Владыки вечности

Великие черви «Дюны» глазами зоологов

Экономика вселенной «Дюны» держится на гигантских песчаных червях — самых впечатляющих созданиях на планете Арракис. Эти существа, которых местные жители называют «Шаи-Хулуд» (от арабского словосочетания «вечная вещь» или персидского «владыка вечности»), продуцируют «пряность» — психоактивное вещество, необходимое для межзвездных перелетов. Автор эпопеи Френк Герберт не слишком заботился о биологической или экологической непротиворечивости своей вселенной, но тем интереснее разобраться, каких реальных существ зоолог может увидеть в этих пустынных «китах» и как устроена экосистема, в которой они живут.

Из червя и миноги

Как устроены и как живут песчаные черви эпопеи Герберта — на этот вопрос мы будем отвечать, опираясь на текст «Дюны», но даже в большей мере — на книгу «Энциклопедия Дюны». Первое издание этой энциклопедии вышло в 1984 году под редакцией профессора-филолога Уиллиса Макнелли, который привлек к работе над ней многих специалистов в разных областях знания. Из нее мы знаем, что великие черви имеют длинное сегментированное тело и ротовую воронку, усеянную кристаллическими зубами.

Размеры червей действительно велики — самые крупные из них достигают нескольких сотен метров в длину, самый крупный самец из отмеченных достигал 400 метров, при этом диаметр ротового отверстия его был 80 метров, а самая мелкая самка была размера 100 метров с диаметром ротового отверстия 20 метров. Первый сегмент тела формирует голову, один из последующих занимается размножением, а прочие не дифференцированы.

В последней части описания зоолог узнает кольчатого червя (тип Annelida, который включает в себя многощетинковых и малощетинковых червей, пиявок и мизостомид). Как и земные кольчатые черви, черви Арракиса способны к регенерации, причем даже один сегмент, отделенный от всех остальных, может оставаться жизнеспособным.

«Приходится бить их током высокого напряжения — причем каждый сегмент их тела в отдельности, — объяснил Кинес. — Это единственный способ. Их можно усыпить станнером, можно слегка оглушить взрывом, даже порвать — но каждый сегмент тела будет жить отдельно. Причем я не знаю, какое взрывчатое вещество — исключая лишь ядерное оружие — может уничтожить червя целиком. Они необычайно живучи».
— «Дюна», книга I, глава 13, перевод Павла Вязникова.

Среди кольчатых дождевых червей встречаются крупные виды, например, гигантский австралийский червь Megascolides australis может достигать трех метров в длину, а гигантский африканский червь Microchaetus rappi — 6,7 метра, но все они на два порядка меньше порождений фантазии Герберта.

Однако ротовой аппарат червей (по мнению большинства иллюстраторов «Дюны», трехлопастной) заставляет вспомнить о совсем других существах. Их главное оружие напоминает, с одной стороны, ротовой аппарат миноги, а с другой — ротовой аппарат пиявок. Миноги — примитивные бесчелюстные позвоночные, пиявки — подкласс кольчатых червей, среди тех и других многие ведут паразитический образ жизни, присасываются к жертве и пьют ее кровь. У миног имеется предротовая воронка, густо усаженная роговыми зубами. У пиявок ротовое отверстие расположено на дне передней присоски, у одних, хоботных, глотка выдвигается вперёд, а у челюстных имеются три режущие хитиновые челюсти.

Киты в песках

Позаимствовав у червей тело, ротовой аппарат — у миног, великие черви песчаных океанов Арракиса взяли способ питания у совсем других существ — китов. Они питаются песчаным планктоном, отфильтровывая его, как усатые киты на Земле.

Многие известные нам организмы-фильтраторы достигают значительных размеров (усатые киты, китовые акулы, скаты-манта), правда живут они при этом в воде. В земных пустынях можно встретить животных, которые буквально «плавают» в песке, однако все эти существа относительно невелики по размерам.

Например, отлично «плавают» в песке покрытые гладкой чешуей аптечные сцинки Scincus scincus и песчаные удавчики Eryx miliaris, аптечных сцинков даже именуют «песчаными рыбами».

