей, причем, в отличие от летучих мышей, кости передних конечностей у них проходят лишь по переднему краю крыла.
Хотя способность к полету птиц и рукокрылых эволюционировала совершенно независимо, она служила одним и тем же целям. Взгляните, как носятся в воздухе стрижи и ласточки, ловя на лету насекомых, – они необычайно похожи на летучих мышей, которые появятся несколькими часами позже, в сумерках, и будут гоняться за насекомыми, совсем как птицы. Крошечный лесной нетопырь (Pipistrellus nathusii) весом около 10 г способен мигрировать на сотни, даже тысячи километров, по дальности полета соперничая со многими птицами[24 - http://bats.org.uk (http://bats.org.uk/) – краудсорсинговый проект наблюдений за нетопырями.]. Вне зависимости от происхождения полет – необычайно полезная функция, и неудивительно, что он возникает в эволюции снова и снова.
Конечно, птицы и рукокрылые – не единственные летающие животные. Птерозавры, громадные летучие рептилии, поднялись в воздух задолго до птиц, возможно, не менее 220 млн лет назад. Некоторым из них (увековеченным в многочисленных фильмах ужасов на тему жизни первобытных людей, где биологической достоверностью и не пахнет) огромные крылья помогали парить, подобно грифам, но как именно они взлетали – вопрос, который все еще активно изучается[25 - Мэтт Уилкинсон. Беспокойные создания: История жизни в десяти движениях (Restless Creatures: The Story of Life in Ten Movements by Matt Wilkinson, 2016).]. Так или иначе, нет сомнения, что они возникли независимо от птиц: птерозавры не относились к динозаврам, тогда как птицы – прямые потомки быстроногих динозавров, близких родственников знаменитого тираннозавра (Tyrannosaurus rex). Четвертый и самый распространенный на нашей планете случай появления полета в ходе эволюции – еще древнее и восходит к началу истории насекомых 350 млн лет назад. Когда насекомые стали первыми по-настоящему успешными обитателями суши, они быстро эволюционировали, дав великое разнообразие форм, в том числе обладавших уникальными адаптациями к жизни в новой среде. В океане живой организм медленно и плавно погружается на дно, но если вы падаете с дерева, то тут же разобьетесь о землю! Вероятно, первые крылья обеспечивали возможность замедлить падение и даже направить падающее животное обратно к древесному стволу, чтобы не тратить силы и не залезать туда с земли (этим способом все еще пользуются современные белки-летяги, которые планируют с дерева на дерево благодаря кожной перепонке между передними и задними конечностями).
Очевидные преимущества полета для этих мелких существ, роившихся над едва освоенной сушей, привели к широкому разнообразию решений в этой области: появились назойливо зудящие комары, изящные стрекозы, странного вида летающие жуки и, конечно, шмели с их «невозможным с точки зрения аэродинамики» полетом. Трудно усомниться, что полет насекомого и полет летучей мыши имеют разные механизмы и эволюционировали отдельно, но ясно, что сам по себе полет – это невероятное преимущество.
Независимое появление аналогичных эволюционных решений – в данном случае полета – у видов, родственных друг другу лишь отдаленно, связано с феноменом так называемой конвергентной эволюции. В сходных условиях среды обитания полезными становятся сходные решения. Более того, весьма вероятно, что для конкретной проблемы существует лишь ограниченное количество возможных решений. Если это и в самом деле так, не стоит удивляться, что птицы, рукокрылые, птерозавры и насекомые развили сходные функции, пусть и через различные формы.
Этот пример конвергентной эволюции – лишь малая часть необъятного по широте явления. Конвергенция проявляется повсюду. Глаза c хрусталиком, подобные нашим, возникали в ходе эволюции по меньшей мере шесть раз. Как минимум столько же раз возникала способность генерировать собственное электрическое поле (чтобы оглушать добычу или ориентироваться в окружающей среде). Рождение живых детенышей, по-видимому, совершенно независимо возникало более 100 раз. Даже фотосинтез, основа всей жизни на Земле, появился независимо, по крайней мере, в 31 эволюционной линии[26 - Эти и многие другие случаи конвергентной эволюции подробно описаны в книге Саймона Конвея Морриса «Решение жизни: Неизбежность человека в одинокой Вселенной» (Life’s Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe by Simon Conway Morris, 2004).].
Едва ли не самый знаменитый пример конвергентной эволюции – не так давно вымерший хищник, известный под названием сумчатого волка или тасманийского тигра. Последний известный сумчатый волк умер в зоопарке в 1936 г., но несколько тысячелетий назад, до появления людей и собак динго, эти животные были широко распространены по всей Австралии и Новой Гвинее. Сходство между сумчатым волком и настоящими псовыми, такими как волки и койоты, действительно сбивает с толку: его легко принять за необычную породу собаки. Однако он был таким же представителем сумчатых, как кенгуру или коала, и к волкам имел не больше отношения, чем к летучим мышам. Как подобное физическое сходство могло появиться у настолько неродственных видов? Ответ вам теперь уже знаком: и сумчатый волк, и псовые сформировались в ходе эволюции, заняв сходные экологические ниши.
