Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих
- -
- 100%
- +
В первую очередь это касается таких дополнительных механизмов, как пол и семья. Многие из самых впечатляющих форм внешнего облика и поведения животных, которые сразу бросаются в глаза, так или иначе связаны с задачей привлечения партнера: окраска птиц и их пение, оленьи рога, сложные брачные танцы самцов паука-волка (они барабанят по земле лапками и ударяют в нее брюшком), турнирные бои толсторогих баранов, когда они сталкиваются лбами. И, разумеется, знаменитый пример – павлин, распускающий «хвост». Все эти признаки развиваются потому, что повышают шансы на спаривание, хотя на первый взгляд с точки зрения выживания от них одни неудобства (и это еще мягко сказано). За длинные перья павлина можно поймать, толсторогие бараны во время поединков часто проламывают друг другу черепа, а ярко окрашенные самцы птиц не так хорошо замаскированы, как самки, и их легче обнаружить хищнику. Наблюдая за жаворонком, когда тот порхает над лугом и распевает во весь голос – крайне энергозатратное занятие, – можно только удивляться, насколько на первый взгляд нерационально ведут себя животные. Конечно, естественный отбор никуда не делся, но здесь приоритет отдается конкуренции за размножение, а не за выживание, и этот процесс называется половым отбором.
Второй интересующий нас механизм – разновидность естественного отбора, при которой животные помогают своим родственникам. Он так и называется: родственный отбор. Он может быть как очевидным (забота родителей о потомстве), так и более сложным, например, в колониях сурикатов, где подчиненные самки выкармливают детенышей доминирующей самки (нередко своей сестры). Значит, сурикаты жертвуют как собственными энергетическими ресурсами, так и собственной возможностью произвести потомство ради заботы о племянниках и племянницах. Родственный отбор особенно важен потому, что играет ключевую роль в эволюции общественного поведения как такового (о чем будет подробнее рассказано в разделе 7), а общественное поведение, вероятно, необходимое условие для того, чтобы у инопланетян, с которыми мы надеемся встретиться, возникла какая-либо программа освоения космоса.
Должно быть, от вашего внимания не ускользнуло то, что и родственный отбор, и половой отбор основаны на одном специфическом свойстве земной жизни. Это пол. Ни великолепное оперение павлина, ни сложное общественное поведение не могли бы возникнуть, если бы не половое размножение. А есть ли пол у инопланетян?
Хотелось бы, чтобы на этот вопрос существовал простой ответ, но, к несчастью, о происхождении полового размножения на Земле нам известно на удивление мало – даже о причинах, по которым оно вообще существует. Поэтому крайне трудно строить догадки о том, что может происходить на других планетах[31]. Бесполое размножение – это воспроизводство клонов, точных копий родителя. Иногда генетический механизм дает сбой, и таким образом может появиться некоторое разнообразие, но в целом вся ваша родня будет практически одинакова. Напротив, половое размножение подразумевает перемешивание ваших генов с генами партнера, и тогда потомство оказывается намного разнообразнее: одни дети больше похожи на вас, другие меньше. Поэтому половое размножение кажется ужасно неэффективным – мало того, что оно отнимает много времени и энергии, так еще и детям передается лишь половина ваших генов. И тем не менее половое размножение у животных (и у растений) широко распространено на Земле, и обладатели этой способности отличаются гораздо большим разнообразием форм и функций, чем достаточно простые, бесполые бактерии. Кусты земляники обычно размножаются бесполым способом, образуя надземные столоны (усы), из которых развиваются новые растения – клоны исходного. Из семян дочерние растения вырастают редко. Но вкусные плоды земляники (с семенами) – продукт полового размножения.
Существует множество теорий, объясняющих, почему возникло половое размножение и почему оно оказалось столь устойчивым, согласно одной из них, это способ предотвратить неконтролируемое распространение паразитов, гарантия, что в каждом поколении будет достаточно генетических новаций, чтобы всегда на шаг опережать патогены. Но каково бы ни было его происхождение, есть пара аспектов, которые можно отметить, заглянув в наше эволюционное прошлое.
