- -
- 100%
- +
Рис. 1.6 возвращает нас к кувшинчикам и прочим емкостям. Многие одиночные осы откладывают яйца на тело своей жертвы – оса парализует ее жалом и затаскивает в гнездо. Затем запечатывает вход, так чтобы его нельзя было найти, и личинка питается жертвой, пока не превратится во взрослую крылатую особь и не завершит цикл. Большинство видов одиночных ос роет норы в земле. Некоторые прячут вылепленные из глины гнезда высоко в кронах деревьев (рис. 1.6а). Как и цветок саррацении, такой “горшочек” успешно выдержал бы наш тест на практичность для псевдомоделей. Одиночные пчелы тоже устраивают гнезда в дуплах, однако кормят своих личинок пыльцой, а не животной пищей. Среди пчел есть и каменщики (они принадлежат к роду Osmia). Домик, показанный на рис. 1.6b, выстроен не из глины, а из мелких, схваченных цементирующим веществом камешков. Образец, показанный на фото, помимо сходства с функциональным человеческим жилищем отличается еще одним весьма удивительным свойством. Вы видите только один кувшинчик, но на самом деле их четыре. Три из них скрыты под слоем затвердевшей глины, практически не отличимого от скалы. Ни один хищник не найдет маленькую личинку, которая подрастает в гнезде. Моему коллеге Кристоферу О’Тулу однажды посчастливилось увидеть такой кластер в Израиле, но лишь потому, что пчела не закончила строительство последнего кувшинчика.
Рис. 1.6. “Керамика” насекомых-“гончаров”: осы-отшельницы (а) и одинокой пчелы (b).
Для осиных и пчелиных горшков характерны все признаки дизайнерской работы. В данном случае, в отличие от кувшинчика саррацении, их и впрямь лепили умелые лапы, пусть “мастера” и не отдавали себе в том отчета. На первый взгляд, гнезда наездника и одиночной пчелы больше походят на рукотворные гончарные изделия, нежели кувшинчик саррацении. Но ни оса, ни пчела не занимаются осознанным конструированием своих гнезд. Несмотря на то, что эти формы из глины или из камешков создаются в результате жизнедеятельности насекомых, последние и сами в процессе эмбрионального развития претерпевают примерно такие же изменения. Звучит непонятно, но я поясню, если позволите. Нервная система живой осы развивается так, что ее мышцы, конечности и челюсти движутся скоординированно по определенной схеме. Совершая движения по часовой стрелке, конечности собирают глину и формируют горшочек. Едва ли насекомое понимает, что делает, зачем и почему. Оно не помышляет о создании произведения искусства, специального контейнера или детской комнаты. Его мышцы просто движутся согласно сигналам, которые передает им нервная система, а в итоге получается кувшинчик. Форма кувшинчика не есть плод творческой воли насекомого, поэтому мы решительно относим осиные и пчелиные гнезда не к подлинным, а к псевдодизайнерским моделям (дизайноидам), хотя и восхищаемся ими. Честно говоря, я не знаю наверняка, присущи ли осам творческая фантазия и конструкторские навыки или нет. В любом случае, мое объяснение приемлемо, и этого достаточно. То же самое можно сказать и о птичьих гнездах и домиках (рис. 1.7), о ловчих камерах ручейников, но только не о барельефах горы Рашмор и не о технических методах их создания – они как раз сделаны по проекту.
Рис. 1.7. Мастера псевдодизайна. Гнезда птиц ткачика (а) и портнихи Orthotomus sutorius (b).
Рис. 1.8. Высотки насекомых ориентированы с севера на юг. Строения австралийских компасных термитов.