Прекрасные песчаные пловцы встречаются среди златокротов и сумчатых кротов. Златокроты (семейство Chrysochloridae) — родственники тенреков и выдровых землероек, получили свое название за золотистый с металлическим отливом цвет шерсти. Златокрот Eremitalpa granti во время поиска пищи чередует «плавание» в песке с проходками по поверхности песка, во время которых он погружает в него голову и прислушивается к вибрациям. Златокроты помимо насекомых охотятся и на сцинков (с аптечными они расходятся по ареалам обитания) и получили прозвание «песчаные акулы». Сумчатые кроты рода Notoryctes обладают удивительной конвергентной схожестью по образу жизни и внешнему облику с златокротами.

Организмам-фильтраторам, строго говоря, ни к чему зубы, хотя есть и исключения. У китовой акулы Rhincodon typus порядка трех тысяч зубов, правда мелких, и непригодных для того, чтобы что-то кусать.

Как происходила фильтрация у великого червя, мы не знаем, однако известно, что арракийский песок — это преимущественно продукты пищеварения песчаных червей. Вероятно, способ питания великих червей был ближе к способу питания дождевых червей, которые просто заглатывают фрагменты почвы (и любую другую органику) и выбрасывают обратно переработанную массу в форме копролитов. Но и среди водных позвоночных есть пример фильтрации субстрата: так, серые киты Eschrichtius robustus единственные среди китов умеют фильтровать ил.

С другой стороны, в «Энциклопедии Дюны» мы обнаруживаем расходящиеся с оригинальным текстом «Дюны» сведения о том, что великие черви — автотрофы. Напомним, автотрофы — это организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. То есть, если верить «Энциклопедии», помимо питания песчаным планктоном, великие черви используют и некие неорганические соединения, сам песок, возможно, тоже используется в метаболизме. При этом, когда великие черви перемещаются сквозь толщу песка, их покровы трутся о него, и от соприкосновения вырабатывается электричество и тепло, также участвующее в метаболизме великих червей. На Земле же нам неизвестны примеры таких одновременно огромных и подвижных автотрофов.

Сколько нервов

По данным «Энциклопедии Дюны», в каждом сегменте червя есть своя примитивная нервная система, но сколько времени может занять путешествие нервного импульса от первого, головного сегмента великого червя до его концевых сегментов? Самые крупные нервные клетки у организмов Земли — это гигантские аксоны кальмаров, достигающие 1,5 миллиметра в диаметре у гигантского кальмара Architeuthis dux. В среднем для аксона толщиной 0,5 миллиметра скорость проведения импульса достигает 25 метров в секунду, а значит, от головы до хвоста великого червя сигнал идет несколько секунд.

Известно, что великие черви воспринимают вибрации почвы, и это умение широко распространено у земных организмов. Слоны, песчанки и кенгуровые крысы переговариваются на дальние расстояния, слушая топот ног, пауки «слышат», когда кто-то попался в паутину по вибрациям ее нитей, а дождевые черви способны чувствовать колебания почвы, чем пользуются рыбаки, выманивая их на поверхность.

Однако в отношении дождевых червей точно не известно, опасаются ли они кротов, которые на них охотятся, или принимают вибрации за звуки дождя. Как следует из романа Герберта, фремены привлекали великих червей специальным аппаратом, манком-колотушкой, издающим низкочастотные вибрации. На Земле дождевых червей из земли выманивают не только рыбаки, некоторые птицы и черепахи добывают себе пропитание, постукивая по почве и собирая выползших червей.

Песчаная карьера

Жизненный цикл великих червей в деталях описан в «Энциклопедии Дюны». Песчаные черви раздельнополы, после спаривания самка откладывает яйца в гнездо, после чего умирает, а самец частично ее съедает (потом то, что осталось от матери, съедают вылупившиеся личинки червей). Яйца формируют губчатую массу, в которой вызревают личинки — «песчаная форель». Именно деятельность песчаной форели привела к аридизации Арракиса: личинки разыскивают воду, собирают и захоранивают в гнезде. Дело в том, что для взрослой формы великих червей вода токсична, а осушение подготавливает территорию к дальнейшей жизни взрослой особи.

