Арик Кершенбаум
Путеводитель зоолога по Галактике: Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих

Переводчик Мария Елифёрова

Научный редактор Сергей Ястребов

Редактор Валентина Бологова, канд. биол. наук

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Ассистент редакции М. Короченская

Корректоры Е. Воеводина, Е. Чудинова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директор Ю. Буга

Дизайн обложки Luke Bird

Иллюстрации на обложке Shutterstock

© Arik Kershenbaum, 2020

Выдержки из одиннадцатой главы взяты из:

С. 345–346: The Blind Watchmaker by Richard Dawkins © Richard Dawkins, 1988.

С. 348: Out of the Silent Planet by C. S. Lewis © C. S. Lewis Pte Ltd, 1938.

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2022

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

Моему псу Дарвину, который открыл мне, как много общего у представителей разных видов.

И моему отцу, научившему меня искать во всем различия и сходства

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».

Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте

ziminbookprojects.ru.

1
Введение

Существование внеземной жизни во Вселенной представляется практически неизбежным. Вероятность того, что мы о ней что-то узнаем, представляется практически нулевой. Однако моя задача – продемонстрировать вам, что на самом деле у нас немало оснований судить о внешнем виде инопланетян, их образе жизни и поведении.

Мы все больше укрепляемся в уверенности, что внеземная жизнь существует, а также – и это по-настоящему будоражит воображение – что когда-нибудь нам удастся ее найти. В 2015 г. ведущий специалист NASA Эллен Штофан предсказывала, что жизнь на других планетах будет обнаружена в ближайшие 20–30 лет. Конечно, она имела в виду микроорганизмы или их внеземные аналоги, а не обязательно разумные существа. Но сама идея все же потрясает. Мы прошли путь от одержимости мыслью, что инопланетяне существуют, появившейся на заре двадцатого столетия, до самодовольного пессимизма 1970–1980-х гг. и вновь вернулись к сдержанному научному оптимизму. Эта книга расскажет о том, как можно использовать трезвый научный подход, чтобы с определенной долей уверенности сделать выводы о внеземной жизни – и в особенности о разумной внеземной жизни.

Если только инопланетяне не высадятся в Нью-Йорке, как мы можем узнать, что они собой представляют на самом деле? Стоит ли нам полагаться на воображение голливудских режиссеров и писателей-фантастов? Возможно, инопланетные существа окажутся не более причудливыми, чем кенгуру с его огромными ногами, приспособленными для прыжков, или переливающийся всеми цветами радуги кальмар, который плывет в море за счет реактивной тяги, выбрасывая струю воды. Доверившись универсальным законам биологии, которым подчиняемся все мы – земные создания, как и жители других миров, мы можем предположить, что те же причины, которые привели к возникновению адаптаций у животных на Земле, могут вызывать адаптации у живых существ и на других планетах. Прыжки или использование реактивной струи будут столь же подходящими способами передвижения на экзопланетах, как и на Земле.

Насколько распространена жизнь во Вселенной? До 1990-х гг. существование планет у других звезд (экзопланет) было лишь предметом домыслов и некоторых математических расчетов. Мы не имели внятных представлений о том, сколько планет может быть в Галактике и каковы их свойства: температура, сила тяжести, атмосфера, химический состав. Когда технический прогресс достиг уровня, на котором появилась возможность непосредственно обнаружить планеты у других звезд, снова поднялась волна энтузиазма. Может, и в самом деле найдутся экзопланеты, где существует жизнь?

Первые полученные данные разочаровывали. Немногочисленные открытые планеты оказались горячими газовыми гигантами – не очень благоприятными для известных нам форм жизни, как, впрочем, и для неизвестных. Но не прошло и 20 лет после открытия первой экзопланеты, как наступил существенный прорыв. Для поиска потенциальных планет был запущен орбитальный телескоп «Кеплер», нацеленный на определенный крохотный участок звездного неба. Уже в первые шесть недель работы «Кеплера» были открыты пять новых экзопланет. К моменту завершения его миссии в 2018 г. количество обнаруженных планет достигло невообразимой величины – 2662, и все они вращались вокруг звезд в небольшом уголке видимой небесной сферы, который, вытянув руку, можно заслонить кулаком.

Открывающиеся перспективы поражают воображение. В Галактике оказалось намного больше планет, чем считалось прежде, и благодаря усовершенствованным методам измерений мы теперь гораздо больше знаем об их природе. Мы обнаружили планеты с различными физическими условиями – от горячих газовых экзопланет величиной с Юпитер до тех, что удивительно похожи на Землю[1]. Вселенная теперь выглядит куда более густонаселенной, чем она представлялась в 2009 г., и наши внуки вряд ли поверят, что когда-то мы считали землеподобные планеты редкостью. У нас больше нет поводов утверждать, будто во Вселенной не хватает мест, подходящих для внеземной жизни.

Теперь мы гораздо лучше представляем себе, какие условия физической среды могут существовать на других планетах, и все чаще можем измерить их непосредственно. Разрабатываются новые инструменты и приборы, способные определить химический состав атмосферы планеты по изменениям спектра, проходящего сквозь эту атмосферу света звезды, вокруг которой планета вращается. Разумеется, мы будем искать кислород, но, кроме того, сложные химические вещества, которые могут указывать на присутствие индустриальной цивилизации. По иронии судьбы загрязнение окружающей среды – один из признаков разумной жизни в космосе.

Так или иначе, жизнь возникла во Вселенной как минимум один раз, и мы – явное тому доказательство. Но как это произошло, неизвестно. Конечно, имеется много гипотез о механизмах возникновения жизни на Земле. Скорее всего, основные химические соединения, необходимые для жизни, образовались случайно, а затем, по чистому везению, соединились в особый тип молекулы, способной создавать копии самой себя. В целом подобное стечение обстоятельств маловероятно. Означает ли это, что жизнь на других планетах возникла тем же путем? Вовсе нет. На самом деле неизвестно, насколько процессы, которые, как предполагается, происходили на Земле, осуществимы или неосуществимы на других планетах. Биохимическая основа инопланетной жизни может быть углеродной и похожей на нашу, или углеродной, но непохожей на нашу, или какой-то совсем иной.

Законы химии изучены достаточно хорошо, так что многие из этих гипотез можно проверить лабораторным путем, установив, какие химические соединения стабильны, а какие – нет. Мы полагаем, что химические соединения, из которых состоит наш собственный организм, прекрасно подходят в качестве ингредиентов «живого». Но стоит выйти за пределы простейших представлений о том, какой может быть инопланетная биохимия, как начинает сгущаться туман неведения. У нас нет образцов инопланетных животных и растений для исследований – нет даже ответа на вопрос, применимы ли понятия «растение» и «животное» к обитателям других планет. Хотя в NASA перспективы поиска признаков внеземной жизни оценивают с оптимизмом, межзвездные расстояния настолько огромны, что потребуется колоссальный технологический скачок, чтобы побывать на планетах за пределами Солнечной системы. Можно моделировать инопланетные биохимические процессы в лаборатории, но посмотреть в бинокль на инопланетных птичек – задача посложнее.

Одно из препятствий к пониманию природы инопланетян состоит в том, что в качестве отправной точки для сравнения у нас есть всего один тип жизни – земной. Насколько пригоден этот единственный пример жизни для того, чтобы судить о других планетах? Некоторые утверждают, что рассуждения о природе внеземной жизни – бесплодные домыслы; что наше воображение слишком тесно привязано к нашему собственному опыту, чтобы мы могли представить себе поразительно разнообразные и неведомые нам возможности, способные реализоваться в иных мирах. Писатель-фантаст, автор сценария фильма «2001: Космическая одиссея» и одноименного романа[2] Артур Кларк в книге «Черты будущего»[3] писал: «Нигде в космосе мы не увидим знакомых очертаний деревьев и трав, ничего подобного животным, населяющим наш мир». Бытует расхожее представление, что инопланетная жизнь слишком чужда, чтобы ее можно было вообразить. Я с этим не согласен. Наука дает нам возможность выйти за пределы подобных пессимистических воззрений, и мы все же способны найти некоторые подсказки, позволяющие представить, как может выглядеть внеземная жизнь. Эта книга о том, как применить наши знания об устройстве жизни и, что еще важнее, о ее эволюции, чтобы понять, какой может быть жизнь на других планетах.

Как получилось, что сугубо земной зоолог вроде меня – больше привыкший выслеживать волков в снегах Скалистых Гор или наблюдать за пушистыми даманами на холмах Галилеи – заинтересовался поисками внеземной жизни? Одна из тем моих исследований – коммуникация у животных, в частности вопрос о том, почему они издают те или иные звуки. В 2014 г. я выступил в Рэдклиффском институте перспективных исследований в Гарварде с докладом под названием «Если бы птицы умели говорить, мы бы заметили это?» (If birds could talk, would we notice?). Нам может казаться само собой разумеющимся, что у людей есть речь, а у других животных нет – но откуда нам это знать наверняка? Я искал математические признаки «языка» в коммуникации животных – четкие критерии, по которым можно сказать: «Да, это язык», или: «Нет, это не язык». При поддержке некоторых доброжелательных, но слегка эксцентричных коллег я решился сделать следующий очевидный шаг и поставить тот же вопрос в отношении сигналов из космоса. Язык это или нет? Если язык, то какие существа могут на нем общаться? Отсюда становится ясно, что наши знания о прочих аспектах жизни на Земле, таких как добывание пищи, размножение, конкуренция и сотрудничество, также могут быть экстраполированы и на другие планеты.

Но зачем изучать внеземные формы жизни с точки зрения зоологии, коль скоро мы ни разу не видели инопланетян и даже не знаем наверняка, существуют ли они? Когда студенты приходят в университет сразу после школы и экзаменов, где их терзали, проверяя способность запоминать огромное количество фактов, наша первоочередная задача как преподавателей – объяснить им, что факты знать хорошо, но надо учиться мыслить концептуально, пытаться осознать не только что происходит в природе, но и почему. Понимание процессов лежит в основе земной зоологии, но оно также может помочь нам разобраться в зоологии других планет. Пока я пишу эти строки, наши второкурсники здесь, в Кембридже, готовятся к полевой экспедиции на Борнео. Некоторые из них впервые в жизни выезжают за пределы Великобритании. Требуется ли от них вызубрить наизусть определитель сотен видов птиц и тысяч видов насекомых Борнео? Конечно, нет. Как и будущие первопроходцы инопланетных миров, они должны вооружиться в первую очередь пониманием принципов эволюции, породившей все разнообразие форм жизни, с которыми они встретятся. Только при наличии четких представлений об этих принципах мы сможем изучать животных, которых обнаружим на дальних планетах.

Многие убеждены, что законы физики и химии универсальны и неоспоримы. На Земле они работают так же, как работали бы на любой экзопланете. Предсказания, которые мы делаем на Земле в отношении поведения физических тел и химических веществ в различных условиях, должны быть верны и в отношении возможного поведения тех же тел и веществ в аналогичных условиях в других частях Вселенной. Мы уверены, что в науке все именно так и происходит. Однако биология, по мнению некоторых, является исключением. Нам трудно поверить, что законы биологии, выведенные нами для Земли, применимы и к чужой планете. Карл Саган, один из известнейших астрономов XX в., страстно верил в существование разумной жизни во Вселенной, но тем не менее писал: «По нашему опыту, биологии свойственны в буквальном смысле слова приземленность и провинциальность, а знакомая нам жизнь – возможно, лишь один частный случай во вселенной разнообразных биологий»[4].

Когда имеешь дело с неизвестным, безусловно, есть веские основания для осторожности. Но есть основания и для оптимизма; надо лишь постараться отобрать те законы биологии, которые являются действительно универсальными, как универсальны физические законы. Почему биология должна быть «приземленной и провинциальной», а не вселенской? Разве законы природы – физические, химические и биологические – не общие для всей Вселенной? Вряд ли Земля настолько исключительна, что здесь действуют закономерности, не действующие больше ни на одной другой планете. Римский философ Лукреций (ум. в 55 г. н. э.) писал:

Если вещей семена неизменно способна природа

Вместе повсюду сбивать, собирая их тем же порядком,
Как они сплочены здесь, – остается признать неизбежно,
Что во вселенной еще и другие имеются земли,
Да и людей племена и также различные звери[5].

Итак, мы можем утверждать, что у экзопланет тоже есть «природа», пусть мы их никогда и не видели.

Вопреки популярному заблуждению, мы, зоологи, занимаемся не только поиском, определением и классификацией животных. Как и представители всех других научных дисциплин, мы стремимся объяснить то, что наблюдаем в окружающем мире. Задача зоологии и эволюционной биологии в целом – предлагать гипотезы, объясняющие природу жизни. Почему львы живут прайдами, а тигры охотятся поодиночке? Почему у птиц только два крыла? Почему, если уж на то пошло, у подавляющего большинства животных есть правая и левая стороны? Одних наблюдений недостаточно. Нам требуется вывести целый ряд законов для жизни так же, как физики выводят законы для звезд и планет. Если биологические законы универсальны, они будут действовать на другой планете так же, как закон всемирного тяготения.

