«Путеводитель зоолога по Галактике»

Мы видели инопланетян в кино, читали про них в книжках, сражались с ними в видеоиграх, а возможно, когда-нибудь встретимся и вживую. А пока, опираясь на биологические законы, мы можем предположить, как внеземные формы жизни могут выглядеть и какой образ жизни вести. В книге «Путеводитель зоолога по Галактике: Что земные животные могут рассказать об инопланетянах — и о нас самих» (издательство «Альпина нон-фикшн»), переведенной на русский язык Марией Елиферовой, зоолог Арик Кершенбаум рассказывает, как применить знания об эволюции и устройстве жизни, чтобы рассуждать о существах с других планет. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с фрагментом, в котором рассказывается, почему на другой планете животные, скорее всего, тоже будут подвижными.

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. 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. 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.

Подробнее читайте:
Кершенбаум, А. Путеводитель зоолога по Галактике: Что земные животные могут рассказать об инопланетянах — и о нас самих / Арик Кершенбаум ; Пер. с англ. — М.: Альпина нон-фикшн, 2022. — 412 с.