Во-первых, половое размножение, по-видимому, сыграло решающую роль в эволюции жизни на Земле, хотя причины этого не совсем ясны. Возможно, половое размножение ускоряет эволюцию, возможно, оно более надежно, хотя эволюция полового размножения – одна из самых спорных тем в современной эволюционной биологии. Одни математические модели демонстрируют, что организмы, размножающиеся половым путем, эволюционируют быстрее, другие – что они эволюционируют медленнее. Некоторые показывают явное преимущество полового размножения в тех случаях, когда среда быстро меняется, потому что, если наступит экологический кризис, перемешанная наследственная информация даст возможность хоть кому-нибудь и где-нибудь найти выход из положения. Тли (крошечные зеленые насекомые, которые часто паразитируют на садовых растениях) размножаются бесполым способом в летний сезон, успешно плодя клоны, идентичные себе. Однако осенью они переходят на половое размножение, откладывая яйца, по генетическим признакам отличающиеся друг от друга и от обоих родителей. Вероятно, чтобы непредсказуемые зимние условия не погубили всю кладку.
Общепринятого объяснения эволюции полового размножения пока не существует. Но по какой бы причине это размножение ни возникло, ученые единодушны в том, что оно внесло важный вклад в разнообразие земной жизни. Более того, жизнь на Земле, скорее всего, едва ли смогла бы достигнуть нынешнего уровня сложности, если бы не половое размножение. Не было бы ни животных, ни растений, может быть, даже амеб, которые, как выясняется, не так уж бесполы, как прежде считали ученые. Даже бесполые бактерии обмениваются друг с другом генами, передавая полезную наследственную информацию, словно секретные агенты, передающие шифрованные записки на скамейке в парке. Поэтому, хотя мы не можем ответить на вопрос, есть ли на других планетах организмы, размножающиеся половым путем, мы все же можем утверждать, что если там имеются сложные формы жизни, то они, вероятно, возникли благодаря какой-то разновидности «ускоренного» естественного отбора и, возможно, процесса, подобного тому, что на Земле зовется сексом.
Этот метод обратной экстраполяции эволюционных законов требует осторожности: нельзя утверждать, что на других планетах должно быть половое размножение, потому что это «полезно» для эволюции. Точнее будет сказать, что эволюция вряд ли может создать сложные формы животных без какого-то аналогичного процесса. Десятилетиями астрономы (в том числе Карл Саган) предполагали, что загадочные темные пятна в атмосфере Венеры могут быть летучими колониями микроорганизмов. Возможно, это и так. Если хотя бы на двух планетах Солнечной системы есть жизнь, то планеты у других звезд вполне могут кишеть простейшими формами жизни. Но лишь простейшими, которые так и не смогли развиться во что-то сложнее бактерий.
Второй важный для нас аспект состоит в том, что половое размножение играет огромную роль – возможно, неожиданно огромную – в эволюции сложных форм поведения. Организмы, размножающиеся бесполым способом, такие как бактерии, не могут похвастаться интересным поведением, в особенности в том, что касается социальности. Конечно, это может быть обусловлено их простым физическим строением (или мы пока еще не обнаружили их тайную общественную жизнь – с некоторыми сведениями о кооперации у бактерий можно ознакомиться в разделе 7), но здесь задействован и другой механизм. В сообществе генетически неотличимых клонов, которые появляются на свет при бесполом размножении, у всех особей одинаковая степень родства, поэтому не действует родственный отбор, поощряющий более сложные формы поведения.
При половом размножении возникает конфликт степеней родства. Мои дети мне ближе по родству, чем мои племянники, и (да простит меня сестра) я скорее позабочусь о собственных, чем о ее детях. Разумеется, человеческие общества и системы родства устроены гораздо сложнее, но тем не менее эта неоднородность напрямую приводит к возникновению семейных групп, более крупных общественных структур и всего ассортимента сложного поведения, присущего большинству животных. Если бы мы с сестрой были генетическими клонами своего отца, а наши дети – клонами нас самих, то я бы состоял в одинаково близком родстве со своими детьми и племянницами, то есть в таком же близком, как с самим собой! В подобном обществе всякий был бы рад помогать любому другому, без иерархии и различий. Однако, по иронии судьбы, именно запутанные конфликты интересов порождают разделение ролей для особей и дают начало социальности в нашем понимании. Этому любопытному факту и посвящен раздел 7.