Однако биология, несомненно, представляется изменчивой и непредсказуемой областью. Физик обладает точным пониманием того, как мяч скатывается с горы, и способен выдать вам набор уравнений, предсказывающих движение мяча с горы в любой точке Вселенной. Физические эксперименты проводятся в упрощенных, надежно контролируемых условиях, которых просто не бывает в мире биологии. Есть известный анекдот о том, как физик пытался вывести уравнения, предсказывающие поведение коня, и в конце концов объявил, что это возможно, но только для сферического коня в вакууме. Настоящие кони вне компетенции «физики», и физик сказал бы, что они непредсказуемы. Но почему движение мяча предсказуемо, а поведение коня нет?

Живые системы как будто бы не подчиняются строгим правилам, поскольку они чрезвычайно сложны. С математической точки зрения сложная система – это такая система, которая состоит из множества взаимозависимых подсистем. Оказывается, достаточно небольшой взаимозависимости сравнительно простых подсистем, чтобы поведение системы в целом обрело заметную сложность и непредсказуемость – хаотичность, выражаясь профессиональным языком. Попробуйте-ка предсказать, как поведут себя все взаимодействующие органы вашего тела. Или еще лучше, представьте себе каждую клетку в каждом органе или каждый белок в каждой клетке каждого органа – и так далее… Мельчайшие изменения одного элемента могут повлечь за собой непредсказуемый каскадный эффект. Даже простейшие формы жизни, безусловно, сложны. А сложные системы труднопредсказуемы.

Одно из самых досадных свойств непредсказуемой сложной или хаотической системы – то, что, сколько ее ни изучай, постичь все до единого ее секреты невозможно. Мы привыкли к мысли, что, если изучить что-то достаточно основательно, мы достигнем полного понимания предмета. На этой идее, как может показаться, и основана наука. Но теория хаоса гласит, что в некоторых случаях, даже если изучить систему в сто раз тщательнее, точность предсказания повышается всего в десять раз. Можно вкладывать все больше и больше ресурсов в исследование сложной системы, но получать лишь незначительные результаты. Игра явно не стоит свеч. К счастью, у сложных систем есть и другие свойства, называемые эмерджентными: при невозможности сделать точное предсказание, как именно они себя поведут, все же можно представить себе это в общих чертах. Например, конь будет щипать траву, пусть мы и не знаем точно, какую именно траву. На практике знание, что «конь будет щипать траву», для меня как биолога полезнее, чем знание, что «конь съест именно эту травинку». Вместо того чтобы предсказывать, как будет устроена инопланетная жизнь с биохимической точки зрения или из каких элементов будут состоять глаза инопланетян, мы можем сделать более общие предсказания – например, что биохимические процессы должны обеспечивать их энергией, или поставить вопрос, есть ли у них глаза в принципе.

Каковы же универсальные законы биологии, на основании которых можно делать надежные предсказания о жизни на других планетах? Первый и важнейший из них: эволюция сложных форм жизни происходит путем естественного отбора. Трудно переоценить значение этого процесса, который служит краеугольным камнем биологического знания со времен основополагающей работы Чарльза Дарвина. Естественный отбор – не только единственный известный механизм, способный создать сложное из простого (если отбросить гипотезу, согласно которой некая божественная сила направляет развитие жизни по пути усложнения), это также закономерный механизм, действующий не только на планете Земля и не только для «известной нам жизни». Если мы встретим во Вселенной нечто сложное – того уровня сложности, который позволяет назвать это «жизнью», – то своим существованием оно будет обязано естественному отбору.

Об универсальном характере естественного отбора уже написаны другие замечательные книги[6], но мои соображения заходят столь далеко, что в следующем разделе мне придется подробнее объяснить, как следует понимать мое утверждение, что «инопланетные формы жизни возникли благодаря естественному отбору». Как отметил философ Дэниел Деннет, естественный отбор и разумный замысел практически одно и то же: накопление полезных признаков и отбрасывание вредных[7]. Проектируя самолеты или канцелярские скрепки, мы сохраняем полезные идеи предыдущих моделей. Отбор и проектирование, однако, различаются тем, что в случае проектирования присутствует долгосрочная цель, тогда как отбор видит лишь на шаг вперед. Жираф не «знает», что длинная шея будет полезной, но тем не менее в ходе эволюции приобретает ее.

В действительности именно эта недальновидность естественного отбора значительно облегчает нам предсказания, касающиеся инопланетной жизни. Нам не требуется строить глобальные прогнозы о том, какими «должны» быть инопланетные виды, достаточно лишь учесть условия на данной планете в данное время, чтобы знать, какие признаки возникнут с большой вероятностью. Допустим, если нам известна планета, где есть высокие деревья (или их аналог), можно предположить, что у некоторых животных будут длинные шеи, длинные ноги или что-то подобное.

У эволюции путем естественного отбора имеется еще одно полезное свойство: для нее практически неважно, каким способом осуществляются размножение и сам отбор. Как известно, Ричард Докинз изобрел термин «мем», обозначающий социальное представление или идею (например, религию), которая воспроизводится через общественную коммуникацию и конкурирует с другими идеями, по сути, эволюционным способом[8]. Естественный отбор можно описать в строгих математических категориях, без привязки к какой-либо конкретной биологической системе или типу размножения. Вот почему эта концепция необычайно продуктивна, и ее простота и универсальность означают, что любой вероятный путь развития сложной жизни во Вселенной так или иначе вписывается в рамки естественного отбора. Естественный отбор не зависит ни от ДНК, ни от каких-либо специфически земных биохимических процессов. Поэтому нам не нужны точные знания о биохимии пришельцев – как бы она ни была устроена, она является продуктом естественного отбора.

До недавнего времени астробиология, то есть наука о внеземной жизни, традиционно сосредотачивала внимание на нескольких очевидных областях. В основном астробиологов занимает проблема происхождения жизни: как зародилась жизнь на Земле и какие из этого следуют выводы о возможности возникновения жизни на других планетах. Появилась ли жизнь на нашей планете один раз или это происходило неоднократно? Произошло ли это чудесное событие в теплой мелководной лагуне, как предполагал Дарвин, или у жерл подводных вулканов, где горячая вода и изобилие минералов создают идеальную среду для странных и необычных бактериальных сообществ?

Другой существенный вопрос – какие могли бы существовать типы альтернативной биохимии? Возможно, жизнь на других планетах не использует ДНК для передачи наследственной информации, а возможно, инопланетная биохимия совсем непохожа на нашу – например, вместо воды в ней задействован какой-то иной растворитель. Этот вопрос особенно важен, так как многие планеты (включая некоторые и в нашей Солнечной системе) слишком горячие или слишком холодные, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Однако в данной книге эти важные темы обсуждаться не будут. Мы собираемся рассмотреть вопросы, которыми редко задаются астробиологи, а именно: какой облик могли бы иметь сложные формы инопланетной жизни? Можно ли сделать какие-либо конкретные умозаключения об экологии и поведении инопланетных живых существ, опираясь на научный инструментарий и те подсказки, которыми мы располагаем на Земле?

Зоолог, смотрящий издалека на недавно открытый континент, будет переполнен идеями о том, какие существа населяют эти земли. И это, скорее всего, будут не праздные домыслы, а вполне обоснованные предположения, исходящие из знания огромного разнообразия уже известных нам животных, а также представлений о том, как адаптации каждого вида связаны с образом жизни: с тем, как животное питается, спит, находит партнеров для размножения, строит гнезда и т. д. Чем больше мы знаем об адаптациях животных, обитающих в «Старом Свете», тем правильнее могут быть наши догадки о тех, кто обитает в «Новом». Это и есть подход, который я собираюсь использовать при обсуждении инопланетной жизни: как бы она ни отличалась от земной, кое-какие сведения о ней можно получить из наблюдений за жизнью на Земле. Эволюционные процессы, характерные для нашей планеты, обусловлены силами и механизмами, которые с немалой вероятностью существуют и в других местах. Движение, коммуникация, сотрудничество – продукты эволюции, которые служат решением универсальных проблем.

Если у нас когда-либо состоится контакт с внеземной цивилизацией – разумными существами, а не просто микробами или медузами, – в некоторых вещах мы можем быть вполне уверены: они будут обладать теми или иными технологиями (в противном случае как бы мы с ними осуществили контакт?), а это подразумевает, что они способны к сотрудничеству и, следовательно, социальны. Но элементарное знание того, что такой-то вид социален, запускает каскад дополнительных эволюционных следствий. Подобно нам, инопланетяне могут быть жестокими и воинственными; но я готов поспорить, что социальность также невозможна без альтруизма. Если в центре Лондона приземлится корабль пришельцев, то, вне сомнений, члены его экипажа будут общаться между собой на каком-то языке, но какой может быть их речь – звуковой, визуальной или даже электрической, сказать заранее невозможно. Неважно, будет ли у пришельцев две ноги, много ног, или они вообще окажутся безногими, я полагаю, что главной общей чертой между нами и любой другой цивилизацией, которую мы встретим, будет речь.

Строгий научный анализ возможности существования внеземной жизни не так часто, но все же встречается. Мы знакомы с представлениями об инопланетянах по современному научно-фантастическому сериалу «Звездный путь» (Star Trek) и ничуть не более убедительными домыслами Герберта Уэллса в его романе «Война миров» (War of the Worlds). С тех пор как было установлено, что планеты – это самостоятельные материальные миры, не прекращаются попытки определить, есть ли на них жизнь. В 1913 г. британский астроном Эдвард Уолтер Маундер[9] издал брошюру под заглавием «Обитаемы ли планеты?» (Are the Planets Inhabited?). В ней он со всей научной строгостью анализирует возможность существования жизни в Солнечной системе, рассматривая одну за другой каждую планету, Луну и даже Солнце (вероятность возникновения жизни на Солнце допускал такой выдающийся ученый, как Уильям Гершель, первооткрыватель планеты Уран). Поочередно он отвергает такую возможность для Меркурия, Марса, Луны и Солнца, приводя веские доводы, основанные на современных ему наблюдениях и измерениях. К его рассуждениям трудно придраться даже по сегодняшним меркам.

Однако его выводы зачастую были ошибочны. Наши представления о Вселенной ограничены не только нашими способностями к логическому рассуждению, но также исследовательскими возможностями и пониманием механизмов, которые отвечают за физические и биологические процессы во всем окружающем мире. Мы можем просто ошибиться в расчетах из-за того, что в наших знаниях не хватает какой-то мельчайшей детали. Маундер считал Венеру самой вероятной кандидатурой на роль обитаемой планеты в Солнечной системе, поскольку, по оценкам астрономов того времени, температура ее поверхности составляла около 95 ℃, и они считали, что закрывающие планету плотные облака состоят из водяного пара. В наши дни благодаря более точным измерительным приборам (не говоря уже о космических аппаратах, высаживавшихся на Венеру) известно, что температура на ее поверхности ближе к 450 ℃, а красивые белоснежные облака на самом деле состоят из сернистого газа и капель серной кислоты. Недостаток надежных данных всегда мешает поиску объяснений, но для нас, как и для Маундера, несовершенство данных не повод отказаться от постановки задачи.

Мы все хотим знать, как выглядят инопланетяне, но едва ли стоит полагаться на фантазии голливудских режиссеров. Веками люди представляли себе инопланетян либо как некие пародии на людей, либо как утрированные версии земных животных, например гигантских пауков или червей, способные лишь вызывать ночные кошмары. Темнота и неизвестность пугают нас так же, как пугали наших предков до изобретения электрического освещения, мы боимся, что «где-то там» нас могут подстерегать затаившиеся звери и демоны. Но сваливать в одну кучу «неизвестное» и «страшное» хорошо лишь в кино, для серьезного исследования такой подход не годится. Возможны ли более научно обоснованные предположения о внешнем виде инопланетян? Увы, даже самые добросовестные попытки серьезного обсуждения этого вопроса пока еще выглядят несколько комично – или являют собой откровенные домыслы.

В то же время поведение инопланетян предсказать гораздо легче, чем их облик. Внешний вид в большей степени продукт эволюционной случайности и причуд эмбрионального развития; поведение – более фундаментальная реакция на окружающую среду. У нас две руки и две ноги в основном из-за эволюционного стечения обстоятельств – наши предки, напоминавшие целакантов, пользовались четырьмя плавниками для передвижения по мелководью, где они обитали 400 млн лет назад. Эти четыре конечности достались в наследство всем современным потомкам древних рыб: амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим. Но если бы наш предок был иным – например, каким-нибудь ракообразным, – мы могли бы стать обладателями шести или восьми ног. А могло бы у нас оказаться нечетное число ног? Решайте сами после того, как прочтете раздел 4, – а заодно поразмышляйте, согласны ли вы с тем, что инопланетянам обязательно нужны ноги.

