Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта. Благодаря им мы улучшаем сайт!
Принять и закрыть

Читать, слущать книги онлайн бесплатно!

Электронная Литература.

Бесплатная онлайн библиотека.

Читать: Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз на бесплатной онлайн библиотеке Э-Лит


Помоги проекту - поделись книгой:

Колонизация Южной Америки через Панамский перешеек прошла быстро. Между прочим, предположение, что какой-нибудь Христофор Колумб или Лейф Эриксон «открыл» Америку – не что иное, как расизм. Одинаково неприятно, на мой взгляд, релятивистское «уважение» к устным историям американских индейцев, которые по неосведомленности отрицают, что их предки когда-либо жили вне Америки.

Между тремя темплтоновскими масштабными миграциями из Африки другие генетические знаки показывают непрерывные водовороты генного потока назад и вперед между Африкой, Южной Европой и Южной Азией. Его данные свидетельствуют, что крупные и незначительные переселения обычно сопровождались некоторым скрещиванием с местным населением, а не полным истреблением одной или другой стороны, что, вероятно, тоже случалось. Очевидно, это имело большое значение для нашей эволюционной родословной.

Этот рассказ и исследование Темплтона сосредоточены на людях и их генах. Но, конечно, у всех видов есть генеалогические деревья. Все виды наследуют генетический материал. У всех видов с двумя полами есть Адам и Ева. Гены и генные деревья – повсеместно распространенная особенность жизни на Земле. Методы, которые мы применяем к недавней истории человечества, могут также быть применены к остальной жизни. ДНК гепарда показывает 12 000 лет назад популяционное «бутылочное горлышко», важное для активных борцов за охрану кошачьих. В ДНК кукурузы отпечатан безошибочный признак ее 9 000-летнего мексиканского приручения. Соединения маршрутов разных штаммов ВИЧ могут использоваться эпидемиологами и врачами, чтобы понять и сдержать вирус. Гены и генные деревья показывают историю флоры и фауны Европы: обширные миграции, вызванные ледниковыми периодами, чье надвигание медленно оттеснило виды в южно-европейские убежища и чье отступление оставило за собой арктические виды в изолированных горных областях. Все эти и другие события могут быть прослежены в распределении ДНК по земному шару, историческом справочнике, который мы только учимся читать.

Мы видели, что различные гены способны рассказать разные истории, которые могут быть собраны вместе, чтобы показать нам кое-что из нашего прошлого, и недавнего, и отдаленного. Насколько отдаленного? Удивительно, но наши самые древние ПОП генов могут относиться ко времени, когда мы не были людьми вообще. Особенно поразительно то, что естественный отбор одобряет разнообразие в популяции для его же собственной пользы. Вот как это работает.

Предположим, что есть две группы крови A и B, которые определяют невосприимчивость к различным болезням. Каждая группа крови подвержена болезни, против которой у другого типа есть иммунитет. Болезни расцветают, когда группа крови, на которую они могут напасть, в изобилии, поэтому может развиться эпидемия. Так, если люди B, скажем, случайно распространены в популяции, болезнь, которой они подвержены, перерастет в эпидемию. Следовательно, люди B будут умирать, пока их процент в населении не уменьшится, а доля людей А – наоборот, увеличится. Всякий раз, когда у нас есть два типа, более редкий из которых одобрен, потому что он редкий, это - рецепт для полиморфизма: несомненное поддержание разнообразия для пользы разнообразия. Система групп крови АВ0 – известный полиморфизм, который был, вероятно, одобрен по причинам подобного рода.

Некоторые полиморфизмы могут быть весьма стабильными – настолько стабильными, что они переходят из предкового в потомственный вид. Удивительно, но наш полиморфизм АВ0 присутствует у шимпанзе. Могло ли случиться так, что мы и шимпанзе независимо «изобрели» полиморфизм, и по той же причине. Но, более вероятно, что мы оба унаследовали его от нашего общего предка и независимо друг от друга хранили его в течение наших шести миллионов лет отдельной эволюции, потому что соответствующие болезни существовали непрерывно на всем протяжении этого времени. Это называется трансспецифическим полиморфизмом, и он может применяться к гораздо более дальним кузенам, чем мы с шимпанзе.