Следовательно, эволюция, чтобы обеспечить хоть какое-то подобие биоразнообразия, наблюдаемого на Земле, требует полового размножения в том или ином виде. Но что такое пол? Можно ли дать ему общее определение, никак не связанное с конкретной эволюционной историей Земли, в частности с такими специфическими понятиями, как ДНК, которые являются случайным продуктом нашей биохимии?
Важнейшая особенность полового размножения с эволюционной точки зрения заключается в том, что ваше потомство получает часть наследственных признаков не только от вас, но и от кого-то еще. Из этого не следует, что полов непременно только два и даже что родителей может быть только двое. Так, у многих грибов чуть ли не тысячи различных полов, что дает явное преимущество, если необходима уверенность в том, что любой встречный подойдет для спаривания (поскольку он вряд ли окажется одного с вами пола). Множественное родительство нетипично для Земли, однако облетевшая недавно мир новость о том, что в результате особой процедуры на свет появился ребенок от трех родителей, демонстрирует, что при половом размножении с наследованием все далеко не так просто, как можно подумать. Все дело в том, что наши клетки содержат два различных набора ДНК, один из которых унаследован от матери и отца, а другой только от матери[32]. Поэтому не так уже трудно представить себе инопланетный организм с множеством наборов наследственной информации, полученных от множества родителей. По-видимому, половое размножение в том виде, в каком оно наблюдается на Земле, всего лишь частный случай весьма общей функции: перетасовки наследуемых признаков между особями. Эта функция, вероятно ускоряющая эволюцию, помогает защищаться от паразитов и обеспечивает подстраховку на случай экологических катастроф. В разных мирах она может быть реализована разными способами. Но если на других планетах есть половое размножение или что-то подобное ему, эволюционный процесс, безусловно, будет очень похож на земной.
* * *Итак, мы изложили суть нашего радикального подхода. Природу инопланетян можно обсуждать, потому что законы эволюции схожи на всех планетах. Более того, на Земле мы повсеместно наблюдаем конвергентную эволюцию, в результате которой возникает сходство между существами, состоящими в очень отдаленном родстве, и приходим к выводу, что подобное сходство функций могло бы развиться и на других планетах.
Принцип конвергенции настолько всемогущ и в то же время прост, что трудно поспорить с тем, что похожие проблемы часто приводят к сходным решениям. Аналогичные решения будут возникать неоднократно, поскольку мы живем во вселенной, где возможности не безграничны[33]. Если обитаемые планеты резко отличаются от Земли по своим физическим и химическим условиям, например, на них намного жарче или намного холоднее, не следует ожидать, что на них появятся формы, похожие на земные, – перья предназначены для полета в воздухе, а не в аммиачных облаках Юпитера, – но вряд ли мы удивимся, встретив там функции, сходные с теми, что наблюдаются у нас (например, полет).
Конечно, весьма смущает мысль о том, что конвергенция – в некотором роде побочный эффект биохимического единства всей земной жизни. Даже с бактериями у нас общий генетический код, основанный на ДНК. Но предположение, что конвергенция обусловлена самой природой ДНК, в высшей степени неправдоподобно. Фундаментальные силы, задействованные в процессе эволюции, не зависят от того, какие именно молекулы и каким образом взаимодействуют между собой. Я мало уделял внимания биохимическим аспектам, и это может удивить иных читателей, ведь большинство книг по астробиологии описывают преимущественно разные типы молекул, из которых может состоять живое, и первичное происхождение этих молекул. Должна ли жизнь непременно иметь в своей основе ДНК? Должна ли она вообще основываться на углеродной химии? Обязательна ли для жизни жидкая вода?