Поведение служит выполнению общих задач. Например, социальность (о которой пойдет речь в разделе 7) решает проблемы, возникающие во всех мирах, – проблемы, с которыми невозможно справиться в одиночку, такие как охота на животных крупнее себя или сооружение защитных жилых построек. Если инопланетные существа сталкиваются с проблемами, которые невозможно решить одному, то есть вероятность, что некоторые из этих существ станут социальными. Конечно, наше социальное поведение в целом специфично, и необязательно ждать от инопланетян, что у них будет религия, подобная нашей, или рыночная экономика, но существуют признаки социальности, которые должны носить универсальный характер. Само существование социальности обусловлено такими явлениями, как взаимовыгодное сотрудничество, альтруизм и конкуренция; это движущие факторы эволюции социального поведения, и они должны присутствовать у всякого по-настоящему социального вида.

Другие разделы этой книги посвящены столь же необходимым видам поведения, их эволюционному происхождению и вытекающим из них следствиям: коммуникация, разум, даже язык и культура играют важную роль в наших представлениях о том, что такое человек. Но даже эти «специфические» особенности человеческой природы не настолько уникальны, как представляется на первый взгляд. Эти черты нашего вида, возможно, окажутся общей почвой, сближающей нас с инопланетянами. Какая разница, зеленые они или синие, если у них, как и у нас, есть семьи и домашние животные, если они, как и мы, читают и пишут книги, заботятся о детях и родственниках?

В каждом разделе книги рассматривается тот или иной аспект поведения земных животных, который не уникален для Земли и попросту не может быть таковым. Мы всегда были склонны приписывать инопланетянам странную внешность, но нам нет нужды выдумывать для них необычное поведение – разнообразие форм и видов поведения здесь, на Земле, таково, что среди них обязательно найдутся те, которые будут общими с обитателями других планет. В разделе 2 я знакомлю читателей с этой идеей – объясняю, почему мы вправе судить о жизни на других планетах, опираясь на земные примеры. В разделе 3 обсуждается вопрос, что такое животное – применимо ли это определение лишь к земным существам или также к организмам, вообще неродственным земным. В разделах 4 и 5 речь идет о том, как животные – наши или инопланетные – передвигаются и общаются между собой. Эти две формы поведения предположительно можно встретить на любой планете, и они в достаточной степени ограничены физическими законами, чтобы можно было строить правдоподобные гипотезы о том, как они там будут проявляться. Раздел 6 посвящен трудно поддающемуся определению (и высоко ценимому) признаку – интеллекту, а именно тому, как животные познают окружающий их мир и решают возникающие перед ними проблемы. Мы все хотим верить в разумных инопланетян, и, как я продемонстрирую в этом разделе, их существование, похоже, и в самом деле неизбежно. В разделе 7 говорится о других свойствах, которые мы надеемся обнаружить у инопланетян: способности к сотрудничеству и социальности. Очень многие земные животные объединяются в группы, и на то есть веские причины, которые характерны не только для нашей планеты. В разделах 8 и 9 затрагиваются вопросы обмена информацией и непосредственно языка – признака, который, как считается на данный момент, отличает людей от всех других земных существ. В разделе 10 я обращаюсь к непростой проблеме искусственной жизни и рассматриваю, насколько сильно отличались бы иные миры от нашего, если бы их населяли не известные нам животные, а роботы или компьютеры. Наконец, в разделе 11 я попытался затронуть сложный философский вопрос: если разумные, говорящие, социальные инопланетяне на самом деле существуют, что это может рассказать нам о природе и уникальности человечества?

Возможно, мы делаем лишь первые робкие попытки понять природу внеземной жизни, но им предстоит сыграть важную роль в развитии астробиологии как научной дисциплины, в понимании науки о жизни как таковой и в подготовке к тому моменту, когда человечеству придется свыкнуться с осознанием того, что мы не одни во Вселенной. Вопросу о том, как наш вид отреагирует на обнаружение инопланетной жизни, пока еще уделялось недостаточно внимания[10]. Массовой истерией и погромами? Всплеском религиозного фундаментализма или повальным разочарованием в религии? Или, может быть, как пелось в шлягере шестидесятых «Водолей» (Aquarius)[11], «планетами будет править мир, а любовь – двигать светила»? В любом случае, подготовиться к такому событию уж точно не помешает.

История науки – это история того, как человека постепенно лишали титула царя природы, и открытие внеземной жизни еще больше подтвердит то, что мы, люди, далеко не уникальны. А вдруг не подтвердит? Если биологи-эволюционисты, и я в их числе, правы, то мы разделяем общее наследие со всей жизнью во Вселенной. Пусть мы разного происхождения, пусть наша биохимия совсем иная и у нас может не быть общего предка с жителями других планет. Однако процесс, лежащий в основе жизни, у нас общий. Наша эволюционная история может быть не совсем такой же, как у жителей других миров, но внеземные зоологи по крайней мере смогут распознать в нас разумных существ.

Если мы живем в обществе, основанном на сотрудничестве, и то же самое можно сказать об инопланетянах, то выявление общих эволюционных корней нашей социальности – уже немалый шаг вперед. А затем, возможно – всего лишь возможно, – мы сумеем применить термин «человечество» в более широком и важном значении, чем «потомки группы человекообразных обезьян, бродивших по саваннам в одном крошечном уголке одного континента на одной крошечной планете на краю всего одной из миллиардов галактик».

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].

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]. 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], 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]. 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]. 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]

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 передохну́ть 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] 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].

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]. 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], 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] 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]

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]. 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]. 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].

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]. 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?

Даже падение астероида, повлекшее за собой гибель динозавров, бледнеет на фоне невообразимого массового вымирания на границе пермского и триасового периодов 250 млн лет назад. По неизвестным причинам внезапно резко изменился химический состав атмосферы и океанов[28], и это вызвало столь масштабное вымирание, что жизнь оказалась почти полностью уничтожена[29]. Исчезло до 90 % всех видов. Не приходится сомневаться, что, при всей значимости конвергентной эволюции, на земную жизнь оказывали серьезное влияние подобные непредсказуемые катастрофы, и, вполне возможно, другие планеты тоже переживали чудесные спасения (или не переживали – возможно, им повезло меньше). Откуда нам знать, как поведет себя жизнь на других планетах, если даже на Земле нет гарантии, что историю биосферы можно проиграть повторно?

Пермское массовое вымирание дает нам ключ к ответу на этот вопрос. Жизнь на Земле едва уцелела. Но за каких-то 10 млн лет она возродилась и расцвела вновь (хотя понадобится еще немало времени, чтобы земная жизнь снова достигла того уровня разнообразия, который наблюдался в пермский период). Конечно, чуть ли не все виды, господствовавшие прежде, исчезли – в том числе знаменитые трилобиты, ползавшие по морскому дну, как в наше время крабы. Но ниши-то остались. Если на морском дне есть пища, кто-нибудь да сумеет освоить этот ресурс, ползая по дну. Именно это и произошло. Восхождение как млекопитающих, так и динозавров началось в эту глухую эпоху, когда почти опустевшая планета приходила в себя после массового вымирания. Миллионы лет на ней водились лишь немногие выносливые виды, способные выживать в суровых условиях, – так заброшенную промышленную зону быстро заселяют сорные травы и крысы. Но был солнечный свет, а значит, могли существовать растения и, соответственно, животные, которые их ели и которых можно было есть. Проснувшись в мире, где практически нет конкуренции, внезапно открываешь для себя почти безграничные возможности.

Жизнь породила взрывное разнообразие новых форм. Эволюция начала набирать обороты просто потому, что осталось множество незанятых ниш. Наиболее узкоспециализированные виды, теснее всего привязанные к своим нишам, к специфическим условиям среды или конкретному источнику пищи, вымерли прежде всего. Виды, оказавшиеся более гибкими, более способными использовать новые возможности, могли уцелеть и стать успешными благодаря этим возможностям. В эволюционной биологии это называется адаптивной радиацией – когда выжившие популяции начинают специализироваться, осваивая пустующие ниши и развивая для этого свои собственные специализированные адаптации. «Радиация» буквально означает «излучение», то есть виды, как лучи, расходятся по разным средам обитания и экологическим нишам, попутно приспосабливаясь и все более различаясь по формам и функциям. Как в сказке «Три поросенка», внезапно открылись возможности строить дома из различных доступных материалов, и каждой возможности нашлось применение. Адаптивная радиация считается принципиально необходимым условием для появления столь богатой и разнообразной биосферы, как наша, а значит, катастрофы (желательно, не превышающие по разрушительности пермское вымирание) – необходимая составляющая разнообразия жизни.

Таким образом, когда жизнь вернулась к полноценному разнообразию, многие из прежних ниш сохранились, и их заняли новые группы организмов. Хотя трилобитов уже не было, их работу – прочесывать океанское дно в поисках пищи – могли выполнять ракообразные. Формы резко различались (на место трилобитов пришли крабы), но многие функции, связанные с добыванием пищи и защитой от хищников, остались неизменными. До вымирания были широко распространены наземные растения, а следовательно, и травоядные, питавшиеся ими, и хищники, питавшиеся травоядными. Многие из этих травоядных и хищников, такие как диметродон, напоминали гигантских рептилий, но в действительности были предками млекопитающих. После вымирания появились настоящие гигантские рептилии – динозавры – и завладели миром. Но, глядя на диметродона пермского периода и динозавров вроде агатаума, жившего на 200 млн лет позже, невозможно отделаться от ощущения, что, хотя жизнь и не воспроизводит предшествующие формы, она как минимум повторяет многие функции.

Законы пола

Различие между формой и функцией, то, как эволюция заполняет различные вакансии (функциональные ниши) многообразием форм, – первый шаг к применению универсальных «биологических законов». Но каковы сами эти законы? Насколько наша трактовка естественного отбора универсальна, а насколько зависит от специфических условий, которые мы наблюдаем на своей планете? Универсальность естественного отбора в самой элементарной форме сомнений не вызывает. Хотя широкой публике естественный отбор известен как «выживание наиболее приспособленных», его суть несколько (совсем чуть-чуть) сложнее.

Естественный отбор происходит всюду, где особи наследуют признаки от родителей, где эти признаки изменчивы в пределах популяции и различие признаков влечет за собой различие в «приспособленности» особей – под «приспособленностью» же подразумевается способность воспроизводить себя в будущих поколениях. Поэтому «выживание» в целом полезно, так как позволяет произвести больше потомства, однако короткая жизнь при большой плодовитости также дает полезный результат. Повысить приспособленность может и забота о потомстве, поскольку в этом случае больше вероятность, что детеныши выживут и оставят больше собственного потомства, – и т. д. Вполне возможно (хотя, наверное, не все с этим допущением согласятся), что в любой системе, обладающей этими свойствами – наследственной изменчивостью и неодинаковой приспособленностью, будет происходить естественный отбор. Значит, естественный отбор неизбежен даже в неживых системах, таких как компьютерные программы, интернет-мемы, религиозные верования и т. п., но особенно в живых системах. Нет причин сомневаться, что обитатели других планет подвергаются естественному отбору в данном широком смысле, так как это единственный известный механизм, способный самостоятельно порождать и поддерживать ту сложность, которую мы называем жизнью.

Однако за 150 лет, прошедших с момента публикации «Происхождения видов», эволюционное учение шагнуло далеко вперед, и теперь мы гораздо больше знаем о механизмах, породивших сложность земной жизни. Эти механизмы, о которых речь пойдет ниже, суть не что иное, как разновидности принципов естественного отбора, но доказать их универсальность намного труднее. У нас есть великолепные комплексные математические модели эволюционных процессов, ведь для того, чтобы объяснить разнообразие животных и растений на нашей планете, недостаточно одного фактора «выживания наиболее приспособленных»[30]. Уравнение Прайса сыграло такую важную роль еще и потому, что в нем были учтены другие важные факторы естественного отбора, например степень родства между животными. Но пусть эти модели и воплощают торжество научной мысли, все же остаются некоторые сомнения, от которых трудно отмахнуться. Мы строим модели, основываясь на собственном опыте и неявно подразумевая, что жизнь такова, какой мы наблюдаем ее вокруг себя. Но что, если наши гипотезы подспудно отражают специфические особенности, присущие лишь земной жизни, известные нам по нашим исследованиям и опыту на этой планете? Даже если естественный отбор служит движущей силой эволюции во всей Вселенной, возможно ли, что его конкретные проявления будут отличаться, причем существенно, от механизмов эволюции у нас?

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.