Потрясающий вывод, что для отдельных генов Вы более близко связаны с некоторыми шимпанзе, чем с некоторыми людьми. И я ближе к некоторым шимпанзе, чем к Вам (или к «Вашим» шимпанзе). Люди как вид, а также люди как особи, являются временными сосудами, содержащими смесь генов из различных источников. Люди – временные пункты свиданий на перекрещивающихся маршрутах генов, проходящих сквозь время. Это – основанный на родовом дереве способ выразить центральную идею «Эгоистичного гена», моей первой книги. Как я там выразился: «После того как мы выполнили свою задачу, нас выбрасывают. Но гены – выходцы из геологического времени, они здесь навеки». На заключительном банкете на конференции в Америке я высказал тот же тезис в стихе:

Странствующий эгоистичный ген сказал

«Тел много я видал. ты думаешь,

Ты так умен, но я буду жить вечно.

А ты – лишь выживания машина.»

И, как непосредственный ответ тела гену, я пародировал ту же «Песнь датчанки под арфу», приводимую ранее:

Что такое тело, что сначала Вы берете его,

Выращиваете, а затем покидаете его,

Уходя со старым слепым часовщиком?

Мы оценили дату Свидания 0 как, вероятно, несколько десятков тысяч лет назад, самое большое - сотен тысяч. Мы не зашли далеко в нашем путешествии в прошлое. Следующее наше знакомство – со странствующими шимпанзе на Свидании 1 – происходит на миллионы лет дальше, и большая часть наших свиданий – еще на сотни миллионов лет. Чтобы иметь шанс успеть завершить наше странствие мы должны будем ускориться и начать движение «вглубь времен». Мы должны форсировать последние приблизительно 30 ледниковых периодов, которые характеризуют прошедшие три миллиона лет, такие радикальные события, как высыхание и вторичное наполнение Средиземного моря, которое произошло между 4.5 и 6 миллионами лет назад. Чтобы ослабить этот первоначальный разгон, я присвою себе необычное право останавливаться в некоторых промежуточных пунктах пути и разрешать мертвым ископаемым рассказывать истории. Фоссилизированые «тени» странников, которых мы встретим, и рассказы, которые они нам поведают, помогут удовлетворить наше естественное любопытство к нашим прямым предкам.

АРХАИЧНЫЙ HOMO SAPIENS

Наша первая остановка на пути в прошлое, к Свиданию 1, происходит в глубине позапрошлого ледникового периода, приблизительно 160 000 лет назад. Я выбрал этот пункт для остановки, чтобы осмотреть окаменелые находки из Херто, впадины Афар в Эфиопии (Тот же «Афар», в честь которого назвали намного старшего Australopithecus afarensis или Люси.). Нас заинтриговали люди Херто, потому что, по словам их исследователей, Тима Уайта (Tim White) и его коллег, они из «популяции, которая еще находится на краю анатомической современности, но еще не полностью современна». Выдающийся палеонтолог Кристофер Стрингер (Christopher Stringer) расценивает «материалы Херто как самый древний ясный отчет о том, о ком мы в настоящее время думаем как о современном H. sapiens», отчет, ранее содержащийся в более молодых Ближневосточных окаменелостях, датируемых приблизительно свыше 100 000 лет назад. Несмотря на незначительность отличий между «современным» и «почти современным», ясно, что люди Херто находятся на перегибе между современными людьми и теми предшественниками, которых мы знаем под всеобъемлющим названием «архаичный Homo sapiens». Отдельные авторы относят это название приблизительно к 900 000 лет назад, где оно располагается внутри более раннего вида, Homo erectus. Как мы увидим, другие предпочитают давать различные латинские названия переходным архаичным формам. Я обойду эти споры, используя англицизмы в стиле моего коллеги Джонатана Кингдона (Jonathan Kingdon): «Современный», «Архаичный», «Прямоходящий» и другие, которых я упомяну, когда мы доберемся до них. Мы не должны рассчитывать провести четкую линию между ранним Архаичным и Прямоходящим, от которого они произошли, или между Архаичным и самым ранним Современным, который произошел от него. Не смущайтесь, между прочим, фактом, что Прямоходящий был еще более архаичным (с маленькой a) чем Архаичный (с большой A), и что все три типа были прямоходящими с маленькой п!