При контакте с выделениями песчаных форелей вода образует массу препряности. Параллельно накапливается газ и происходит взрыв, от которого гибнет часть личинок, а масса препряности выносится на поверхность, где под воздействием солнечного света происходит дальнейшая реакция с газами атмосферы планеты, в результате чего препряность превращается в готовую пряность.

Что до песчаной форели, то на определенном этапе развития отдельные особи собираются вместе и слипаются. Происходит метаморфоз, отдельные особи становятся сегментами в теле великого червя, пока что небольшого по размеру. Постепенно мелкие песчаные черви растут и достигают размеров взрослой особи, среди которых есть женские и мужские.

Таким образом, вкратце жизненный цикл великих червей выглядит следующим образом: яйца — песчаная форель — мелкие песчаные черви — крупные песчаные черви — яйца.

Среди земных многоклеточных животных есть колониальные организмы, например сифонофоры Siphonophorae (среди них печально известен ядовитый португальский кораблик), которые состоят из отдельных зооидов, объединенных общей пищеварительной системой. У зооидов разные функции, но все они представляют собой продукт почкования от протозооида. Стоит отметить, такие колонии могут достигать весьма впечатляющих размеров.

Однако у великих червей песчаная форель ведет довольно активную жизнь до формирования тела песчаного червя, в отличие от них зооиды сифонофор, отпочковавшись, уже входят в состав колонии.

А вот у диктиостелиевых миксомицет имеется стадия жизненного цикла, на которой отдельные «особи» живут отдельно, но потом сползаются и формируют следующую стадию.

Миксомицеты (класс Myxomycetes) — удивительные организмы, ранее относимые к грибам, ныне числятся в составе типа Amoebozoa, а также входят в сборную полифилетическую группу слизевиков. Большую часть своей жизни диктиостелиевые миксомицеты — это ползающие и питающиеся одиночные миксоамебы. В случае наступления неблагоприятных условий миксоамебы сползаются и формируют псевдоплазмодий (в нем сохранена обособленность отдельных миксоамеб, этим он отличается от настоящего плазмодия). Псевдоплазмодий способен передвигаться и в подходящем месте формирует ножку и орган размножения — спорангий.

Место под солнцем

Великие черви — ключевые фигуры пустынной экосистемы планеты Арракис. По Герберту, это инвазивный вид, который когда-то завезли на планету: до появления великих червей на планете были моря, и именно в результате деятельности червей (точнее, песчаной форели) вода исчезла и экосистема стала абсолютно другой.

В истории нашей планеты тоже есть примеры, когда вселение чужеземного вида приводило к перестроению местной экосистемы. За земными примерами мы снова обратимся к червям, и снова к дождевым.

Во времена последнего оледенения в некоторых регионах Северной Америки вымерли свои дождевые черви и сформировалась особая экосистема. Однако после прихода в Америку европейцев сюда проникли и европейские (а позже и азиатские) дождевые черви. Их использовали для переработки компоста и как наживку для рыбы — и скоро они расселились по континенту. Без червей при участии лишь грибков и микроорганизмов листовой опад разлагался значительно медленнее, теперь же он перерабатывается быстро, почва обнажается и подвергается эрозийным процессам, как следствие исчезают привычные виды флоры и фауны — например, стало заметно меньше канадского сахарного клена, чьи семена выедают черви.

В книгах Герберта упоминается, что песчаный планктон, которым питаются великие черви, представляет собой еще одну стадию жизни данного вида, между яйцом и песчаной форелью («Энциклопедия Дюны» о планктоне упоминает вскользь). В таком случае вся экосистема Арракиса состоит из разных жизненных форм единственного вида, которые занимают сразу несколько этажей пищевой пирамиды. Личинки червей, песчаные форели, создают пряность – пищу для песчаного планктона, а планктоном в свою очередь питаются взрослые песчаные черви.