Известный австрийский зоолог Карл фон Фриш, который открыл язык танца пчел, однажды написал: “Если на мгновение представить себе термитов ростом с человека, их самые крупные башни, увеличенные пропорционально, были бы высотой в милю, в четыре раза выше нью-йоркского Эмпайр Стейт Билдинг”. Небоскребы, показанные на рис. 1.8, соорудили австралийские термиты вида Amitermes meridionalis. Они еще называются компасными термитами за то, что их термитники всегда ориентированы с севера на юг, и заблудившиеся путники могут определять по ним стороны света – как, между прочим, и по спутниковым тарелкам, которые в Великобритании почти всегда смотрят на юг. Для термитов важно, чтобы на широкую, плоскую стенку термитника солнце попадало ранним утром и во второй половине дня. Зато узкий край обращен на север, то есть защищен от полуденного зноя, так как в южном полушарии солнце в полдень светит с северной стороны. Резонно предположить, что термиты сами нашли такое хитроумное решение. Но строительные технологии термитов осмысленны в той же степени, в какой созданы с умыслом их конечности и челюсти. Ни то, ни другое не было смоделировано. И то, и другое – дизайноиды.
Термитники, трубки ручейников, птичьи и пчелиные гнезда – все эти потрясающие атрибуты животного мира занимают в ряду дизайноидов особое место и представляют собой любопытнейшие объекты. Под словом “дизайноид” прежде всего подразумеваются сами живые организмы и их части. Живые организмы формируются в результате сложного процесса развития эмбрионов, а не ловкой работы рук, клювов или челюстей. Любители раскладывать все по полочкам могут назвать такие объекты, как осиное гнездо, “дизайноидами второго порядка” и поместить их между истинными моделями и дизайноидами, но, по‐моему, это только нас запутает. Следует признать, что глиняное гнездо-кувшинчик оформилось благодаря движениям конечностей, похожим на движения рук гончара. Но предпосылки создания “моделей” со всей их красотой и практичностью для решения конкретных задач совершенно разные. Человек включает свою творческую фантазию и рисует образ будущего кувшина у себя в голове или копирует модель, придуманную другим мастером. Кувшинчик осы обретает свою эстетичную форму и становится пригодным для определенных целей совсем иначе – точно по такой же схеме, по какой обретает свои очертания и функциональные особенности тело самой осы. Когда мы перейдем к обсуждению живых организмов как дизайноидов, это станет яснее.
И работу дизайнера, и подобную ей псевдомодель мы узнаем по очевидному сходству объектов. Профили на горе Рашмор явно вытесаны по замыслу художника, это скульптурные портреты президентов. Точно так же неслучайно сходство морских коньков-тряпичников с листьями подводных растений. Но помимо способов маскировки жука-“муравья” или насекомого, которое старается прильнуть к ветке дерева, в живой природе можно найти множество других удивительных примеров мимикрии. Мы нередко поражаемся степени сродства живого объекта и сделанной человеком вещи, которая выполняет те же функции. Всем известное подобие человеческого глаза и фотокамеры не нуждается в дополнительных комментариях. Лучшие инженеры – это те, кому квалификация позволяет разобраться в строении организмов животных и растений, ибо механизм, будь то машина или созданный природой дизайноид, работает эффективно, если он подчиняется определенным законам.
Зачастую живые организмы конвергируют к одной и той же форме тела не потому, что имитируют друг друга, а потому что данная форма независимо выгодна каждому из них. Ёж и тенрек (рис. 1.9) настолько похожи, что, казалось бы, нет никакого смысла рисовать обоих. Эти достаточно близкие родственники принадлежат к отряду насекомоядных. Впрочем, судя по другим признакам, они выработали свой колючий характер явно независимо друг от друга и, видимо, по одной и той же причине – иголки служат им защитой от хищников. Оба они очень напоминают землеройку, которая состоит с ними в гораздо более близком родстве, чем другие животные с игольчатым покровом[1]. На рис. 1.10 приведен другой пример. Многие животные и рыбы, которые быстро плавают вблизи поверхности воды, имеют сходную форму тела. Как сказал бы инженер, у них обтекаемый силуэт. На рисунке изображены дельфин (млекопитающее), ихтиозавр (вымершая рептилия, которую можно считать эквивалентом дельфина среди рептилий), марлин (костистая рыба) и пингвин (птица). Это называется конвергентной эволюцией.