Архаичные формы сохранились рядом с современными до, по крайней мере, 100 000 лет назад (дольше всех среди нас жили неандертальцы, о ком подробнее – через мгновение). Архаичные окаменелости найдены во всем мире и датируются различными временами в течение последних нескольких сотен тысяч лет: например, немецкий «Гейдельбергский человек», «Родезийский человек» из Замбии (которую обычно называют Северной Родезией) и китайский «человек Дали». Архаичный имел большой мозг, похожий на наш, объемом в среднем 1 200 - 1 300 кубических сантиметров. Это немного меньше, чем среднее значение объема нашего мозга: 1 400 кубических сантиметров, но их диапазон спокойно укладывается в наш. Их тела были более крепкими, чем наши, их черепа были более толстыми, и у них были более выражены надбровные дуги и менее развиты подбородки. Они были больше похожи на Прямоходящих, чем мы, и, глядя в прошлое, мы справедливо видим в них промежуточное звено. Некоторые таксономисты считают их подвидом Homo sapiens, называя Homo sapiens heidelbergensis (а нас при этом Homo sapiens sapiens). Другие не признают Архаичного как Homo sapiens вообще, а называют их Homo heidelbergensis. Иные же делят Архаичного более чем на один вид, например Homo heidelbergensis, Homo rhodesiensis, и Homo antecessor. Думая об этом, мы должны удивляться, если не возникает разногласий во мнениях из-за классификации. На эволюционной панораме жизни должен ожидаться непрерывный диапазон промежуточных звеньев.

Современный Homo sapiens sapiens не является единственным ответвлением Архаичного. Другой вид продвинутых людей, так называемые неандертальцы, были нашими современниками в большей части нашей предыстории. В некотором отношении они напоминали Архаичных больше, чем мы, и они, похоже, произошли от Архаичного предка приблизительно между сотней и двумястами тысяч лет назад – в данном случае не в Африке, а в Европе и на Ближнем Востоке. Окаменелости из этих областей демонстрируют постепенный переход от Архаичных до неандертальцев, начиная с первых явных окаменелостей неандертальцев, заложенных как раз перед началом последнего ледникового периода, приблизительно 130 000 лет назад. Они упорно сохранялись в Европе в течение большей части этого холодного периода, исчезнув приблизительно 28 000 лет назад. Другими словами, неандертальцы были ровесниками Современных европейских мигрантов из Африки. Некоторые люди полагают, что Современные были ответственны за их исчезновение, либо убивая их непосредственно, либо конкурируя с ними.

Анатомия неандертальцев (Уголок Педантов: Thai или на современном немецком языке Tal обозначает долину. Неандер — долина, в которой была обнаружена первая окаменелость этого типа. Когда в конце девятнадцатого столетия было преобразовано немецкое правописание, долину  изменили с Thai на Tal, но латинское название Homo neanderthalensis было оставлено, пойманное законами зоологической терминологии. Чтобы соответствовать традиции и латыни, я предпочитаю оставлять английское правописание в его оригинальной форме и его придерживаться.) достаточно отличалась от нашей, поэтому некоторые люди предпочитают выделять их в отдельный вид, Homo neanderthalensis. Они сохранили некоторые особенности Архаичных, такие как большие надбровные дуги, которых у Современных нет (что является основанием для некоторых авторов классифицировать их просто как другой тип Архаичных). Их адаптация к холодной окружающей среде включает коренастость, короткие конечности и огромные носы, и они, конечно, должны были быть тепло одеты, по-видимому, в меха животных. Их мозг был столь же большим, как наш, или еще больше. Есть множество незначительных данных, что они церимониально хоронили своих умерших. Никто не знает, могли ли они говорить, и мнения расходятся в этом важном вопросе. Археология указывает, что технологические идеи, возможно, передавались в обоих направлениях между неандертальцами и Современными, но это могло происходить и благодаря подражанию, а не языку.