Это довольно интригующие вопросы, на которые непросто ответить, и есть немало книг, где подробно изложено современное состояние научных исследований в этих областях[34]. Но если оставить в покое животрепещущий вопрос о том, как устроена жизнь, можно увидеть, что теория эволюции объясняет нам, как жизнь развивается. И что удивительно, ответ на последний вопрос не особенно зависит от того, основан метаболизм на жидкой воде или на жидком метане.
Поэтому, взирая на все многообразие земных животных, а особенно на их функциональное многообразие, несложно прикрыть глаза и вообразить на их месте огромное разнообразие инопланетных существ. Когда Мэри и Джозеф Эннинги обнаружили ископаемые остатки ихтиозавра, они смогли достаточно хорошо представить себе его образ жизни и поведение, хотя ни один человек никогда не видел это существо живым. Можно сказать, что это животное во всех отношениях было «инопланетным». И тем не менее ихтиозавр, а также, возможно, его аналоги на других планетах, приобрели свои специфические характеристики в силу неумолимого и зачастую предсказуемого воздействия естественного отбора. Если забыть о внешней форме животных на нашей планете и сосредоточиться на том, как они живут и взаимодействуют, то они, вероятно, в этом не так уж сильно отличаются от своих собратьев во всей Вселенной. В других разделах книги я расскажу, как можно сделать вполне определенные предсказания о том, что эти собратья из себя представляют.
3
Кто такие животные и кто такие инопланетяне?
Я разговариваю с пауками в ванной – уговариваю их выползать и спасаться, но они меня не слушают. Для меня очевидно, что я пытаюсь помочь им, очутившимся в страшной белой котловине, окруженной скользкими крутыми горами, откуда им не выбраться; но они явно не понимают, что я их друг. Когда я протягиваю им бумажку, они не забираются на нее, а если и забираются, то соскакивают сразу, как только я начинаю вытаскивать их из ванны. Все это время я пытаюсь убедить их принять мою помощь. Почему? Давным-давно я читал, что лучший способ убрать паука из ванны, не навредив ему – это перекинуть через край полотенце, чтобы паук заполз на него и выбрался. Я редко так поступаю, но не из опасения, что пауки потом обоснуются в этом самом полотенце, а потому, что этот способ представляется мне обезличенным, отстраненным. Мне хочется поговорить с ними, объяснить свои добрые намерения.
Я веду себя странно, но вполне ожидаемо. У нас есть тяга разговаривать с животными, пусть они нас и не понимают. Для нас статус «животного» подразумевает особую значимость. Но что такое, с нашей точки зрения, животное? Мы как будто осознаем связь между собой и всеми остальными представителями животного мира. Так как же мы определяем, что делает животное… животным? Почему мы готовы разговаривать с пауком, но не с грибом? Притом мы разговариваем, ожидая той или иной степени понимания, с существами, настолько непохожими на нас, насколько это вообще можно вообразить. Даже дождевой червь представляется достойным собеседником (пусть беседа и выходит несколько односторонней). Будем ли мы чувствовать то же самое, встретившись с инопланетными существами? И сможем ли мы вообще распознать в них «животных»?
Мы инстинктивно понимаем, что у нас есть нечто общее со всеми животными, хотя толком не осознаем, что именно, но речь явно не идет о физическом облике; мы просто каким-то образом знаем, что все мы – я, вы, паук и дождевой червь – принадлежим к одной группе, называемой «животными». Можем ли мы – как широкая публика, так и научное сообщество – прийти к единому мнению относительно того, что значит понятие «животное»? А если мы сумеем сформулировать приемлемое для всех определение этого понятия для обитателей Земли, будет ли оно применимо к существам других миров? Конечно, люди рано или поздно придут к единому определению. Мы склонны отождествлять себя с животными – как бы мы их не определяли, – и это влияет на наше отношение к ним как в этическом плане, так и в социальном. На случай, если вас удивляет, что по вопросу «что такое животное?» все еще возможны разногласия, примите к сведению, что законодательство штата Кентукки определяет животное как «всякое теплокровное живое существо, не являющееся человеком»[35]. То есть по законам Кентукки рыбы и рептилии – не животные! А следовательно, на них не распространяются законы о защите животных от жестокого обращения, под которые подпадают млекопитающие.