Рис. 1.9. Животные с одинаковыми потребностями зачастую больше похожи друг на друга, чем на своих ближайших родственников. Алжирского ежа, Erinaceus algirus (а), и землеройкового ежа, Neotetracus sinensis (b), связывает близкое родство. Большой ежовый тенрек, Seifer setosus (c) – кузен длиннохвостого тенрека, Microgale melanorrachis (d).
Рис. 1.10. Конвергентная эволюция: независимое развитие обтекаемых форм. (а) Афалина, Tusiops truncates; (b) Ichthyosaurus; (c) синий [атлантический голубой] марлин, Makaira nigricans; (d) галапагосский пингвин, Spheniscus mendiculos.
Рис. 1.11. Многоножки Cylindroilus punctatus спариваются в миссионерской позе.
Далеко не всегда стоит делать какие‐то выводы из внешнего сходства объектов. Многоножки с рис. 1.11 вызовут умиление у сторонников миссионерской позы в постели (среди коих есть и не миссионеры), которые ратуют за секс лицом к лицу как якобы более человечный. Если мы и называем это конвергенцией, то она явно не связана со сходными потребностями упомянутых организмов. Скорее всего, дело в том, что количество способов расположения относительно друг друга тела самки и самца ограничено, и существует огромное количество причин, по которым может зафиксироваться один из них.
Тут мы замыкаем круг и возвращаемся к первоначальной теме чистой случайности. Иногда живые существа могут сильно напоминать те или иные объекты, однако не до такой степени, чтобы мы заподозрили какую‐то закономерность. Красное пятно на грудке лусонского куриного голубя вызывает иллюзию смертельной раны, но вряд ли это что‐либо означает. Случайно и сходство морского кокоса с женскими ягодицами (рис. 1.12а). Всегда найдется масса причин, чтобы заметить сходство – подобно тому, как мы вычерчиваем профиль Кеннеди в горном массиве. Кровавая рана на грудке голубя – всего лишь пучок красных перьев. Более сильное впечатление производит кажущаяся “мимикрия” морского кокоса. Тут уже не одна характерная примета, а две или три. Можно даже углядеть лобковые волосы. Но креативный человеческий мозг склонен всюду находить совпадения, особенно с самыми привлекательными частями тела. Думаю, это и происходит, когда мы разглядываем морской кокос и узнаем лицо Кеннеди в очертаниях скалы.
Рис. 1.12а. Случайное совпадение форм в природе: морской кокос.
Рис. 1.12b. Случайное совпадение форм в природе: бражник “мертвая голова”, Acherontia atropos.
Ту же картину мы наблюдаем в случае с бабочкой из семейства бражников, которую называют “мертвая голова” (рис. 1.12b). Наш мозг прямо‐таки одержимо ищет сходство с лицами, на чем основана одна из самых эффектных иллюзий, хорошо знакомая психологам. Если вы возьмете обычную карнавальную маску, обратив ее внутренней стороной к другому человеку и подставив сзади фон, так чтобы глаза четко выделялись, скорее всего, ваш оппонент увидит нормальное лицо. Если затем вы начнете медленно поворачивать маску из стороны в сторону, последует весьма странное явление. Не забудьте, что мозг наблюдателя “думает”, что видит лицо, хотя на самом деле перед ним вогнутая маска. Когда маска наклоняется влево, согласовать информацию, которая передается от глаз маски, с тем, что мозг воспринимает маску как лицо, можно только предположив, что оно движется в противоположном направлении. Это и есть обман зрения. Кажется, будто лицо поворачивается в направлении, противоположном реальному направлению вращения.