Правила путешествия указывают, что только современные животные, отправляющиеся из настоящего времени, имеют право рассказывать истории. Мы делаем исключение для дронта и слоновой птицы, потому что они жили в недавние исторические времена. И для окаменелых Homo erectus и Homo habilis, относимых к «призрачным странникам», потому что вполне правдоподобным выглядит факт, что они – наши прямые предки. Относятся ли и неандертальцы к этой категории? Происходим ли мы от них? Что ж, оказалось, что ответ на этот вопрос является темой истории, которую хотят рассказать неандертальцы. Считайте «Рассказ Неандертальца» предлогом, позволяющим нам об этом поговорить.

Рассказ Неандертальца

Происходим ли мы от неандертальцев? Если так, то они должны были скреститься с Homo sapiens sapiens. Но так ли это? Они в течение долгого времени соседствовали в Европе, и был, конечно, контакт между ними. Но выходило ли это за рамки контакта? Наследуют ли современные европейцы какие-нибудь неандертальские гены? Это горячо обсуждаемая проблема, недавно вновь разгоревшаяся из-за замечательного извлечения ДНК из костей поздних неандертальцев. Пока мы извлекли только наследуемую по материнской линии митохондриальную ДНК, но этого достаточно для предварительного вердикта. Неандертальские митохондрии весьма отличны от митохондрий всех живущих ныне людей, предполагается, что неандертальцы были не ближе к европейцам, чем к любым другим современным народам. Другими словами, общий предок по женской линии неандертальцев и всех живущих людей намного старше Митохондриальной Евы: приблизительно 500 000 лет в противоположность 140 000. Эти генетические данные предполагают, что успешное скрещивание между неандертальцами и Современными было редкостью. И часто говорят, что они вымерли, не оставив потомков.

Но давайте не забывать про «80-процентный» аргумент, который столь удивил нас в «Рассказе Тасманца». Единственный иммигрант, которому удалось бы прорваться в размножающееся тасманское население, имел бы 80-процентный шанс присоединиться к компании всеобщих предков: кругу людей, могущих назвать себя предками всех Тасманцев, которые будут жить в отдаленном будущем. Справедливо и то, что если хотя бы один неандертальский мужчина, скажем, размножался в населении sapiens, это дало бы ему приемлемый шанс, чтобы стать общим предком всех европейцев, живущих сегодня. Это может быть верно, даже если европейцы не несут неандертальских генов вообще. Поразительная мысль.

Так, несмотря на то, что немногие, если таковые вообще имеются, из наших генов происходят от неандертальцев, возможно, что у некоторых людей есть много неандертальских предков. В этом заключается различие, которое мы встретили в «Рассказе Евы», между родовыми деревьями генов и людей. Эволюцией управляет поток генов, и мораль «Рассказа Неандертальца», если мы позволим ему высказать ее, в том, что мы не можем и не должны взирать на эволюцию сквозь призму родословных людей. Конечно, люди важны во всех других отношениях, но если мы говорим о родословных, то это значит – о родовых деревьях генов. Слова «эволюционное происхождение» указывают на генных, а не на генеалогических предков.