Однако любой экосистеме необходим внешний источник энергии – например, солнечный свет или химические реакции. Автотрофные организмы, такие как растения или бактерии, используют эту энергию для производства органических веществ, которыми в свою очередь питаются гетеротрофы. Какие организмы выполняют роль продуцентов в экосистеме Арракиса, неясно. Судя по описаниям из книг, энергия просто бесконечно циркулирует по замкнутой пищевой цепи, что, разумеется, нереалистично, ведь при переходе с одного трофического уровня на другой часть энергии теряется. Здесь уместно вспомнить образ уробороса – мифического змея, кусающего себя за хвост. Похоже, что, описывая экосистему Арракиса, Герберт забыл снабдить ее источником энергии.

Евгения Соловьева при участии Сергей Коленова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Паук-некробот, жамевю и облизанные камни

Рассказываем о лауреатах Шнобелевской премии 2023 года

Шнобелевскую премию (Ig Nobel Prize) вручают за исследования, которые «сначала заставляют рассмеяться, а потом — задуматься». Минувшей ночью состоялась XXXIII первая ежегодная церемония вручения этой почетной награды. Как и три раза до этого, мероприятие прошло в онлайн-формате. Победители получили купюры номиналом десять триллионов зимбабвийских долларов, а также PDF-файл, который можно распечатать, чтобы собрать маленькую бумажную коробку. Рассказываем о десяти шнобелиатах этого года. https://youtu.be/P9UQi0ORXv4 Химия и геология: зачем ученые лижут камни Ян Заласевич (Jan Zalasiewicz), геолог и палеонтолог из Саутгемптонского университета, опубликовал в журнале Palaeontology Newsletter эссе с рассуждениями о том, зачем его коллеги облизывают камни. По словам ученого, еще в XVIII веке итальянский горный инженер и естествоиспытатель Джованни Ардуино определял горные породы на вкус. В те времена сложные инструменты и методики для анализа геологических отложений еще не появились, поэтому даже такой примитивный подход приносил специалистам пользу. А современные исследователи смачивают окаменелости и минералы языком, потому что на влажной поверхности проще рассмотреть их текстуру. Премию вручил нобелевский лауреат по физиологии и медицине за 1993 год Ричард Робертс (Richard Roberts). Он отметил, что химики, в отличие от геологов, не любят облизывать камни. А победитель, получая награду, не смог удержаться от того, чтобы лизнуть окаменевшего трилобита. Кстати, Ян Заласевич — не только ученый, но и автор нескольких научно-популярных книг. На русском языке вышла его работа «Земля после нас». Литература: что чувствуют люди, когда повторяют слово много-много-много-много-много-много-много-много раз Премия в области литературы досталась команде специалистов под руководством Криса Мулена (Chris Moulin) из Университета Гренобль-Альпы и Акиры О’Коннора (Akira O’Connor) из Сент-Эндрюсского университета. Исследователи изучали [note=3149|жамевю] — состояние, при котором привычные вещи или понятия вдруг начинают казаться совершенно неизвестными или необычными. С ним сталкивался каждый из нас, когда произносил одно и то же слово так много раз подряд, что оно начинало казаться незнакомым. Ученые просили подопытных добровольцев много раз повторять одни и те же слова — например дверь, деньги или пить — и описывать свои ощущения. В результате две трети из них испытали жамевю. Оказалось, что в среднем слово начинает казаться незнакомым либо после тридцатого повторения, либо через одну минуту. При этом авторам не удалось выявить корреляции между чувством жамевю и возрастом участников или опытом психической диссоциации. Награду победителям вручил Элвин Рот (Alvin Roth), лауреат Нобелевской премии по экономике 2012 года, который признался, что никогда прежде не слышал термин жамевю. Получив премию, Мулен и O’Коннор хором многократно произнесли слово the. Инженерная механика: паук-некробот Сотрудники Университета Райса Дэниел Престон (Daniel Preston) и Ти Фэй Яп (Te Faye Yap) вместе с коллегами удостоились Шнобелевской премии по инженерной механике. Исследователи провели эксперимент: они взяли мертвого паука-волка и превратили его в пневматический захват. Для этого исследователи ввели иглу