Новый критерий: родословная

Всего 150 лет назад, причем буквально в одночасье, наш метод и даже сам принцип, лежащий в основе классификации живого, кардинально изменились. С тех пор как Дарвин объявил, что все современные формы жизни происходят от более ранних, наука о принципах классификации живых организмов, (систематика) сместила акценты: классификация должна основываться на происхождении, а не на внешности, форме или функции. «Ведет ли кит себя как рыба?» – неверная постановка вопроса. Следует спрашивать: «Насколько близко родство между китом и рыбой?» Хотя для нас этот подход кажется совершенно очевидным, сама идея, что кит может быть родственником лягушки или даже гриба, пусть и отдаленным, Аристотелю показалась бы абсурдной. Но посмотрите, насколько элегантен этот новый метод. Старые категории «царств» живого – животных, растений и протистов (микроорганизмов) – сохранились, но обрели не просто описательный смысл. Отныне они представляли корни отдельных родословных деревьев – патриархи и матриархи генеалогической системы, которую было легко понять по аналогии с человеческими семейными родословными. Как у Шекспира в трагедии «Ромео и Джульетта» – если вы принадлежите к семейству Монтекки, вы Монтекки и все ваши родственники Монтекки, тогда как у семьи Капулетти собственное родословное древо. И вместе с тем все эти семейные деревья связаны воедино в одно большое Древо Жизни. Даже враждующим Монтекки и Капулетти приходится признать, что когда-то у них был общий предок.

Если применять этот принцип более широко, тот факт, что у нас и всего живого на Земле один и тот же общий предок, означает, что жестких границ между любыми двумя группами организмов больше нет. Можно даже вычислить, как давно жил наш общий прапрапредок с любым другим видом. Родословное древо, приведенное ниже, даст вам представление о том, когда жили наши предки, общие с некоторыми хорошо известными существами, например волком. В данном случае общий предок был мелким пушистым млекопитающим (о котором мало что известно), жившим во времена тираннозавров, и часть его потомков стала хищниками, а часть – приматами, как мы. Чтобы найти нашего общего предка с золотой рыбкой, понадобится перенестись гораздо дальше в прошлое – задолго до эпохи динозавров. Еще более отдаленной окажется наша общая история с растениями и грибами – она теряется в глубокой древности, до появления первых записей в палеонтологической летописи. Даже насекомые отделились от наших собственных предков сразу же, как только первые животные стали занимать разные ниши и диверсифицироваться в мириады форм.

В настоящее время эти родственные связи можно вычислять только путем досконального изучения генетического сходства и различия разных видов, но в самих датировках остается еще много неясного, и дальнейшие научные исследования помогут нам точнее разобраться, что и когда происходило с нашими предками. Наша общая родословная с бактериями вроде кишечной палочки (Escherichia coli) восходит к самой заре жизни, к моменту вскоре после того, как Земля достаточно остыла, чтобы образовались первые сложные органические молекулы. Непосредственно у основания древа, как считается, находится наш последний универсальный общий предок LUCA (сокращение от Last Universal Common Ancestor не имеет никакого отношения к песне «Лука» Сюзанны Вега 1987 г., хотя в ее тексте есть весьма подходящая строчка: «Не спрашивай меня, что это было»).

Независимо от того, существовал ли один общий предок или это было нечто более сложное (например, множество микроорганизмов, обменивавшихся ДНК в рамках своего рода генетической коммуны), слово «универсальный» в данном случае вводит в заблуждение. Предок всего живого на нашей планете был почти наверняка землянином, и вряд ли по нему можно судить об общих предках живых существ в других частях Галактики. Даже если жизнь зародилась на Марсе и попала на древнюю Землю с метеоритами, она все-таки остается жизнью, возникшей в Солнечной системе, и не имеет отношения к миллиардам других планет в Галактике.

Впрочем, недостаток точных сведений о корнях древа не умаляет привлекательности этого элегантного и, прямо скажем, обоснованного метода классификации всего живого. Метод родословных деревьев оказался так заманчив, что с тех пор, как был принят, он ни разу не подвергался сомнению. Хотя сомнения должны были бы возникнуть. Ведь, если исключить случайный перенос живой материи с одной планеты на другую, можно не сомневаться, что инопланетная жизнь не имеет общих предков ни с нами, ни с любыми другими организмами Земли. Классификация, основанная только на родстве, а не на форме или функции, исключает всех инопланетян, независимо от того, насколько они похожи на нас, из категории «животных».

Важно ли это? Вероятно, важно. В многочисленных научно-фантастических произведениях изображаются инопланетные виды, подобные животным: песчаные черви в «Дюне», Эдгар-жук из «Людей в черном» и чуть ли не все инопланетяне из «Звездных войн», в первую очередь Чубакка и эвоки. Правдоподобны эти образы или не очень, наша эмоциональная реакция на обитателей других миров, если те окажутся похожими на животных, будет аналогична нашей реакции на земных животных, независимо от наличия общих предков. Чисто технический вопрос, следует ли нам относить инопланетян к животным, кажется пустячным в сравнении с этическим и эмоциональным вопросом: следует ли нам относиться к ним как к животным? В рамках задач астробиологии, возможно, логичнее и полезнее будет при решении вопроса об их классификации рассматривать как эволюционное происхождение организмов, так и их свойства.

Все ли зависит от родства?

Мы уже признаем, что родство – не единственный критерий, определяющий наши отношения с другими животными на планете. За последние десять лет нас захлестнул шквал судебных дел о присвоении «прав человека» животным. Самый знаменитый случай – когда в одном из судов Нью-Йорка рассматривался иск о присвоении права на неприкосновенность личности двум шимпанзе, Геркулесу и Лео, которых использовали для проведения медико-биологических экспериментов в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук[39]. Хотя общество и суды, похоже, еще не готовы наделить животных полноценными человеческими правами (вопрос, который будет обсуждаться в разделе 11), законы, защищающие животных как таковых (от жестокого и ненадлежащего обращения), продолжают укрепляться. Но теперь мы сталкиваемся с новой проблемой: как мы определяем, какие животные заслуживают защиты, а каких можно истреблять по своему желанию? Судебное дело Университета в Стоуни-Брук показывает, насколько сильные эмоции мы испытываем по отношению к нашим ближайшим родственникам – у большинства людей страдания шимпанзе вызывают неприятные переживания, так как эти животные – самые близкие наши родственники (наш общий предок жил всего 6 млн лет назад) и похожи на нас по поведению, мимике, а также, скорее всего, по эмоциям.

Возьмем, например, дельфинов, чье поведение внешне напоминает человеческое и обеспечивает им всеобщую симпатию. В 2013 г. индийские власти решили запретить содержание дельфинов и китов в неволе ради развлечения, отметив, что «некоторые ученые» предлагали считать дельфинов «нечеловеческими личностями». Но крысы нам куда более близкая родня, чем дельфины, однако при этом родственные связи с человеком не спасают крыс от регулярного уничтожения. Дельфины, при всех особенностях поведения, сходных с человеческими, гораздо более дальние наши родственники, чем, допустим, летучие мыши-вампиры, у которых, как и у крыс, тоже весьма дурная слава. В действительности вампиры – вполне общественные и альтруистичные животные, они делятся пищей с голодными особями, которые не смогли вылететь на охоту (раздел 7). Если взглянуть глубже, не только на внешние формы поведения, можно также убедиться, что мозг дельфина во многих отношениях гораздо больше напоминает мозг летучей мыши, чем человеческий. Это может оказаться неожиданностью для людей, считающих, что интеллект дельфина говорит о том, что его мозг похож на мозг человека. Об этом не стоит забывать, обсуждая вопрос, будет ли мозг внеземных существ, таких же разумных, как и мы, подобен нашему.

Мозг дельфинов и мозг летучих мышей имеет определенное сходство потому, что те и другие нуждаются в необычайно сложной системе обработки данных, полученных с помощью собственных уникальных систем эхолокации. Животное издает сложные звуки, а затем слушает отраженное эхо, чтобы получить сведения о мире вокруг себя без помощи зрения. Эта обработка сенсорной информации происходит в мозжечке, отделе мозга, который у дельфинов и рукокрылых пропорционально крупнее, чем куда более скромная кора головного мозга – та его часть, которую принято связывать с интеллектом. Данный факт говорит о том, что физическое сходство – в особенности физическое сходство в строении мозга – не такой уж хороший критерий, чтобы предсказать, насколько инопланетный вид будет похож на нас.

В 2010 г. Евросоюз ввел строгие законодательные ограничения на использование животных в лабораторных опытах. Директива касается всех позвоночных животных – млекопитающих, птиц, рептилий, рыб и амфибий, но не беспозвоночных, таких как насекомые и черви, которые, как считается, отличаются недостаточным когнитивным развитием, чтобы «страдать» в человеческом понимании. Однако закон делает особое исключение для осьминогов и родственных им видов, поскольку те явно проявляют признаки интеллекта и, вероятнее всего, наделены чувствами. Постоянно приходится слышать истории о том, как осьминоги поднимают крышку аквариума, переползают по полу в другой аквариум, съедают там рыбу и затем возвращаются «домой», снова закрыв крышку. Директива Евросоюза основывается на предположении, что осьминоги способны чувствовать не только боль, но также скуку, отвращение и страх, однако складывается впечатление, что мы просто представляем себя на их месте. Осьминоги и прочие головоногие моллюски вызывают у нас сопереживание и интерес, несмотря на то что наш с осьминогом общий предок жил 800 млн лет назад, а значит, осьминоги нам не более близкие родственники, чем любые другие животные! Когда дело доходит до определения, в чем животные «похожи на нас», степень родства явно не единственный фактор. Итак, возможно ли определение животного, не зависящее от родословного древа?

Быть животным – значит двигаться

Перед наукой стоит задача классифицировать все, что составляет окружающий нас мир, поэтому она предлагает простые и недвусмысленные критерии, по которым можно определить то общее, что есть у всех животных, – об этих критериях мы узнаем еще в школе, а затем и в университете. В первую очередь животные состоят из множества различных клеток, и практически у всех животных разные клетки выполняют разные функции. У нас есть клетки кожи и клетки крови – они выглядят и ведут себя по-разному. Этого определения достаточно, чтобы отличить животных от одноклеточных организмов типа бактерий или амеб. Естественно, у растений тоже много различных типов клеток. Однако животные отличаются от растений в одном ключевом отношении: животные не производят сами для себя пищу. В то время как растения используют солнечный свет, чтобы превратить простые молекулы воды и углекислого газа в соединения, необходимые им для выживания, животным надо передвигаться в поисках пищи, и именно то, как они это делают, по-настоящему отличает животных от всех остальных живых существ. Грибы, огромная разнообразная группа организмов (видов грибов вдвое больше, чем растений), тоже не могут сами производить пищу. Но, в отличие от животных, которые поглощают еду и перерабатывают ее внутри тела, у грибов внешнее пищеварение – они выделяют ферменты, чтобы разлагать другие организмы до необходимых им питательных веществ. Подвижными грибы могут быть лишь в виде спор, которые разносит ветер[40]; как только они прорастут, они поедают все, что окажется в пределах досягаемости.

Вот хороший признак, позволяющий провести разграничение между животными и любой другой формой жизни на Земле, который хорошо вписывается в наши интуитивные представления: животные двигаются. По-латыни animalis «животное» происходит от animus «живой, дышащий» (вспомните слово ре-анимация), однако в наше время анимацией называются движущиеся картинки, и это слово ассоциируется с движением, деятельностью. Поэтому, хотя наука может утверждать, что животное – это многоклеточный организм, который неспособен самостоятельно производить питательные вещества и потому должен поглощать какую-то пищу и переваривать ее внутри своего тела, мы обычно опускаем все эти рассуждения и вслед за Аристотелем попросту говорим: «Животные двигаются».

Конечно, реальный мир полон исключений: некоторые животные подвижны только на стадии размножения, как, например, личинки кораллов (коралловых полипов), которые распространяются в воде и свободно плавают, пока не осядут на дно, где проведут всю оставшуюся жизнь. В этом смысле их «движение» напоминает распространение грибных спор или семян растений. Однако исключений бояться не стоит; классификация живого никогда не будет простой и очевидной, поскольку жизнь в принципе полна полутонов и незаметных переходов, и ярко выраженные различия в реальности составляют скорее исключения, чем правило. Тем не менее я хочу сосредоточиться на более сложном вопросе: можем ли мы быть уверены, что наше определение животных, основанное на движении, относится к реальной, обособленной категории организмов, а не к возникшей в результате простого стечения обстоятельств и отражающей крайне специфичную историю земной жизни за последние 4 млрд лет? Проще говоря, двигаются ли внеземные животные?

Возможно ли, что дело обстоит настолько просто? Животные двигаются, растения – нет. На интуитивном уровне это различие кажется наивным, тривиальным, вероятно существующим только на Земле, а не во всей Вселенной. Может быть, я использую термин «животное» слишком вольно; может быть, я подразумеваю под ним «то, чему мы можем сопереживать» – как пауку в ванной. У «инопланетного животного» в моем понимании вполне могут быть листья и способность к фотосинтезу, как у Грута, персонажа франшизы «Стражи Галактики». Но я убежден – и постараюсь это доказать, – что способность двигаться лежит в основе всех прочих достижений, о которых пойдет речь: кооперации, социальности и в особенности интеллекта.