Разнообразие ископаемых также является отражением генных родословных, а не (или разве что случайно) генеалогических родословных. Окаменелости свидетельствуют, что анатомия Современного перешла в остальной мир благодаря миграции «молодые из Африки». Но работа Алана Темплтона (описанная в «Рассказе Евы») предполагает, что мы также частично «произошли» от неафриканца Архаичного, возможно даже от неафриканца Homo erectus. Описание будет проще и ярче, если мы переключимся с человеческого языка на генный. Гены, которые определяют нашу анатомию Современного, несли мигранты «молодые из Африки», оставляя за собой окаменелости. В то же время факты Темплтона свидетельствуют, что другие гены, которыми мы теперь обладаем, текли по миру другими маршрутами, оставляя некоторые анатомические свидетельства для своего опознания. Большинство наших генов, вероятно, следовало маршрутом «молодые из Африки», в то время как лишь некоторые попали к нам другими путями. Как по-другому мы смогли бы столь ярко выразить это?

Итак, неандерталец доказал свое право рассказывать историю? Возможно, это был рассказ о генеалогии, если не рассказ о генах.

РАБОТАЮЩИЙ

Двигаясь вглубь времен в поисках предков, мы высаживаемся на отметке в один миллион лет. Единственный подходящий кандидат этого возраста относится к типу, обычно называемому Homo erertus, хотя некоторые назвали бы его африканскую разновидность Homo ergaster – Человек работающий, и я буду называть их так же. В качестве английской формы названия для этих существ я выберу Ergasts – Работающий, а не Прямоходящий, частично потому что я верю, что большинство наших генных следов ведут нас в прошлое к африканской разновидности, и частично потому, что, как я уже заметил, они были не более прямоходящими, чем их предшественники (Homo habilis) или их преемники (мы). Каким бы ни было название, которое мы предпочитаем, тип Работающий продолжал существовать от приблизительно 1.8 миллиона до приблизительно четверти миллиона лет назад. Они широко признаны как непосредственные предшественники, и частично современники Архаичных, кто в свою очередь предшествовал нам, Современным.

Работающие были заметно несхожи с современным Homo sapiens, и, в отличие от Archaic sapiens, их ареал не накладывался на наш. Окаменелые находки указывают, что они жили на Ближнем и Дальнем Востоке, включая Яву, и были древними переселенцами из Африки. Вы, возможно, слышали, как их называли старыми именами: питекантроп и Пекинский Человек. На латыни, прежде чем их допустили в круг Homo, у них были родовые названия Pithecanthropus и Sinanthropus. Они передвигались на двух ногах, как и мы, но имели меньший мозг (900 см куб. у ранних экземпляров и 1 100 см куб. у последних), размещенный в более низком, менее куполообразном, более «скошенном назад» черепе, чем наш, и имели срезанные подбородки. Их выступающие надбровные дуги образовывали резко выраженный горизонтальный выступ над глазами, посаженными на широких лицах с приплюснутым лбом.

Волосы не подвергаются фоссилизации, поэтому в нашем рассказе нет места для обсуждения очевидного факта, что в некоторый момент нашей эволюции мы потеряли большую часть своих волос на теле, за исключением обильно поросших верхушек наших голов. Вполне вероятно, Рвботающие были более волосатыми, чем мы, но мы не можем исключить возможность, что Работающие уже потеряли свои волосы на теле миллион лет назад. Они, возможно, были столь же лысыми, как мы. В равной степени никто не должен жаловаться на художественно воссозданный образ, столь же волосатый, как шимпанзе, или с любым другим промежуточным уровнем косматости. Современные люди, по крайней мере, мужчины, остаются весьма изменчивыми в том, насколько они волосаты. Волосатость – одна из тех особенностей, которая может увеличиваться или уменьшаться в процессе эволюции снова и снова. Остаточные волосы и связанные с ними вспомогательные клеточные структуры, скрывающиеся в кажущейся даже самой голой коже, готовы в короткий срок развиться в настоящую шерсть из густых волос или уменьшиться снова, пока естественный отбор в любой момент снова не призовет их на службу. Посмотрите на шерстистых мамонтов и шерстистых носорогов, которые быстро эволюционировали в ответ на последние ледниковые периоды в Евразии. Мы вернемся к эволюционной потере волос человеком в достаточно странном «Рассказе Павлина».