в брюшко беспозвоночного и присоединили к ней шприц. Повышая и снижая давление внутри тела животного, они заставляли его конечности сжиматься и разжиматься. Это позволило поднять предметы, которые в 1,3 раза тяжелее и в 2,6 раза объемнее самого паука. Описание необычного устройства, которое авторы назвали некроботом, было опубликовано в журнале Advanced Science. Новость о нем можно прочитать и на нашем сайте. Исследователи получили премию от Барри Шарплесса (Barry Sharpless), Нобелевского лауреата по химии за 2001 и 2022 годы. Вручая награду, он признался, что боится пауков. Здравоохранение: диагностический унитаз Премия в области общественного здравоохранения досталась команде исследователей под руководством Пак Сынмина (Seung-min Park) из Стэнфордского университета. Они разработали умный унитаз, который оснащен большим количеством датчиков, благодаря чему способен выявлять проблемы со здоровьем по цвету, скорости потока и объему мочи и консистенции кала. Кроме того, устройство умеет проводить биохимический анализ по десяти биомаркерам. А пользователей унитаз узнает по отпечатку пальца на кнопке смыва или сканируя задний проход. По словам создателей, это устройство было бы особенно полезным для людей, предрасположенных к некоторым видам рака и синдрому раздраженного кишечника. Пак получил приз от Ардема Патапутяна (Ardem Patapoutian), обладателя Нобелевской премии по физиологии за 2021 год (тот надел на церемонию футболку с изображением унитаза). Свежеиспеченный шнобелиат выразил надежду, что благодаря устройствам, подобным умному унитазу, здоровье людей можно будет отслеживать каждый раз, когда они идут в туалет. Он посвятил премию своему наставнику Сандживу Гамбиру, который скончался в 2020 году. Коммуникации: дерепан модаз ыровогзар Команда Адольфо Гарсиа (Adolfo García) из Университета Сан-Андрес в Буэнос-Айресе удостоилась премии в области коммуникаций за работу по изучению специалистов по говорению задом наперед. Эксперименты показали, что этим людям проще по сравнению со средним человеком произносить в обратном порядке отдельные слова и целые предложения длиной до двенадцати слов. Кроме того, у них оказалось лучше развито серое вещество головного мозга и области, отвечающие за фонологические и зрительные операции. При этом, судя по всему, нейрофизиологическая основа необычной способности у каждого испытуемого разная. Адольфо Гарсиа и его коллега Мария Хосе Торрес-Приорис (María José Torres-Prioris) из Университета Малаги получили приз от Эстер Дюфло (Esther Duflo), Нобелевской лауреатки 2019 года по экономике. Дюфло заметила, что в ее родной Франции есть богатая традиция произносить слова наоборот: например, в прошлом так поступали бунтовщики, а сейчас — молодежь. Гарсиа ответил, что в Аргентине, откуда он родом, искаженные подобным образом слова используются в тюремном жаргоне, а Торрес-Приорес упомянула город на Канарских островах, жители которого говорят задом наперед. Медицина: подсчет волосков в ноздрях трупов Кристина Фам (Christine Pham) из Калифорнийского университета вместе с коллегами решили выяснить, сколько волосков растет в каждой ноздре у человека. Это совсем не праздный вопрос: дело в том, что некоторые люди, страдающие от очаговой алопеции, теряют волоски в носу, что повышает их уязвимость к инфекциям и вызывающим аллергию частицам. Не обнаружив ответа в книгах по анатомии, Фам с коллегами решили изучить вопрос самостоятельно и подсчитали количество и длину волосков в ноздрях двадцати трупов из медицинской школы в Южной Калифорнии. Оказалось, что в левой ноздре в среднем 120 волосков, а в правой — 112 (а их длина составляет от 0,81 до 1,035 сантиметра). За эту самоотверженную работу исследователи удостоились Шнобелевской премии в области медицины. Награду вручил Эрик Маскин (Eric Maskin), лауреат Нобелевской премии по экономике за 2007 год. Он спросил у Фам, почему в левой ноздре волосков больше, чем в правой. Та ответила, что на самом деле различие в количестве волосков между ноздрями одного человека статистически недостоверно, так что можно считать, что их примерно поровну справа и слева. Питание: электрические специи Хомэи Миясита (Homei