Определяем «животное»: по форме или по функции?
Определение, кто является животным, а кто нет, – древнейшая проблема. Еще Аристотель мучился вопросом, к какой категории отнести губку (он решил – как оказалось, правильно, – что это животное). Со временем мы уточняем наши представления о границах между царствами живого и по мере усовершенствования наших технологий (микроскоп, химический анализ, секвенирование ДНК) уверяемся в том, что приблизились к некоей «верной» классификации. Но то, что великолепно удавалось естествоиспытателям на Земле, может не принести нужных результатов, если нам когда-нибудь придется применить эти принципы к жизни на других планетах.
Веками существовало два способа, которыми ученые пытались классифицировать живое. Со времен Древней Греции, с Аристотеля, чью работу продолжили упорные и педантичные натуралисты эпох Возрождения и Просвещения, люди пробовали классифицировать организмы по форме: как они выглядят, какой образ жизни ведут, из чего состоят и т. д. Этот самый очевидный подход – тот, которому нас обычно учат в школе, – импонирует нам, поскольку мы используем подобный структурно-функциональный подход для классификации большинства неодушевленных предметов в мире: если этим открывают консервную банку, значит, это консервный нож. Улавливая сходство между объектами, маленькие дети учатся обобщать: это собака, и это собака, хотя они – не одна и та же собака. Таким же образом ученые с древности до наших дней пытались вывести ясные правила, разделяющие организмы на четкие группы: если это собака, то это не кошка.
Несомненно, астробиологи тут могут ступить на минное поле. Инопланетные организмы, скорее всего, будут значительно отличаться от земных животных, но также может оказаться, что у них много общего. Если ребенок покажет на инопланетное существо и скажет «собачка», из этого не обязательно следует, что мы должны распространить наше определение собаки на инопланетных собакоподобных существ. Для предварительной классификации требуется что-то еще, помимо формы. Разнообразие существ, которое мы наблюдаем, необходимо рассматривать во всей его целостности, учитывая также связи между группами, равно как и между особями.
Доскональное изучение сходств между животными и растениями, наряду с их различиями, позволило шведскому биологу Карлу Линнею предложить стройную систему, основанную на иерархии групп: собака – хищник, подобно медведям, тиграм и енотам, и так же, как все они, собака является млекопитающим, а все млекопитающие относятся к животным, и т. д. Эта система распределения всего живого по иерархическим группам оказалась столь продуктивной, что линнеевская классификация в своей основе сохраняется и по сей день.
И все же этот структурно-функциональный подход к классификации порождает весьма занятные дилеммы. Например, почти 2000 лет ученые вслед за Аристотелем определяли животных как организмы, наделенные пятью обязательными признаками: движением, чувствами, пищеварением, размножением и физиологией (то есть внутренним механизмом, благодаря которому они функционируют). Однако у многих существ, чья принадлежность к животным несомненна – например, у устриц, – не хватает одного или более из этих признаков. В частности, размножение морских животных наблюдать не всегда легко, поэтому люди сомневались, относятся ли вообще моллюски к животным – ведь никто не видел, как они спариваются или рожают детенышей.
Это предостережение будущим исследователям внеземной жизни: не следует полагать, что размножение будет наблюдаться в знакомых нам формах, типичных для птиц и млекопитающих, когда самец оплодотворяет самку, а та вынашивает потомство (по крайней мере, на каком-то отрезке жизненного цикла). Если не учесть возможность, что оплодотворение может происходить вне тел обоих родителей, мы вообще можем не распознать, что имеем дело с размножением.