Есть основательные причины полагать, что мы придаем такое значение различию между движением и неподвижностью не по собственной прихоти, а потому, что оно носит фундаментальный характер. Но чтобы разобраться в этом вопросе, нам придется отправиться в прошлое, в то время, когда эволюция животных только начиналась, 500 млн – 1 млрд лет назад, в те времена, когда жили наши общие с комарами и осьминогами предки.

Эдиакарский сад

До 1950-х гг. палеонтологи считали, что сложные организмы появились около 540 млн лет назад в ходе так называемого кембрийского взрыва. Окаменелостей древнее этого времени практически не найдено, но с этого рубежа и далее палеонтологическая летопись демонстрирует «взрыв» биоразнообразия – в ней появляются всевозможные формы животных, многие из которых обладают фундаментальными чертами сходства с современными: симметрией тела, наличием конечностей, глаз и т. д. Почти все основные типы нынешних животных (моллюски, ракообразные, черви, даже примитивные позвоночные) находятся в отложениях возрастом от 540 до 490 млн лет. Так какой же была жизнь до кембрийского взрыва?

Открытие прекрасно сохранившихся во всех деталях окаменелостей докембрийского времени, иногда даже микроскопических, стало для нас важным, хотя все еще недостаточно прозрачным, окошком, через которое можно рассмотреть истоки происхождения животных. Промежуток от 630 до 540 млн лет назад известен как эдиакарский период (получивший название в честь австралийских холмов, где были впервые обнаружены окаменелости этого периода). Некоторые из гипотез о природе организмов, живших в то время, можно сказать, революционны. У эдиакарских животных как будто не было никаких раковин или панцирей – это одна из причин, по которым их редко находят в ископаемом состоянии, – а по строению они резко отличаются почти от всех животных, существовавших с кембрия до наших дней. Почему эта необычная, инопланетного вида биота около 540 млн лет назад внезапно оказалась вытеснена и не оставила потомков, которых мы могли бы изучать, остается загадкой.

Одно из объяснений состоит в том, что в этом древнем мире практически отсутствовали хищники. Эти существа жили, когда у природы не было «окровавленных клыков и когтей», по выражению Теннисона[41]; они жили в бесконфликтное время, мирное и безмятежное, когда организмы просто собирали энергию солнечных лучей[42]. Может быть, эти существа сами обладали способностью к фотосинтезу, а может быть, состояли в симбиозе с микроскопическими водорослями, живущими внутри них, как бывает у некоторых современных коралловых полипов – животных, усваивающих солнечный свет с помощью не-животных. Так или иначе, их способы добывать пропитание были, по-видимому, довольно идиллическими – они не охотились и не ели друг друга. Образ неомраченного мира без хищников вдохновил американского палеонтолога Марка Макменамина окрестить эту эпоху «Эдиакарским садом»[43].

Давайте совершим экскурс в историю жизни, предшествовавшую этому времени[44]. В определенный момент каким-то образом зародилась жизнь. Мы не знаем, в чем состояло это событие, как оно протекало, неизвестно даже, возникла ли жизнь в одном месте и затем распространилась повсеместно, или же это событие происходило независимо и одновременно во многих местах. Но скорее всего, небольшие самовоспроизводящиеся молекулы, близкие к современным РНК, стали распространяться по теплым мелким водоемам, в ту пору покрывавшим планету. Вскоре генетический материал обрел оболочку в виде жирового пузырька, защищавшую его от изменений среды, и с этого момента можно говорить о первых клетках. Могло существовать много разных типов примитивных клеток, или только один тип, но некий организм (или, быть может, группа организмов) оказался успешнее других и стал единственным предком всей последующей жизни на Земле – это был наш последний универсальный общий предок, LUCA.

По мере того как потомки LUCA распространялись и диверсифицировались, все они сталкивались с одними и теми же проблемами: в первую очередь – где достать энергию. Без энергии живое разлагается и перестает быть живым. Одним из ее источников стало внутреннее тепло Земли, выходящее наверх благодаря подводной вулканической активности, другим – солнечный свет. На самом деле в ту пору иных вариантов попросту не было. Солнечный свет, впрочем, был доступен на Земле повсюду (до определенной глубины), тогда как подводные вулканы встречались лишь в отдельных местах. Поэтому в ходе эволюции организмы приобрели химические соединения и органы, позволяющие связывать солнечный свет и использовать его энергию для поддержания своей жизни. Если вам повезло найти укромный пляж на морском берегу, где много солнца и никакой конкуренции за места для загорающих, вы сможете расслабиться и спокойно отдохнуть. Однако эволюции отсутствие конкуренции ничего хорошего не сулит – ведь в подобных обстоятельствах не нужны инновации, чтобы получать преимущества, и нет проблем, которые нужно решать. Некоторые организмы были успешнее других и оставляли больше потомства, но всем жилось достаточно легко, и формы жизни были довольно простыми. Жизнь появилась около 3,8 млрд лет назад, однако в первые 3,2 млрд лет на Земле никто никого не ел. Эволюция шла медленно. Но все же она шла, и «эдиакарский сад» населяли самые разнообразные формы жизни, причем каждая из них, вероятно, использовала мирную, изобильную среду обитания по-своему, чуть иначе, чем другие.

Неясно, принадлежат ли эдиакарские ископаемые остатки животным. Эта неясность связана с определением «животных» по принципу эволюционного родства. Некогда жил организм, которому было суждено стать общим предком всех современных животных (и, как это ни странно, грибов). Он был одноклеточным и двигался, вращая жгутиком, как сперматозоид. Его называют заднежгутиковым, но у него есть и более эффектное название – опистоконт, вполне достойное существа, сыгравшего столь значимую роль первопредка всех животных. Заднежгутиковые появились около 1,3 млрд лет назад, задолго до эдиакарского периода. Были ли они предками и тех существ, ископаемые остатки которых мы находим в эдиакарских отложениях? Если да, то по критериям родословного древа этих существ следует причислить к животным[45]. Если же заднежгутиковые составляли отдельную ветвь, то был какой-то более древний предок, общий для животных и эдиакарских организмов.

Какова бы, впрочем, ни была их родословная, эти эдиакарские существа по своим характеристикам не слишком напоминали животных. Они неподвижно сидели, вбирая в себя солнечные лучи, и, хотя двигаться они, по-видимому, умели, не похоже, чтобы особенно к этому стремились. После «эдиакарского сада» в ископаемой летописи появляются многочисленные свидетельства передвижения животных: они закапывались в песок, чтобы спрятаться, или бегали по морскому дну, однако для эдиакарского периода такие признаки бурной активности отсутствуют вовсе. Этот мир был застывшим – настолько застывшим, что у живших тогда существ отсутствовал обязательный в нашем представлении признак животного, а именно движение.

Нет никаких гарантий, что подобное развитие событий хотя бы отчасти повторится на ранних этапах эволюции жизни на какой-либо другой планете. И все же пока в нашей истории нет ничего особенно характерного именно для Земли. Солнечный свет (или свет звезды, вокруг которой вращается планета) скорее всего окажется наиболее легкодоступным и мощным источником энергии для поддержания жизнедеятельности. Эволюция может выработать разные способы использования этой энергии. На начальном этапе если не все, то многие планеты должны пройти через аналогичную фазу биоразнообразия, основанного, главным образом, на «бесплатном» свете их солнц.

Изгнание из рая

Внезапно все переменилось. То ли пляж переполнился любителями позагорать. То ли, что вероятнее, изменился климат, и неисчерпаемый бесплатный обед закончился. Какое-то существо стало получать энергию не от солнца или горячих вулканических источников, а путем поедания других живых организмов. В библейском повествовании Адам, Ева и все остальные существа, населявшие Эдемский сад, были вегетарианцами и вели беззаботную жизнь, пока их не изгнали из сада[46]; нечто похожее случилось и в нашей земной истории. Стоило хищничеству войти в моду, как эволюция рванула в ускоренном темпе: тех, кто не успевал приспособиться, съедали – в буквальном смысле. Появлялись всевозможные оборонительные и наступательные приспособления: защитные шипы и панцири, зубы, чтобы откусить от кого-то кусочек, глаза, чтобы выслеживать, кого кусать, – или следить, чтобы вас не укусил кто-то другой. За несколько десятков миллионов лет эдиакарский рай прекратил свое существование. Природа ощетинилась зубами и когтями, пусть пока еще и не обагренными кровью. Это уже были самые настоящие животные, которые бегали, плавали и рыли норы, спасая свою жизнь, в отличие от современных им растений, которые упорно сохраняли неподвижность и продолжали усваивать солнечный свет, стараясь по возможности устоять против неумолимого натиска травоядных.

Эта глава истории земной жизни в одних отношениях довольно специфична для нашей планеты, но в других отношениях, несомненно, абсолютно универсальна. Конечно, нельзя ожидать, что на другой планете повторится точно такая же последовательность и хронология событий, как та, что привела к кембрийскому взрыву на Земле. Тем не менее некоторые факторы неизменны. Для эволюции требуется давление отбора, конкуренция, ограниченность ресурсов. Идиллические сады вряд ли способны породить сложные формы жизни, наблюдаемые в наше время. Можно с уверенностью утверждать, что в любом месте Вселенной живым существам понадобятся, по меньшей мере, два ресурса: энергия и пространство. Энергия, потому что физические законы гласят, что без постоянного притока энергии системы распадаются и теряют упорядоченность – а это противоречит жизни. Пространство, потому что два организма занимают больше места, чем один, а размножение служит основой естественного отбора – единственного известного механизма, который способствует самопроизвольному зарождению сложности. Рано или поздно начнется конкуренция за энергию и пространство. Появление животных – существ, способных к передвижению ради конкуренции за ограниченные ресурсы, – практически неизбежно.

Универсальные животные

Проблемы, с которыми приходится иметь дело животным на Земле, универсальны. Раздобыть еду. Не быть съеденным самому. Найти место проживания. Оставить потомство. Может быть, жизнь на других планетах выработала иные решения этих проблем, альтернативные земным? Не ошибка ли это – делать столь далеко идущие обобщения и заявлять, что появление животных неизбежно во всей Вселенной? Думаю, нет. Один из профессоров, у которых я учился в Кембридже, палеонтолог Саймон Конвей Моррис был в числе первых ученых, подробно описавших древнейшие ископаемые остатки животных. Он настаивает, что эволюция часто приходит к аналогичным решениям одной и той же проблемы[47]. Крылья птиц и летучих мышей резко отличаются по строению, однако те и другие все-таки крылья. Глаза позвоночных совершенно непохожи на глаза насекомых, при этом у столь же дальних наших родственников, головоногих моллюсков, сформировались зрительные структуры, необычайно похожие на наши, и произошло это совершенно независимо.

Саймон Конвей Моррис допускал возможность существование чужой планеты, населенной разумными насекомоподобными организмами, чьи фасеточные глаза дают изображение с очень низким разрешением. Вполне возможно, что по мере их технического прогресса, когда у этих существ появится астрономия и они в конце концов построят телескопы, основанные на тех же физических принципах, что и земные, они поймут, что одиночная линза способна дать более четкое изображение, чем их собственные фасеточные глаза. Если они хорошие ученые, то вполне могут проявить определенную непредвзятость и выдвинуть гипотезу, что на другой планете (скажем, Земле) существуют животные с линзами (хрусталиками), а не с фасеточными глазами, как у них. И пусть эти инопланетные астрономы будут во многом отличаться от нас, они непременно обнаружат, что физические законы ограничивают их возможности так же, как и у нас на Земле, и что эти ограничения верны для любой планеты. Если инопланетные ученые с фасеточными глазами могут представить себе землян, обладателей хрусталиков, почему же мы не можем рассуждать об инопланетных животных, заметно отличающихся от нас?

Вероятно, диапазон эволюционных решений, осуществленных на нашей планете, не так уж далек, как нам кажется, от диапазона решений, существующих во всей Вселенной. Мы проявляем вполне понятную осторожность, стараясь не слишком обобщать наш чисто земной опыт, но вместе с тем нужна не меньшая осторожность, чтобы не перестараться с фантазиями на тему самых неправдоподобных инопланетных решений одних и тех же проблем. Если здесь на Земле мы видим, что использованы не все возможности, то это, вероятно, из-за того, что некоторые решения просто недоступны: они могут быть непрактичными, неэффективными или физически неосуществимыми – как известно, ни одно животное эволюция не снабдила колесами. Как говорит Конвей Моррис, «мы живем в ограниченном мире, где возможно не все».