Скорее всего, и “лицо” бражника “мертвая голова” ничего не выражает. Однако я должен добавить, что Роберт Трайверс, один из самых авторитетных ученых в области теории эволюции, ныне работающий в Ратгерском университете в Нью-Джерси, полагает, что маски на спинке насекомых – это результат их стремления напугать потенциальных хищников – например птиц; мы трактуем рисунок бабочки как человеческое лицо, но с тем же успехом это может быть обезьянья морда. Может, он и прав, и в таком случае я должен отнести этот пример к рубрике “дизайноиды”. То же самое, хотя и по другой причине, можно сказать и про японского краба-самурая, еще одного имитатора “с человеческим лицом”. Рисунок на его панцире напоминает – надо сказать, даже слишком напоминает – лицо разъяренного японского воина. По легенде, много веков назад японские рыбаки, как и все люди, склонные в любом узоре находить знакомые черты, разглядели на спине некоторых крабов намек на лицо. Из суеверия или из уважения к такому образу рыбаки не хотели губить крабов, похожих на людей – тем более, наверное, на самураев, – и отпускали их обратно в море. Благодаря этим верованиям и антропоморфному рисунку было спасено много крабьих жизней, и в результате потомство крабов с наиболее четко выраженной специфической “гуманоидной” окраской составляло непропорционально большую часть каждого следующего поколения. Таким образом, в каждом следующем поколении усиливалось сходство рисунка с человеческим лицом.
Обдумывая, как бы найти подходящий каменный нож, мы сошлись на том, что лучше всего было бы внимательно осмотреть все камни в мире и отбросить тупые – каковых наверняка окажется подавляющее большинство. Походите по каменистым осыпям и карьерам, и вам наверняка попадется камень не только достаточно острый, но и с более или менее удобной ручкой. Мы не погрешим против истины, если скажем, что в фармацевтической отрасли так и происходит – огромное множество веществ синтезируют наугад, прежде чем отобрать для тестирования те немногие, что, может быть, окажутся действенными. Однако мы пришли к выводу, что добывать себе орудия труда путем поисков крайне нерационально. Куда разумнее обтесать или заточить подходящий материал – камень или сталь. Но живые объекты с признаками моделирования – так называемые дизайноиды – возникают иначе. В конечном итоге они формируются в процессе, который гораздо ближе к изыскательскому, хотя по основным признакам отличается от поиска как такового.
У камня есть еще одно, возможно, не самое важное свойство, но давайте все же поговорим о нем и о его следствиях. У камней не может быть потомков. Похожие на них дети, если бы они родились, унаследовали бы от родителей способность иметь детей. Это означает, что в следующих поколениях у них были бы внуки и правнуки. Вы скажете, что это умозрительные рассуждения? Не совсем. Позвольте обратить ваше внимание на другие объекты, тоже острые по случайному стечению обстоятельств, но способные производить потомство.
Жесткие края плоских листьев тростниковых растений довольно острые. Вероятно, это непредвиденный побочный эффект развития других свойств листа. О тростниковый лист можно серьезно пораниться, но он не настолько хорошо заточен, чтобы это могло показаться нам преднамеренным. Конечно, попадаются листья более острые, чем другие, и можно обшарить берег в поисках самого травмоопасного листа. С этого момента камни нам больше не нужны. Вы сможете не только резать своим тростниковым ножом, но и выращивать ему подобные! Или разводить другие растения, которые вы нарвали себе на ножи. Cамым острым обеспечьте возможности для перекрестного опыления, тупые уничтожьте – делайте что хотите, но следите за тем, чтобы растения с наиболее острыми листьями размножались как можно лучше. Не сразу, поколение за поколением. Со временем вы увидите, что одни листья режут хорошо, другие похуже, но в среднем тростник стал острее. Возможно, за сто поколений вам удастся вывести вполне качественную бритву. Если вы поставите своей целью добиться не только остроты, но и жесткости растительного “лезвия”, то вы рискуете рано или поздно нечаянно перерезать себе глотку. В известном смысле вы не сделали ничего – не пилили и не строгали, не лепили из глины, не затачивали инструмент, а просто искали объект с нужными свойствами и нашли самый подходящий. Острые листья отобрали, мягкие выбросили. Камни с режущим краем вы тоже находили, но во втором случае есть одно существенное отличие – это кумулятивный процесс. Камни не дают потомства, в то время как листья – точнее, растения – порождают другие листья. Обнаружив в очередном поколении самое острое лезвие, вы не просто пользуетесь им, пока оно не затупится. Вы добиваетесь воспроизводства и передачи его лучших качеств следующим поколениям, усиливаете их и тем самым извлекаете дополнительную выгоду. Это бесконечный накопительный процесс. Вы по‐прежнему занимаетесь только поисками, но поскольку генетические механизмы наследования обеспечивают кумулятивный (накопительный) эффект, т. е. дальнейшее развитие признака, лучший образец из более позднего поколения лучше самого лучшего образца из предыдущего поколения. Как мы узнаем в третьей главе, это и подразумевается под восхождением на гору Невероятности.