Теперь, когда сумчатый волк исчез с лица земли, мы уже никогда не узнаем точно, как он охотился. Стаями ли, загоняя кенгуру, подобно тому, как современные волки загоняют оленей? Или атаковал добычу, застигнув ее врасплох, как вероятный предок домашней собаки, а необычные черные полосы служили маскировкой? Уже просто задавая эти вопросы, мы укрепляемся в уверенности, что конвергентная эволюция реальна. Можно изучать скелеты, чтобы установить силу укуса челюстей сумчатого волка (исследователи определили, что она была небольшой), приспособленность его локтевого сустава для бега на длинные дистанции (она тоже невелика), и таким образом сделать вывод, что сумчатый волк, скорее всего, охотился из засады, а не преследовал добычу, как настоящий волк. Но подобные рассуждения лишь показывают, насколько верны наши аргументы в пользу конвергенции: сходные условия порождают сходные признаки.
И теперь мы подошли к самому главному. Конвергентная эволюция – явление, не ограниченное земной жизнью. Те же принципы, которые привели птиц и летучих мышей к полету, скорее всего, приведут к аналогичным эволюционным решениям и их инопланетных собратьев. Это явление отнюдь не уникально для Земли или для существ, связанных весьма отдаленной родственной связью, таких как птицы и рукокрылые. Развитие сходных черт у видов, занимающих сходные экологические ниши, почти наверняка должно иметь место и на других планетах.
В связи с этим может показаться, будто я утверждаю, что чужие планеты (по крайней мере, те из них, что по условиям похожи на Землю) населены существами, подобными земным: там будут инопланетные волки и летучие мыши, инопланетные кенгуру и синие киты. Если настоящие волки и сумчатые, полностью изолированные друг от друга географически, эволюционировали независимо, но параллельно, почему бы этому закону не распространяться на все живое? Что, если первая форма жизни на Земле, какой бы она ни была (допустим, первый шарик из белков и РНК в жировом пузырьке), по чистой случайности совпала бы с первой формой жизни и на другой планете? Означает ли это, что там тоже появились бы четвероногие волки, шестиногие жуки и двуногие люди?
Однако есть причины полагать, что подобная конвергенция может оказаться не так распространена, как мы предполагаем. Биолог-эволюционист и палеонтолог Стивен Джей Гулд предложил знаменитый мысленный эксперимент – заново проиграть «ленту жизни», прокрутив ее далеко назад до определенной точки, а затем нажав на кнопку «Пуск»[27 - Стивен Джей Гулд. Удивительная жизнь: Берджесские сланцы и природа истории (Wonderful Life: The Burgess Shale and the Nature of History by Stephen J. Gould, 1990).]. Следует ли ожидать, что после миллиардов лет повторного воспроизведения эволюционных событий мы окажемся в том же состоянии, что и сейчас, с теми же биологическими видами и той же эволюционной историей? Скорее всего, нет. Долгая история жизни на Земле – это, конечно, история непрерывного развития, но в то же время история множества катастроф и чудесных спасений. Вскоре после появления сложных организмов вся планета оледенела от полюса до полюса – это событие известно под названием «Земля-снежок». Некоторым организмам повезло выжить в незамерзших океанах под толстым слоем льда. Когда 66 млн лет назад в Землю врезался астероид размером с город Кембридж (Англия), вымерли все крупные наземные животные, а освобожденные экологические ниши, прежде занятые динозаврами, быстро захватили мелкие млекопитающие, которые потом превратились в нынешних лошадей, тигров и броненосцев. Надо полагать, что, если бы астероид отклонился всего на несколько сотен километров в сторону, он бы вообще не столкнулся с Землей, и последние 60 млн лет эволюции выглядели бы совершенно иначе. Можно ли на самом деле предугадать, по какому пути пойдет эволюция жизни на планете, если она, по-видимому, в значительной степени зависит от, казалось бы, случайных космических происшествий?
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=66780003&lfrom=174836202) на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
notes
Сноски
1
Таскер Э. Фабрика планет: Экзопланеты и поиски второй Земли. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019.
2
Кларк А. 2001: Космическая одиссея. – М.: Эксмо, 2018.
3
Кларк А. Черты будущего. – М.: Мир, 1966.
4
И. С. Шкловский и Карл Саган. Разумная жизнь во Вселенной (Intelligent Life in the Universe by I. S. Shklovskii and Carl Sagan, 1966, p. 183).
5
Цит. по: Тит Лукреций Кар. О природе вещей / Пер. с лат. Ф. Петровского.
6
Докинз Р. Слепой часовщик / Пер. с англ. А. Гопко. – М.: CORPUS, 2015.