Как свидетельствуют неоднократно используемые очаги, по крайней мере, некоторые группы Работающих открыли применение огня, что стало значительным событием в нашей истории. Эти свидетельства является менее убедительным, чем мы могли бы надеяться. Почернение от сажи и древесного угля не сохраняется столь долгое время, но оставляет другие следы, более стойкие. Современные экспериментаторы систематично конструировали очаги различных видов и затем исследовали остаточный результат. Выяснилось, что сознательно построенные походные костры намагничивают почву особым образом, что отличает их от лесных пожаров и от сгоревших пней деревьев – я не знаю почему. Но такие признаки свидетельствуют о том, что у Работающего и в Африке, и в Азии, были лагерные костры почти полтора миллиона лет назад. Это не должно означать, что они знали, как зажечь огонь. Они, возможно, начали с овладевания естественно встречающимся огнем, заботясь о нем, подпитывая и поддерживая, как заботятся о домашнем животном тамагочи. Возможно, прежде чем начать готовить пищу, они использовали огонь, чтобы отпугнуть опасных животных, обеспечить освещение, высокую температуру, и как социальный центр.

Работающие также затачивали и использовали каменные инструменты, и, по-видимому, деревянные и костяные также. Никто не знает, могли ли они говорить, на этот счет трудно отыскать какие-либо свидетельства. Вы можете подумать, что «трудно отыскать» – преуменьшение, но мы уже достигли пункта в нашем путешествии в прошлое, когда окаменелые ископаемые начинают говорить. Так же, как следы походных костров в почве, необходимость говорить вызывает крошечные изменения в скелете: не столь существенные, как полая костистая коробка в горле, усиливающая громоподобный голос обезьяны-ревуна южноамериканских лесов, но все же заметные признаки, которые можно было бы надеяться обнаружить у некоторых ископаемых. К сожалению, признаки, которые были добыты, не являются достаточно красноречивыми, чтобы уладить этот вопрос, и он остается открытым.

У современного человека есть два участка мозга, которые, похоже, связаны с речью. На каком этапе нашей истории увеличились эти участки – область Брока и Область Вернике? Самым приемлемым принципом, который мы применяем к мозгу окаменелости, является метод дополнения, описанный в «Рассказе Работающего». К сожалению, линии, разделяющие различные области мозга, фоссилизируют не очень отчетливо, но некоторые эксперты считают, что можно утверждать, что речевые области мозга увеличились еще два миллиона лет назад. Те, кто полагает, что Работающий обладал даром речи, воодушевлены этим доказательством.

Их обескураживает, однако, когда они изучают скелет. Самый полный скелет Homo ergaster, который мы знаем, является Мальчиком Тукана, который умер около озера Тукана в Кении приблизительно 1.5 миллиона лет назад. Его ребра и небольшой размер отверстий в позвоночнике, через которые проходят нервы, показывают, что он не обладал хорошим контролем над дыханием, которое, похоже, связано с речью. Другие ученые, изучая основание черепа, заключили, что даже неандертальцы всего 60 000 лет назад были безмолвны. Доказательством является то, что их форма горла не позволяла воспроизводить полный диапазон гласных, который используем мы. С другой стороны, как заметил лингвист и эволюционный психолог Стивен Пинкер: «Рачь с малам калачаствам гласнах мажат аставатьса дастатачна варазатальнай». Если письменный иврит может быть понятным без гласных, я не вижу причин, почему таким не мог быть разговорный неандертальский или даже игастерский. Заслуженный южноафриканский антрополог Филип Тобиас (Philip Tobias) подозревает, что язык может предшествовать даже Homo ergaster, и он, возможно прав. Как мы видели, другие придерживаются крайне противоположных взглядов, датируя происхождение языка Великим скачком, всего несколькими десятками тысяч лет назад.