Рецепт выведения тростника с улучшенными режущими свойствами – выдумка, которая помогла нам обрисовать проблему. Все растения на рис. 1.13 происходят от одного вида – дикой капусты, Brassica oleracea. Это ни на что не похожее растение на самом деле и капусту напоминает слабо. Люди довольно быстро модифицировали его в несколько совершенно разных огородных растений. То же самое произошло с собаками (рис. 1.14). Хотя гибриды собак с шакалами и собак с койотами и существуют, в настоящее время большинство ученых полагает, что предками домашних собак всех пород были волки (вверху слева), жившие, вероятно, несколько тысяч лет назад. Человек словно бы использовал волчью плоть в качестве глины. Конечно, никто не месил и не формовал волков в буквальном смысле, чтобы вылепить себе гончую или таксу. Люди сделали это путем кумулятивного (накопительного) поиска – или, если оперировать более привычными терминами, селекционного скрещивания и искусственного отбора. Заводчики гончих нашли особей с качествами гончих собак чуть выше среднего. Получили щенков от них, отобрали лучших из одного помета, и так далее. Безусловно, в реальности все было не так примитивно, и заводчики не представляли себе заранее, как должен выглядеть пес современной гончей породы. Может, им просто понравился экстерьер, который мы теперь видим у гончих собак, а может, эти внешние физические данные сформировались спонтанно при попытках добиться каких‐то других качеств, например, способности гнать зайцев. Но будь то гончая, такса, датский дог или бульдог, процесс их выведения скорее напоминал поиск, а не лепку. Впрочем, все‐таки не только поиск, так как от поколения к поколению происходило кумулятивное усиление тех или иных свойств. Вот почему я называю это кумулятивным поиском.
Рис. 1.13. У всех этих овощей общий предок – дикая капуста, Brassica olearacea; сверху слева по часовой стрелке: брюссельская капуста, кольраби, полевая капуста, полукочанная капуста, цветная капуста, савойская капуста.
Рис. 1.14. Возможности селекции при выведении пород собак. Люди вывели все эти породы от волка (вверху), их общего дикого предка; сверху вниз: датский дог, английский бульдог, гончая, длинношерстная такса, длинношерстная чихуахуа.
Что‐то можно отыскать случайно. Дизайнерские вещи нельзя просто так найти, их надо смоделировать, отлить, вылепить, собрать или выточить – вещь обретает свой конечный вид постепенно. Дизайноиды – это продукты кумулятивного поиска, как в случае с собаками и капустой, когда ищет человек, так и в случае, когда отбирает (например, акул) среда обитания. Благодаря законам наследственности, случайные усовершенствования, которые можно обнаружить в каждом поколении, аккумулируются (усиливаются) в чреде поколений. Через много поколений кумулятивного поиска может сформироваться такой дизайноид, что мы ахнем от восхищения, любуясь великолепной “моделью”. Но модель эта будет ненастоящая, так как процесс ее формирования принципиально отличается от истинного конструирования.