Следовательно, с учетом вероятного сценария, по которому при усилении конкуренции (а значит, ускорении эволюции) движение может оказаться единственным практичным решением задачи добывания ресурсов, следует ожидать, что на любой планете, где развились сложные формы жизни, будут существа, способные двигаться. Тем не менее другие обитаемые планеты, возможно, невообразимо отличаются от нашей – там могут быть моря жидкого метана (как на Титане, спутнике Юпитера) или дожди из алмазов (которые, вероятно, идут на Уране и Нептуне). Можем ли мы быть уверены, что независимо от условий сумеем распознать в подвижных организмах этих миров именно животных? Скорее всего, да, потому что, каковы бы ни были физические различия между планетами, фундаментальные процессы везде одни и те же. Естественный отбор – наше общее наследие со всей жизнью во Вселенной. Конкретные решения проблемы, скажем, как именно передвигаться, безусловно зависят от условий на той или иной планете. Если эволюция действительно подталкивает живое на всех планетах к возникновению подвижных организмов, конкурирующих между собой, поможет ли нам это ответить на вопрос, что такое животное? Отчасти поможет. Не существует простого и однозначного решения вопроса, как следует классифицировать живые организмы – по их внешнему виду или по их происхождению. Стоит быть скромнее, оценивая нашу способность ответить на этот вопрос. Но если вам интересно, почему я разговариваю с пауками в ванной и почему мне хотелось бы поговорить с инопланетными животными, то могу сказать, что дело не в нашем общем происхождении, а в наших общих качествах – признаках, которые делают нас животными.

Вполне возможно, что в один прекрасный день мы обнаружим чужую планету, где жизнь все еще нежится в собственном эдиакарском раю, но основы будущего – с его движением, борьбой и суетой – будут там уже заложены. Законам, управляющим этим движением, как раз и посвящен следующий раздел.

4
Движение: шаги и парение в пространстве

У нас есть инстинктивный страх перед многоногими бегающими тварями. Неудивительно, что в научной фантастике инопланетяне, преследующие свою жертву, часто имеют множество ног или передвигаются, дергаясь, как на шарнирах. Мы боимся, что за нами погонится хищник, и небезосновательно. Чтобы выжить, нам нужно двигаться, равно как нашим жертвам или врагам. Но помимо движения как такового, что можно сказать о различных способах передвижения животных, которые могли бы существовать на других планетах? На первый взгляд понять, как могут передвигаться инопланетные животные, относительно несложно. Движение, по сути, физическое явление, а законы физики универсальны: силы, ускорение, вращающий момент, трение и прочее существуют на любой планете в любой звездной системе. Но мы все еще побаиваемся таких далекоидущих заявлений. Нет ли какого-нибудь нового способа передвижения, который до сих пор не приходил нам в голову? Возможно, есть планеты со столь необычными физическими свойствами среды, что мы даже представить не в состоянии, как в таких условиях могут передвигаться животные.

Вот почему начать обсуждение следует не с физических ограничений движения, а с эволюционных. Движение существует в животном мире исключительно из-за давления отбора. Мы двигаемся потому, что нам приходится это делать, а не потому, что обладаем такой способностью. Физические ограничения, безусловно, влияют на наш способ передвижения, а иногда даже на то, сможем ли мы двигаться вообще. Растения выживают в большинстве своем, не сдвигаясь с места. Но для подвижных животных движение вызвано необходимостью. Земные животные демонстрируют такое многообразие способов передвижения, что мы можем впасть в заблуждение, решив, будто и причин для того, чтобы двигаться, такое же множество. На самом деле это не так.

Зачем животные двигаются?

Разумеется, животные двигаются, чтобы добыть еду и чтобы самим не стать едой. Но в целом можно выделить три основных мотива движения – ресурсы, которые всюду ограниченны, а именно: энергия, пространство и время.

Первые формы жизни на Земле, сохранившиеся в ископаемом состоянии, обычно считаются неподвижными. Эти древние окаменелости возрастом не менее 3 млрд лет настолько похожи на современные структуры, именуемые строматолитами, что их образование обычно объясняют деятельностью тех же существ – примитивных бактерий, которые получают энергию от солнца и растут в виде матов, поднимающихся из воды по мере того, как новые слои бактерий разрастаются поверх предыдущих. Такие бактерии не «двигаются» в смысле, привычном для животных, но колония в целом растет вверх, поскольку осаждение со временем песка и мертвой органики перекрывает им доступ к солнцу – их источнику энергии. Поэтому даже древним бактериям для добычи энергии требовалось движение – так дерево растет вверх, чтобы его не затеняли конкуренты.

Чужие миры могут располагать источниками энергии, незнакомыми или по крайней мере нетипичными для Земли. Океаны, расположенные под поверхностью, как на Энцеладе, спутнике Сатурна, не получают солнечного света, но энергии там предостаточно. Частично ее обеспечивает нагрев от радиоактивного распада элементов в ядре планеты, но часть энергии дает приливное трение – мощная сила гравитации Сатурна то притягивает, то отпускает фрагменты скалистого ядра и залегающую под ледяной поверхностью воду. Эти миры вполне могут быть обитаемы, и если это так, то обитающим там живым существам придется изобретать способ отыскивать и использовать эти непривычные для нас источники энергии.

Жизнь нуждается в энергии, и, если энергия распределена неравномерно, организму приходится отправиться на ее поиски. Конечно, солнечный свет, как правило, доступен на Земле всюду, поэтому фотосинтезирующим организмам для получения энергии незачем двигаться – разве только расти вверх. Однако, когда все живое конкурирует за единственный источник энергии (Солнце), эволюция начинает интересоваться альтернативными стратегиями. Организму, который дожидается, пока бактерия соберет солнечную энергию, а затем пожирает бактерию, незачем конкурировать за солнечный свет; что-то подобное произошло на Земле, по-видимому, еще на заре жизни. Подобной эксплуатации одних организмов другими следует ожидать на любой планете, где есть жизнь.

Какой именно организм первым начал поедать бактериальные маты, неясно. Конечно, точно известно, что на ископаемых бактериальных матах имеются древние отпечатки извилистых следов, которые предположительно указывают на то, что кто-то прогрызал себе путь в их поверхности. Многие годы считалось, что эти странные следы оставили древние животные, которые ползали по живому ковру, поедая по пути бактерии. Возможно, так и было, но само животное в ископаемом состоянии так и не нашли, поэтому ученые предполагали, что это еще одно таинственное мягкотелое существо эдиакарской биоты, не имевшее минерального скелета или раковины, которые могли бы сохраниться в палеонтологической летописи. Предполагали даже, что это какой-нибудь древний предок современных животных, например улиток. Но недавно ученые обнаружили необычайно похожие следы на песчаном дне Карибского моря у Багамских островов. Когда они двинулись по следам, их ожидало удивительное открытие: эти отпечатки оставляла гигантская одноклеточная амеба размером с крупную виноградину. Неважно, походили ли на нее древние организмы, поедавшие бактериальные маты, – сам факт стал важным напоминанием о том, что для умения двигаться не обязательно быть животным (в современном понимании этого термина) и что это умение восходит к древнейшим и простейшим одноклеточным организмам.

Здесь в игру вступает элементарная геометрия. Как только кто-то начинает употреблять в пищу неподвижный ресурс, он вынужден научиться двигаться. Если такой организм выедает пищу быстрее, чем она растет, ему нужно передвигаться на новое место, чтобы найти новую еду, иначе он погибнет. Если же пища вырастает быстрее, едок будет столь успешен и оставит так много потомства, что рано или поздно (и это непременно случится) ресурсы пищи, не выдержав соревнования со все увеличивающимся количеством детей, внуков и правнуков, все равно истощатся. И кому-то придется пуститься в путь на поиски своего счастья. Простой и жестокий закон эволюции состоит в том, что количество энергии ограниченно, а дефицит энергии толкает организмы на то, чтобы изобрести способы добыть новую энергию. Движение обязательно должно возникнуть. Инопланетные существа просто обязаны научиться передвигаться.

Если вы все еще не убеждены в неизбежности движения, давайте рассмотрим другой ресурс, ограниченный во всей Вселенной, – пространство. С размножением организмов появляются новые особи, и эти особи материальны – они занимают определенное пространство. Даже растения в некотором смысле «передвигаются», распространяя семена и захватывая новые места для своих потомков. Если бы никто не двигался, новым особям просто не нашлось бы места, и эволюция на этом прекратилась бы. Жизнь могла бы просуществовать довольно долго, если бы организмы были неизменными и бессмертными, но у таких организмов никогда бы не развились новые признаки, способности или свойства.

Итак, где бы организмы ни обитали, им нужно передвигаться в поисках пространства и энергии. Но именно этот фактор порождает многообразие способов передвижения на Земле и обязательно должен проявляться на других планетах. Пространство от вас никуда не убежит. А вот энергия может. Мы уже убедились, что животные эдиакарского периода, по-видимому, вели более или менее мирное сосуществование и хищничество у них было развито недостаточно для того, чтобы эволюция породила какие-либо виды защитной брони вроде панцирей или шипов. Среди ученых нет согласия в том, могла ли подобная ситуация длиться вечно. Возможно, понадобился какой-то триггер окружающей среды – изменение температуры океанов или уровня кислорода, – вызвавший у одного животного соблазн откусить кусочек от другого.

Возможно, для того, чтобы в ходе эволюции появились сложные животные, которые плавают, кусаются, жалят и прячутся, необходимо очень специфическое стечение обстоятельств[48]. Однако альтернативная гипотеза гласит, что подобный ход развития неизбежен при условии, что времени будет достаточно – возможно, его понадобится очень много, но в конце концов обязательно должны возникнуть охотники и дичь[49]. В пользу этой гипотезы говорит то, что идиллический эдиакарский сад представляется нестабильным – как монета, поставленная на ребро. Да, он мог бы существовать вечно, но в реальности достаточно совсем незначительных пертурбаций, чтобы он разрушился – и не смог восстановиться. В эволюционном смысле выбор очевиден: если кто-то к вам подбирается, вас могут съесть, и возможность убежать становится крайне полезной.

Эволюционное стремление добычи спастись от хищников, а хищника – поймать добычу завязаны в порочный круг, часто именуемый эволюционной гонкой. Если антилопа быстрее гепарда, она выживет, чего нельзя сказать о гепарде. Поэтому хищники должны ускоряться сами, тогда антилопы, в свою очередь, оказываются под мощным давлением отбора на скорость, и т. д. Где же предел? Может ли существовать планета, на которой хищники и их добыча бегают со сверхзвуковой скоростью? Возможно ли, что предела нет, и животные будут ускоряться, пока не достигнут скорости света? Разумеется, это невозможно.

Одно из самых фундаментальных правил естественного отбора – будь то на Земле или в любом другом месте Вселенной – необходимость сохранения баланса между выгодами и издержками. Усовершенствование способностей в одной области неизменно сокращает возможности в другой. На элементарном уровне запас энергии ограничен, и эту энергию можно использовать либо для того, чтобы быстрее разгоняться, либо на производство потомства. Нетрудно представить, что в мире, где гепарды и антилопы расходуют всю энергию на быстрый бег, особь, которая бегает чуть медленнее, но оставляет больше потомства, получит преимущество. В конечном итоге в игру рано или поздно вступят другие ограничения и нивелируют преимущества чересчур развитых признаков. Если такие признаки все же обнаруживаются, то лишь потому, что баланс выгод и издержек очень сильно смещен в одну сторону, например, в случае, если затраты животного на такой феноменальный разгон невероятно малы или угроза от хищников невероятно велика.

Мысленный эксперимент на тему возможности появления сверхзвуковых антилоп на другой планете служит иллюстрацией к другому важному принципу естественного отбора: на каждой ступени эволюционного пути должны накапливаться осязаемые выгоды. Достичь сверхзвуковых скоростей – особенно непростая задача, потому что при приближении к звуковому барьеру в любой среде, в которой вы передвигаетесь (на Земле это обычно воздух или вода), возникает ударная волна, которая рассеивает большую часть энергии, используемой животным. Поэтому еще до того, как вы достигнете сверхзвуковой скорости, ваше движение становится крайне неэффективным – большая часть усилий уйдет в ударные волны, а не в ускорение. Конечно, человеческие инженеры это рассчитали и догадались, что стоит только перейти звуковой барьер, как затраты оправдают себя; именно это и сделал в 1947 г. Чак Йегер на самолете Bell X-1 с ракетным двигателем. Но естественный отбор не знает «что будет, если», он не обладает предвидением. Если животному невыгодно мчаться со скоростью, близкой к скорости звука, оно никогда не сможет двигаться быстрее звука.

На Земле скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с – это более чем десятикратно превышает предельную скорость гепарда и даже втрое больше скорости, с которой падает камнем сокол-сапсан, самое быстрое животное на планете. Но двигаться в воздухе гораздо легче, чем в воде. Скорость рыбы-парусника – 30 м/с – сопоставима со скоростью гепарда, но скорость звука в воде 1500 м/с, так что на нашей планете морские животные еще дальше от сверхзвуковых скоростей. Чем плотнее жидкость или газ, тем больше сопротивление среды и тем меньше вероятность, что животное когда-либо разовьет сверхзвуковую скорость. Даже на других планетах, где жизнь может существовать в иных жидких средах (например, метане), шансы на появление сверхзвукового существа, по-видимому, ничтожны. Единственный известный способ двигаться быстрее звука – за счет реактивной тяги в газообразной среде – мог бы быть и единственным возможным эволюционным путем для животных. Но их эволюция и в этом случае была бы ограничена необходимостью получать реальный прирост пользы на каждом этапе, при каждом приращении скорости. Иначе такая способность появиться не может.