Сравнивать виды, рассматривая их сходство и различия, тоже довольно сложно, если мы не знаем наверняка, какие признаки существенны, а какие нет, в особенности если это приводит к противоречивым выводам. Птицы летают, и нетопыри летают: значит ли это, что нетопыри – птицы? Как вы помните из раздела 2, это не так: в действительности они не похожи на птиц, потому что их тело покрыто шерстью, а не перьями, и они рожают живых детенышей, а не откладывают яйца. Здесь встает более фундаментальная проблема, чем просто невозможность подобрать такой набор правил, который помог бы нам составить приемлемую классификацию животных. Откуда нам известно, что летучие мыши – не птицы? Что более существенно для определения категории – наличие крыльев или наличие шерсти? Аналогичные, даже более жаркие споры кипели на протяжении многих веков по поводу классификации китов и дельфинов. В наши дни легко смеяться над утверждением Аристотеля, будто киты относятся к рыбам: ведь известно, что они дышат воздухом и рожают живых детенышей, как все прочие млекопитающие. Однако Аристотель был скрупулезным и последовательным наблюдателем, он тщательно фиксировал все данные о китах и дельфинах, включая то, что они дышат воздухом, что у них есть легкие и дыхала, они теплокровны и выкармливают потомство молоком из молочных желез. Он отмечал сходство дельфина с человеком и лошадью, но, не обладая современными знаниями об эволюции, понимал, что отсутствие ног – слишком серьезная помеха тому, чтобы включить наших водных родственников в мир млекопитающих[36]. Поэтому отнести дельфинов и китов к «рыбам» казалось более естественным. Ученые натуралисты соглашались с этим определением, пока Линней не произвел комплексный пересмотр сходств и различий между млекопитающими и рыбами, по итогам которого в 1758 г. объявил китов и дельфинов млекопитающими. Обаяние структурно-функционального подхода велико, но для точной классификации могут оказаться достаточно важными небольшие различия. Что важнее – то, что киты дышат воздухом (как млекопитающие), или то, что они живут в море (как рыбы)? Столетие спустя точка в этом споре еще не была поставлена; Герман Мелвилл в романе «Моби Дик» (1851) писал:
…для некоторых по сей день остается спорным вопрос, является ли кит рыбой. ‹…› Да будет вам известно, что я, с порога отказываясь от всякого обсуждения, присоединяюсь к мудрому старинному взгляду, согласно которому кит – рыба, и призываю святого Иону засвидетельствовать мою правоту.
…Разрешив этот основной вопрос, мы должны теперь выяснить, каковы те внутренние особенности, которые характеризуют кита в отличие от других рыб. Выше я уже привел основные положения Линнея. Вкратце они сводятся к следующему: кит имеет легкие и теплую кровь, тогда как другие рыбы хладнокровны и легких не имеют[37].
Как и многие сегодняшние читатели его романа, Мелвилл ошибочно полагал, что животное, покаравшее Иону, было китом, хотя в оригинале Библии говорится лишь о «большой рыбе»[38]. Маловероятно, что 2500 лет назад, когда была написана Книга пророка Ионы, люди понимали разницу или эта разница их волновала – в конце концов, кит выглядит как большая рыба! Однако в рассуждениях Мелвилла важно то, что киты могут всерьез рассматриваться как всего лишь теплокровные рыбы с легкими. Тут нет логического противоречия: почему бы не рассматривать китов как рыб, если мы избираем классификацию, основываясь на внешнем виде? Все зависит от того, какие признаки вы считаете более существенными – в данном случае физиологию или поведение.
Значит, классификация животных по форме – внешнему виду или строению – не всегда дает обещанную ясность категорий. У любого правила, которое только приходит на ум, обязательно найдется слишком много исключений. «Птицы летают» – кроме страусов, пингвинов, эму, какапо и некоторых других. «Млекопитающие не откладывают яйца» – если это не утконос или ехидна. На самом деле наличие многочисленных исключений вполне закономерно в свете эволюционного развития. Птицы летают, но некоторые из них в ходе позднейшей эволюции отказались от полета, потому что им удобнее плавать или бегать. Млекопитающие, как правило, не откладывают яйца, но их предки откладывали, поэтому у некоторых потомков эта особенность сохранилась. Птиц делает «птицами», а млекопитающих «млекопитающими» их эволюционное наследие: они происходят от предков птиц и предков млекопитающих. Но лишь в XIX в. нашелся человек, способный совершить этот огромный переворот в мышлении.