Неплохо было бы посмотреть, как развивались события в то или иное время. Собачий век гораздо короче человеческого, но все равно нашей жизни не хватит на то, чтобы хоть в какой‐то степени ускорить эволюцию собак. Люди вывели чихуахуа в десять тысяч раз быстрее, чем природа вырастила волков из их насекомоядных предков, живших в эпоху вымирания динозавров и размером не превосходивших чихуахуа, хотя внешне и не похожих на комнатных собачек. Но все равно искусственный отбор реальных живых существ – по крайней мере, более крупных, чем бактерии – продвигается слишком медленно для того, чтобы можно было продемонстрировать эти интригующие превращения нетерпеливым и далеко не вечным людям. Можно многократно ускорить их с помощью компьютера. Эти быстродействующие машины, при всех своих погрешностях, способны смоделировать все, что поддается точному описанию, в том числе процессы размножения, такие как, например, у животных и растений. Если воспроизвести процесс передачи признаков по наследству – а это основополагающее свойство жизни – и предусмотреть возможность случайных мутаций, то на ваших глазах развернется фантастическая картина отбора на протяжении нескольких сотен поколений животных или растений. Впервые я описал это в своей книге “Слепой часовщик”, использовав одноименную программу. Она позволяет вывести на экране путем искусственного отбора так называемые компьютерные биоморфы.
Мы полагаем, что все собаки произошли от волка, и все компьютерные биоморфы точно так же происходят от общих предков, примерно таких:
Потомство биоморфа, если таковое появится, унаследует все гены родителя – единственного, так как половые контакты отсутствуют, – но возможны случайные мутации. Мутация – это спонтанное увеличение или уменьшение цифрового значения гена. Поэтому если у детки цифровой эквивалент Гена 6 вырастет с 20 до 21, она будет походить на родителя, но ее ветки будут отходить от ствола под несколько более острым углом. В режиме “разведение биоморфов” компьютер нарисует его в центре экрана, в окружении выводка произвольно мутировавших отпрысков. Поскольку гены меняются очень мало, потомки всегда похожи на своего предка и друг на друга, но у многих есть слабые отличия, заметные человеческому глазу. Вооружившись компьютерной мышкой, человек выбирает на экране одного из биоморфов “на развод”. На экране остается только выбранный биоморф, который перемещается в центр экрана, в родительскую зону, а вокруг него появляется новая “кладка” мутантов. Переходя от поколения к поколению, селекционер может направлять эволюцию почти точно так же, как люди направляют эволюцию породы собак, только гораздо быстрее. Когда я в первый раз написал такую программу, меня поразило, в частности, как быстро может эволюционировать исходное дерево. Оказалось, что можно сфокусироваться на “насекомом”, “цветке”, “летучей мыши”, “пауке” или “самолетике”. Все биоморфы с рис. 1.16 являются конечными продуктами сотен ступеней воспроизводства в процессе искусственного отбора. Разведение видов происходит в компьютере, поэтому можно за считанные минуты пробежаться по многим поколениям. Эта программа позволяет за несколько минут игры на современном быстродействующем компьютере наглядно представить себе и ощутить на практике, что такое дарвиновский естественный отбор. Биоморфы из “сафари-парка” на рис. 1.16 напоминают мне ос, бабочек, пауков, скорпионов, плоских червей, вшей, а также других “созданий”, которые выглядят вполне “биологически”, несмотря на то, что не имеют сходства ни с одним реально существующим на нашей планете видом. Впрочем, все они родственники деревьев, среди которых обитают, и эскадры “самолетиков”, выстроившейся в правом верхнем углу. Их объединяют близкие родственные связи. У всех по шестнадцать генов. Отличаются они только численно закодированными значениями генов. Можно заниматься их селекционным разведением – переходить от одной особи к другой в зоопарке сафари или к миллиарду других возможных биоморфов. Последняя версия программы позволяет выводить цветные биоморфы. Она основана на старой программе, но предлагает более совершенную “эмбриологию” и новые гены, которые задают окраску ветвей. Кроме того, есть гены, определяющие форму каждой ветки – линию, прямоугольник или овал, ее заполнение (ветка может быть сплошной или полой) и интенсивность оттенка. Работая с цветной версией, я бродил по дорожкам эволюции не только среди насекомых и скорпионов, но и среди цветов и каких‐то абстрактных рисунков, которые неплохо смотрелись бы на обоях или на плитке в ванной комнате (рис. 1.17). Моя жена Лалла Уорд вышила один из этих рисунков на накидке для кресла – по стежку вместо каждого пикселя.