Что значит быть подвижным животным

Дабы убедиться в том, что мы составили полный список всех возможных способов передвижения животных на других планетах, нам нужен строго системный подход. Чтобы понять, как возникли приспособления, позволяющие преодолевать конкретные трудности, можно использовать земные примеры. Что касается способов передвижения, наблюдаемых на Земле, – а к ним, вполне вероятно, сводится большинство возможных вариантов, – можно рассмотреть, как эти способы возникли в ходе эволюции, какие факторы окружающей среды сделали их полезными для тех или иных животных и почему их эволюция не пошла дальше. Это позволит нам составить хорошее представление о возможных способах передвижения на других планетах и о том, в силу каких условий одни из них получают преимущество над другими. К счастью, факторы, ограничивающие эти способы, весьма просты и привязаны к законам физики, которые, разумеется, одинаковы на всех планетах.

Исаак Ньютон заявил, что ускорения не бывает без силы, и этот элементарный факт лежит в основе всего движения животных. Если вы не приложите силу, вы не сможете прийти в движение. Это очевидно, когда вы наблюдаете, как утка на замерзшем пруду отчаянно загребает по льду лапами, не в состоянии двинуться с места, но уже не столь очевидно, когда утка расправляет крылья и взлетает, как будто не задумываясь о том, к чему именно она прикладывает силу. В действительности контраст между движением по твердой поверхности и движением в неплотной среде наподобие воды или воздуха – ключ к нашей классификации гипотетических способов передвижения.

Начнем с некоторых определений и базовых разграничений. Пространство либо заполнено чем-то, либо нет. Оставим пока вопрос о движении в вакууме и подумаем, чем может быть заполнено пространство, в котором нужно передвигаться. Может понадобиться пройти сквозь твердую среду, если вы крот или дождевой червь, – к этому мы вернемся позже, поскольку вопрос, действительно ли кроты и дождевые черви передвигаются в «твердой» среде, не столь однозначен, как кажется. Но если вещество, заполняющее пространство, не твердое, то оно может быть только текучим. Движение, как правило, происходит в текучих средах, и понятно почему (в них двигаться легче, чем в твердых). Термин «текучий» относится ко всему, что течет, – то есть среда обтекает вас, когда вы движетесь сквозь нее, и это существенно упрощает движение. Как жидкости, так и газы текучи, пусть в быту мы и применяем это слово только к жидкостям, а не к газам. Но газы, безусловно, обтекают движущееся тело, и для обсуждаемой нами проблемы это имеет важное значение.

Между жидкостью и газом существуют два основных отличия. Во-первых, жидкости обычно (хотя и не всегда) более вязкие и плотные, чем газы. Они больше сопротивляются движению, что может быть как неблагоприятным (замедляет движение), так и полезным фактором, поскольку жидкость обеспечивает опору, от которой можно оттолкнуться. Задумайтесь, как просто плавать в воде и насколько сложнее сдвинуться с места, просто размахивая руками в воздухе! Второе различие состоит в том, что газы расширяются, стремясь заполнить полость, в которой они находятся, а жидкости скапливаются на дне. Из этого правила есть исключения, но сам принцип важен – он подразумевает, что у жидкости чаще всего имеется поверхность, и граница между поверхностью океана и воздухом над ней, как мы теперь знаем, сыграла чрезвычайно важную роль в эволюции жизни на Земле.

Если вы животное, обитающее в текучей среде наподобие водной, у вас есть три возможности: всплывать, тонуть или обладать как раз такой степенью плавучести, чтобы оставаться на месте, не всплывая и не опускаясь на дно. Если ваша плотность выше плотности воды, то вы скорее всего утонете, и, если ничего не предпринимать, в конце концов опуститесь на дно. В таком случае ваша задача – передвигаться на границе твердой и текучей среды, как поступают крабы, морские звезды и все остальные донные организмы. То же относится к животным окружающего нас мира – собакам, кошкам, людям. Все они передвигаются на границе твердой среды (почвы) и текучей (воздуха). Разумеется, мы исходим из того, что основная сила на планете – гравитация. Есть веские основания полагать, что это так: прежде всего, гравитация – единственная фундаментальная сила, которая успешно работает на средних расстояниях. Можно допустить, что на маленькой планете (у которой, соответственно, небольшая сила притяжения) с мощным магнитным полем, населенной множеством форм жизни, биохимия которых основана на железе, объекты могут притягиваться практически в любом направлении. На такой планете «вниз» не обязательно означает «к центру планеты», как на Земле, где мы привязаны к поверхности. Вместо этого магнитное поле в одних точках планеты будет тянуть животных вверх, в других вбок – там не будет понятий верха и низа в абсолютном смысле! Однако сила магнитного поля, которая понадобится, чтобы удержать наши гипотетические формы жизни на поверхности, будет настолько велика, что разорвет любые сложные молекулы, стоит им образоваться. Поэтому, хотя следует учитывать и причудливые варианты, нам все же лучше ограничиться рассмотрением планет, где основная сила – гравитация.

Некоторых животных тянет вниз, но они сопротивляются этому. Самый очевидный пример – птицы. В полете они движутся сквозь текучую среду, удерживаясь в воздухе, но это для них не естественное состояние – если они перестанут сопротивляться, они упадут. Многие морские животные сталкиваются с той же проблемой, хотя, если они перестанут держаться на плаву, для них это не так опасно, как для птиц, поскольку плотность их тела гораздо ближе к плотности воды, а вода более вязкая, чем воздух. Осьминоги, например, обычно ходят по морскому дну с помощью «ног», но в случае необходимости умеют также использовать реактивную струю для быстрого плавания под водой, не касаясь дна.

Отметим, что большинство видов, способных преодолеть силу притяжения планеты, пользуются этой способностью лишь время от времени – по-видимому, это куда более энергозатратно, чем покориться законам физики и двигаться по нижней границе своей среды. Любому, кто наблюдал, как неторопливо кормятся в поле воро́ны, известно, насколько неохотно они взлетают. Но это характерно не для всех животных. Некоторые (в основном микроскопические) существа проводят всю жизнь, стремясь удержаться на плаву. Они используют крошечные реснички вокруг своего тела как множество весел, постоянно размахивая и загребая ими в борьбе с неумолимой силой гравитации. Благодаря их малому размеру энергозатраты не так велики и явно окупаются преимуществами жизни в толще воды, а не в придонном иле. На планетах меньшего размера с меньшей гравитацией животные, плавающие в толще воды, могут быть более крупными и многочисленными.

У других животных плотность тела меньше плотности текучей среды обитания, поэтому они держатся на плаву. На Земле это преимущественно водные животные, дышащие воздухом, например тюлени, которым выгодно затрачивать меньше энергии при всплывании, чем при нырянии. Для них мир перевернут. Как птицы в воздухе, они, перестав махать ластами, «упадут» вверх к поверхности воды. Их движения сходны с движениями птиц, стремящихся удержаться в воздухе, только тюлени стремятся удержаться не наверху, а внизу.

Для животных, не дышащих воздухом, всплывать подобным образом так же нежелательно, как для птиц падать с неба. Однако некоторые все же всплывают. Как ни странно, шестижаберная акула, похоже, обладает положительной плавучестью, и предполагается, что она использует свою способность бесшумно всплывать, чтобы атаковать добычу снизу. Среди животных, не дышащих воздухом, есть, однако, и такие, которые приспособились плавать на поверхности, потому что им выгодно обитать на границе между водой и воздухом, и здесь самый известный пример – португальский кораблик. Это медузоподобное существо использует пузырь, наполненный газом, чтобы держаться на поверхности, где оно кормится мальками рыб и планктоном в местах их скопления. Но кораблик умеет только дрейфовать. Он прикован к границе между средами, как, например, слон, но, в отличие от слона, он неспособен целенаправленно передвигаться по этой границе.

Многие морские создания, в первую очередь рыбы, обладают нейтральной плавучестью – они стремятся достичь той же плотности тела, что и окружающая их жидкая среда, чтобы не всплывать и вместе с тем не тонуть. Обычно они управляют своей плавучестью с помощью особых тканей, насыщенных жиром, которые легче окружающей жидкости, или специализированных органов, наполненных газом, которые компенсируют вес более тяжелых частей тела. Эти животные обладают самой большой свободой передвижения. Они могут двигаться вперед и назад, и единственным ограничением служит трение и сопротивление текучей среды, сквозь которую они плывут. Но у них есть и куда более удивительная способность: во время движения, когда окружающая вода обтекает их тело, они могут перенаправлять этот поток, например, с помощью плавников, и двигаться вверх, вниз, в стороны. Таким образом, поступательное движение в текучей среде открывает возможности двигаться в любом направлении, в том числе поворачиваться. Это плавное динамическое движение необычайно эффективно, что объясняет акробатические трюки летучих мышей и мурмурации (причудливые «воздушные танцы») огромных стай скворцов, которые используют воздушные потоки, а не водные – равно как и всех рыб от анчоусов до данио, а также дельфинов, чьи способности к водным маневрам вызывают головокружение у человека-наблюдателя.

Как только животное с нейтральной плавучестью начинает двигаться в текучей среде, оно становится крайне восприимчиво к мельчайшим изменениям направления потока, и его движение становится неустойчивым. Эволюция в этом случае должна выработать какие-то средства стабилизации, например плавники. Их, в свою очередь, несложно приспособить для того, чтобы перенаправлять этот поток текучей среды и обеспечивать маневренность. Трудно вообразить, что только на Земле животные обнаружили колоссальные преимущества динамического движения в текучей среде, так что иные планеты, наверное, кишат – ну, пусть не рыбой, но какими-то животными с похожим способом передвижения.

Передвижение в различных текучих средах

Нейтральная плавучесть и движение в пределах одной среды

Если вы обитаете в пределах лишь одной текучей среды – воды, воздуха, жидкого метана, вам понадобится прилагать силу в отсутствие твердой опоры. Маховые или загребающие движения дают некоторую силу, и, разумеется, большинство животных так и поступает. Отталкивая текучую среду назад, можно получить силу, толкающую вперед. Но точные механизмы плавания животных в подвижной среде невероятно сложны и, как ни удивительно, зачастую еще не до конца понятны. Рассмотрим, например, человека в бассейне. Если вы руками оттолкнете воду назад, вы создадите силу, которая потянет вас вперед, но что дальше? Чтобы сделать следующий гребок, вам придется вытянуть вперед руки, но это создаст силу, тянущую назад, так что в результате вы не сдвинетесь с места. Конечно, вы скоро освоите плавание брассом, при котором, меняя конфигурацию рук, можно уменьшать эту силу по сравнению с силой гребка. Как вариант – выучиться плавать кролем, когда руки выносят вперед в воздухе, а не в воде, уменьшая тем самым тянущую назад силу.

Летающие и плавающие животные используют похожие приемы, меняя конфигурацию органа, создающего силу (крыла, плавника и т. д.), так что силы не нейтрализуют друг друга. Но выигрыш часто бывает ничтожным. Знаменитое (правда, ошибочное) утверждение гласит, что по законам физики шмель не может летать, но поскольку он не знает законов физики, то все же летает. На самом деле большинство насекомых, птиц и рыб не смогли бы летать или плавать только за счет маховых движений крыльев или плавников. Но им это удается, поскольку они используют огромный арсенал маленьких хитростей в отношении динамики подвижной среды, чтобы увеличить прилагаемую силу. В частности, многие животные, использующие динамику текучей среды, при движении создают вихри, вроде тех небольших водоворотов, которые возникают, когда вы делаете гребок в бассейне. Они – побочный результат движения, производящего силу. В местах завихрений движение среды ускоряется, и можно «поймать» эти вихри, чтобы получить небольшой дополнительный толчок вперед. Многие рыбы плавают, симметрично изгибая хвост из стороны в сторону, и его конфигурация не меняется (в отличие от рук человека, плывущего брассом). Как в таком случае получается устойчивая сила тяги, заставляющая тело двигаться вперед? И в этом случае ответ кроется в создаваемых вихрях, но только благодаря новейшим исследованиям с использованием методов моделирования движения частиц воды позади рыбы удалось понять, насколько завихрения среды важны для движения животных[50]. Когда хвост рыбы изгибается из стороны в сторону, он создает вращающиеся кольца воды, наподобие колец дыма из трубки. Эти кольца периодически меняют направление вращения и толкают рыбу вперед.