Miyashita) из Университета Мэйдзи и Хироми Накамура (Hiromi Nakamura) из Токийского университета получили премию в области питания за исследование, посвященное тому, как менять вкус напитков и блюд с помощью электрических трубочек для питья и палочек для еды. Ученые выяснили, что с помощью электрической стимуляции можно воздействовать на рецепторы на человеческом языке и вынуждать мозг думать, будто он ощущает различные вкусы. Этот принцип можно использовать, например, чтобы заставить пищу казаться более соленой и за счет этого сократить потребление соли. Работа Мияситы и Накамуры была опубликована еще в 2011 году. За это время электрифицированные столовые приборы так и не вошли в нашу жизнь — зато появилось множество их прототипов разной степени причудливости. Например, мы рассказывали о кружке, которая передает вкус лимонада, и палочках для еды и миске, делающих еду соленой или кислой. Сам же Миясита несколько лет назад представил дисплей, позволяющий не только видеть выводимые на него объекты, но и чувствовать их вкус. Премию вручил Питер Доэрти (Peter Doherty), лауреат Нобелевской премии по физиологии 1996 года. А Миясита и Накамура продемонстрировали свои новые разработки: электрифицированные вилку, ложку и миску. Кроме того, они обсудили ощущение, которое возникает, когда полижешь батарейку. Образование: наука скуки Школьники и студенты часто скучают на уроках и лекциях, что отрицательно сказывается на их мотивации и успеваемости. Кристиан Чан (Christian Chan) из Гонконгского университета вместе с соавторами решили выяснить, какие факторы усиливают скуку при обучении. Опросив 437 школьников и 17 их учителей, исследователи пришли к выводу, что когда учитель скучает во время занятий, скука учащихся усиливается — и их мотивация падает. В другой работе Чан с соавторами продемонстрировали, что простого ожидания, что лекция будет скучной, достаточно, чтобы усилить вызываемую ей скуку. Эти исследования были удостоены премии в области образования. Премию вручал нобелевский лауреат по химии 2008 года Мартин Чалфи (Martin Chalfie). Он предложил делать вводные занятия университетских курсов как можно более скучными, чтобы сразу отсеивать немотивированных студентов. Однако Вейнард ван Тилбург (Wijnand Van Tilburg), один из новоиспеченных шнобелиатов, возразил, что в науке необходимы разные люди — и те, что не подвержены скуке, и те, что легко ей поддаются. Психология: сколько прохожих присоединятся к зевакам Премии в области психологии были удостоены Стэнли Милгрэм (Stanley Milgram), Леонард Бикман (Leonard Bickman) и Лоуренс Берковиц (Lawrence Berkowitz). Они получили награду за работу, опубликованную в далеком 1969 году. В ней исследователи экспериментально проверили, сколько прохожих, заметив одного или нескольких задравших наверх голову людей, остановятся и станут вместе с ними смотреть, например, на здание. Оказалось, что чем больше людей в изначальной группе, тем бóльшая вокруг них соберется толпа. Леонард Бикман получил премию от нобелевской лауреатки 2018 года по химии Фрэнсис Арнольд (Frances Arnold). Она сказала, что хотела бы повторить этот эксперимент со своими студентами, многие из которых слишком редко бывают на солнце. Физика: нерестящиеся анчоусы перемешали океан Шнобелевская премия по физике досталась группе ученых под руководством Бийето Фернандеса Кастро (Bieito Fernández Castro) из Саутгемптонского университета. Летом 2018 года исследователи оценивали турбулентность океана у северного побережья Испании. Они обнаружили, в ночные часы турбулентность усиливается в 10–100 раз — причем этот эффект нельзя было объяснить приливами или ветром. Потратив две недели на решение загадки, ученые пришли к выводу, что турбулентность порождают многочисленные стаи анчоусов, которые поднимаются к поверхности океана для нереста. Результаты исследования демонстрируют, что живые существа могут способствовать перемешиванию слоев воды в океане. Премию вручил лауреат Нобелевской премии по физике за 2001 год Вольфганг Кеттерле (Wolfgang Ketterle). Он выразил надежду, что благодаря этой награде у Кастро и его коллег не будет проблем с получением финансирования на новые исследования.