Движение в текучей среде (будь то жидкость или газ) представляется правдоподобным сценарием для иных планет, но задача получить достаточно сильную суммарную тягу вперед напрямую зависит от свойств этой среды. Завихрения образуются в любой текучей среде, и, поскольку других возможностей летать для шмеля не существует, естественный отбор скорее всего придет к аналогичным решениям и на других планетах. Инопланетные пчелы будут жужжать так же, как наши.

Помимо очевидных гребных движений крыльев птиц и насекомых либо плавников рыб, есть и другие способы передвигаться в текучей среде. Как уже упоминалось, микроскопические существа могут использовать покров из мелких волосков, так называемых ресничек, скоординированное биение которых и обеспечивает продвижение в воде. В основном этот способ пригоден лишь при очень малых размерах, однако загадочные гребневики (одна из древнейших форм животных; они похожи на медуз, но не приходятся им близкими родственниками) используют набор колеблющихся ресничек для плавания, правда достаточно медленного (1–2 см/с).

Еще больше впечатляет реактивное движение кальмаров, осьминогов и «живых ископаемых» наутилусов. Выбрасывая назад на большой скорости струю воды, они создают резкую тягу вперед, что позволяет умчаться от хищников. Но в то время, как наутилусы используют реактивную струю постоянно, кальмары и осьминоги двигаются так лишь в крайнем случае – реактивное движение кажется невыгодным по сравнению с гребными движениями рыб и птиц. Однако реактивная струя, подобная той, которую выбрасывают кальмары, использовалась их родственниками, аммонитами, которые были чрезвычайно широко распространены в древних морях на протяжении более 300 млн лет. При подходящих условиях использование реактивной струи, вероятно, вполне целесообразный способ передвижения на любой планете.

Текучие среды редко бывают неподвижными. Прежде всего, разницы температур, которые могут возникать из-за нагрева от солнца сверху или разогретых пород снизу, дают различия в плотности и давлении, в результате чего появляются течения, переносящие газ или жидкость с места на место. Животные могут отдаться на волю течения, позволяя ему нести их куда угодно, и многие планктонные организмы и другие морские существа поступают именно так. Но собственное движение среды, как ни странно, можно еще использовать и для получения сил, направленных в другие стороны, что позволяет животному двигаться, не прилагая значительных усилий.

Птицы, как известно, тяжелее воздуха, и потому их тянет вниз, что грозит им катастрофой. Но птицы умеют изменять угол наклона крыла таким образом, что восходящий поток создает подъемную силу, уравновешивающую вес птицы. Чудесным образом они приобретают «нейтральную плавучесть», совсем как рыбы. Эта подъемная сила, создаваемая потоком воздуха, и есть та сила, благодаря которой держатся в воздухе самолеты, – я это упомянул на тот случай, если вас интересует, почему сопла самолета направлены не вниз, а назад (многие рано или поздно задаются этим вопросом). Движение вперед создает воздушные потоки над крыльями, которые создают подъемную силу.

Необходимость держаться в воздухе при планировании несколько ограничивает возможности птицы произвольно менять направление полета, но помимо того, что поток воздуха обеспечивает подъемную силу, птицы умеют менять конфигурацию своих крыльев, чтобы создавать силу, направляющую их полет влево или вправо, – ведь и дельтапланерист до определенной степени может управлять полетом. Рыбы и насекомые затрачивают немало энергии, чтобы создать поток текучей среды над своими плавниками или крыльями, но альбатрос пользуется непрерывными воздушными потоками не только для того, чтобы парить над морем, но и для перелетов.

В этом разделе я хотел подчеркнуть, насколько непросто двигаться в текучей среде – и дело не в специфике текучих сред, характерных для Земли, а в том, что столь ненадежная подвижная среда не обеспечивает точки опоры. С другой стороны, преимущества жизни в текучей среде огромны: она гораздо меньше препятствует движению, чем твердая. Поэтому у животных возникли разнообразные способы использования текучей среды себе на благо. Насекомые летают – иногда с трудом, но всегда довольно эффектно, дельфины стремительно плавают и резвятся, выпрыгивая из воды, медузы неспешно передвигаются ритмичными толчками, а аммониты когда-то рассекали моря, выбрасывая струи воды. Нельзя быть до конца уверенными, что животные исчерпали все возможные техники передвижения в текучей среде, однако, похоже, земные текучие среды (главным образом вода и воздух) не обладают никакими специфическими свойствами, которые привели бы к появлению особых стратегий передвижения, характерных именно для этих сред. Нельзя, конечно, исключать возможность, что в других мирах существуют неизвестные нам способы движения, но можно быть уверенными, что по крайней мере некоторые из способов, наблюдаемых на Земле, встречаются и на других планетах.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию 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.

Сноски

1

Таскер Э. Фабрика планет: Экзопланеты и поиски второй Земли. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019.

Вернуться

2

Кларк А. 2001: Космическая одиссея. – М.: Эксмо, 2018.

Вернуться

3

Кларк А. Черты будущего. – М.: Мир, 1966.

Вернуться

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).

Вернуться

5

Цит. по: Тит Лукреций Кар. О природе вещей / Пер. с лат. Ф. Петровского.

Вернуться

6

Докинз Р. Слепой часовщик / Пер. с англ. А. Гопко. – М.: CORPUS, 2015.

Вернуться

7

Деннет Д. Опасная идея Дарвина: Эволюция и смысл жизни / Пер. с англ. М. Семиколенных. – М.: Новое литературное обозрение, 2020.

Вернуться

8

Докинз Р. Эгоистичный ген / Пер. с англ. Н. Фоминой. – М.: АСТ; CORPUS, 2013.

Вернуться

9

Помимо этой книжки, написанной весьма доступным языком и предназначенной для широкого круга читателей, Маундер был известен своим стремлением популяризировать астрономию. Вместе со своей женой Анни Расселл, которая также занималась астрономией и окончила Гертон-колледж в Кембридже в эпоху, когда женщинам не разрешалось получать ученые степени, он основал Британскую астрономическую ассоциацию – в пику Королевскому астрономическому обществу, куда женщины не принимались.

Вернуться

10

Стивен Дик [ред.]. Последствия открытия внеземной жизни (The Impact of Discovering Life Beyond Earth by Steven J. Dick (ed.)).

Вернуться

11

Песня группы The 5th Dimension, 1969. – Прим. пер.

Вернуться

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».

Вернуться

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.

Вернуться

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»).

Вернуться

15

Хокинг С. Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр. – М.: АСТ, 2018.

Вернуться

16

Для последовательности в 20 букв, если использовать 26 возможных букв латинского алфавита плюс знак пробела, количество возможных комбинаций 27²⁰ = 42 391 158 275 216 203 514 294 433 201.

Вернуться

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.

Вернуться

18

Джон Мейнард Смит. Теория эволюции (The Theory of Evolution by John Maynard Smith).

Вернуться

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).

Вернуться

20

Графическая модель эволюции в виде карты. Термин и модель предложены американским биологом С. Райтом (1931) (БСЭ). – Прим. ред.

Вернуться

21

Хойл Ф. Черное облако / Пер. с англ. Д. А. Франк-Каменецкого // Сб. НФ. № 4. – М.: Знание, 1966.

Вернуться

22

The Big Bang – более точный перевод этого термина – «Большой хлопок».

Вернуться

23

Цит. по: Хойл Ф. Черное облако / Пер. с англ. Д. А. Франк-Каменецкого // Сб. НФ. № 4. – М.: Знание, 1966.

Вернуться

24

http://bats.org.uk – краудсорсинговый проект наблюдений за нетопырями.

Вернуться

25

Мэтт Уилкинсон. Беспокойные создания: История жизни в десяти движениях (Restless Creatures: The Story of Life in Ten Movements by Matt Wilkinson, 2016).

Вернуться

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).

Вернуться

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).

Вернуться

28

Согласно наиболее распространенной гипотезе резкое изменение химического состава атмосферы и океанов на рубеже перми и триаса, вероятнее всего, было вызвано всплеском вулканической активности. Об этом много писали, в том числе и российские ученые (например: Журавлев А. Сотворение Земли. – М.: Альпина нон-фикшн, 2019). – Прим. науч. ред.

Вернуться

29

Майкл Бентон. Когда жизнь чуть не погибла: Величайшее массовое вымирание всех времен (When Life Nearly Died: The Greatest Mass Extinction of All Time by Michael J. Benton, 2003).

Вернуться

30

Прекрасный обзор движущих сил эволюции на Земле можно найти в книге «Слепой часовщик» Ричарда Докинза.

Вернуться

31

Популярное изложение вопросов пола и эволюции человека можно найти в книге: Ридли М. Секс и эволюция человеческой природы. – М.: Эксмо, 2011.

Вернуться

32

Имеется в виду, что у нас есть ядерная ДНК (которая наследуется от обоих родителей), а есть митохондриальная ДНК (только от матери). Однако существует применяемая для лечения некоторых генетических болезней технология митохондриального донорства, когда яйцеклетка матери получает митохондрии от другой женщины – донора. В этом случае ребенок действительно имеет ДНК от трех родителей – отца и двух матерей. – Прим. науч. ред.

Вернуться

33

Саймон Конвей Моррис. Решение жизни.

Вернуться

34

Из более специализированной литературы можно прочитать: Чарльз Кокелл. Астробиология: Изучение жизни во Вселенной (Astrobiology: Understanding Life in the Universe by Charles S. Cockell, 2020), но достаточно много и популярных книг на эту тему, например: Лукас Джон Микс. Жизнь в космосе: Астробиология для всех (Life in Space: Astrobiology for Everyone by Lucas John Mix, 2009).

Вернуться

35

Статуты штата Кентукки, новая редакция [KRS 446.010 (2)].

Вернуться

36

Сюзанн Гибсон. Животное, растение, минерал? Как наука XVIII в. нарушила естественный порядок вещей (Animal, Vegetable, Mineral? How Eighteenth-Century Science Disrupted the Natural Order by Susannah Gibson, 2015).

Вернуться

37

Мелвилл Г. Моби Дик / Пер. с англ. И. Берштейн.

Вернуться

38

Иона 1:17; в церковнославянском и русском переводах – «кит». – Прим. пер.

Вернуться

39

https://www.nonhumanrights.org/blog/hercules-leo-project-chimpssanctuary/.

Вернуться

40

Это относится только к так называемым высшим грибам. Например, у хитридиевых грибов споры вполне могут плавать с помощью жгутиков. – Прим. науч. ред.

Вернуться

41

Популярная цитата из поэмы Альфреда Теннисона «Памяти А. Г. Х.», гл. 56 (1849). Канонический русский перевод поэмы отсутствует. – Прим. пер.

Вернуться

42

Гипотезы, объясняющие природу эдиакарской фауны и тип питания ее представителей, весьма многочисленны. Гипотеза Макменамина, о которой говорит автор, – далеко не единственная из них. Некоторые представители эдиакарской фауны, по-видимому, жили слишком глубоко в воде, чтобы использовать фотосинтез, и должны были питаться другими способами. – Прим. науч. ред.

Вернуться

43

Марк Макменамин. Эдиакарский сад: Открытие древнейших сложных организмов (The Garden of Ediacara: Discovering the First Complex Life by Mark A. S. McMenamin, 2000).

Вернуться

44

В книге Ричарда Форти «Жизнь: Неавторизованная биография» (Life: An Unauthorised Biography by Richard Fortey, 2008) дается широкий и весьма доступный обзор истории жизни на Земле, хотя и не затрагивается целенаправленно проблема происхождения жизни. Подробнее эта тема изложена в более специализированной книге Джона Мейнарда Смита и Эрша Сатмари «Истоки жизни: От зарождения жизни до происхождения языка» (The Origins of Life: From the Birth of Life to the Origins of Language by John Maynard Smith and Eors Szathmary, 2000).

Вернуться

45

В 2018 г. принадлежность эдиакарской фауны к опистоконтам (причем к той их ветви, что близка к животным) была подтверждена исследованиями химических маркеров, сохранившихся в ископаемых остатках. Таким образом, поставленный здесь автором вопрос на данный момент решен. См. например, https://elementy.ru/novosti_nauki/433336/. – Прим. науч. ред.

Вернуться

46

Быт 1:29: «И сказал Бог: вот, Я дал вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя; – вам сие будет в пищу».

Вернуться

47

Саймон Конвей Моррис. Решение жизни.

Вернуться

48

Питер Уорд и Дональд Браунли. Уникальная Земля: Почему сложные формы жизни нетипичны для Вселенной (Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe by Peter D. Ward and Donald Brownlee, 2003).

Вернуться

49

Дирк Шульце-Макух и Уильям Бейнс. Космический зоопарк: Сложные формы жизни во множестве миров (The Cosmic Zoo: Complex Life on Many Worlds by Dirk Schulze-Makuch and William Bains, 2017).

Вернуться

50

Подробное описание этого эффекта приводится в книге Мэтта Уилкинсона «Беспокойные создания», глава 4.

Вернуться