Это может оставаться одним из тех споров, которые не будут разрешены никогда. Все рассмотрения зарождения языка начинаются с цитирования Парижского Лингвистического Общества, которое в 1866 году запретило обсуждение этого вопроса, потому что его считали не имеющим ответа и бесполезным. Может быть вопрос и труден, но он не относится к тем, которые в принципе не имеют ответа, как некоторые философские вопросы. Во всем, что связано с научной изобретательностью, я – оптимист. Так же, как теперь, несомненно, закрыт вопрос о дрейфе континентов, с многочисленными потоками убедительных доказательств, и так же, как по «отпечаткам пальцев» ДНК можно установить точный источник пятна крови с уверенностью, о которой судебные эксперты могли когда-то только мечтать, я сдержанно ожидаю, что ученые однажды обнаружат некий новый изобретательный метод для установления, когда наши предки начали говорить.

Даже у меня, однако, нет никакой надежды, что мы когда-либо узнаем то, что они говорили друг другу, или язык, на котором они это говорили. Начинался ли он с чистых слов и без грамматики, подобно лепету младенца? Или грамматика проявилась рано и внезапно, что вероятно и даже не глупо? Возможно, способность к грамматике уже была в глубинах мозга, используемая для чего-нибудь еще, вроде мысленного планирования. Может быт даже, что грамматика, по крайней мере, применительно к коммуникации, была внезапным изобретением гения? Я сомневаюсь относительно этого, но в этой области ничего нельзя исключить с уверенностью.

Как маленький шаг к обнаружению даты возникновения языка появились некоторые многообещающие генетические свидетельства. Семья, которую мы назовем KE, страдает от странного наследственного дефекта. Приблизительно из 30 членов семьи, представляющих более чем три поколения, около половины нормальны, но пятнадцать показывают любопытное лингвистическое заболевание, которое, кажется, затрагивает и речь и понимание. Его назвали вербальной диспраксией, и оно сначала выявляется как неспособность к разборчивой артикуляции в детстве. Другие авторы полагают, что корень неприятностей в «признаке ослепленности», подразумевая неспособность схватывать определенные грамматические особенности, такие как род, время и число. Ясно то, что ненормальность является генетической. У людей или она есть, или ее нет, и это связано с мутацией важного гена под названием FOXP2, который у остальных из нас имеется в невидоизмененной форме. Как большинство наших генов, версия F0XP2 присутствует у мышей и других видов, где он, вероятно, выполняет различные функции в мозге и в других местах (Многие гены имеют более одного эффекта: явление, известное как плейотропия.). Опыт семьи KE показывает, что у людей F0XP2 важен для развития некоторой части мозга, которая связана с речью.

Итак, мы, естественно, хотим сравнить человеческий F0XP2 с таким же самым геном у животных, не обладающих даром речи. Вы можете сравнить гены, глядя на последовательности ДНК непосредственно, или глядя на последовательности аминокислот в белках, которые они кодируют. Есть случаи, когда это имеет значение, и это – один из них. F0XP2 кодирует протеиновую цепь длиной 715 аминокислот. Версии гена мыши и шимпанзе отличаются только одной аминокислотой. Человеческая версия вдобавок отличается от обеих этих животных двумя аминокислотами. Вы видите, что это могло бы означать? Хотя люди и шимпанзе разделяют большую часть совместной эволюции и генов, ген F0XP2 – то место, где люди, кажется, эволюционировали быстро за короткое время раскола между ними. И один из самых важных аспектов, в котором мы отличаемся от шимпанзе, что у нас есть язык, а у них – нет. Ген, который изменился где-то на пути к нам, но после разделения с шимпанзе, относится к тому виду генов, которые мы должны искать, чтобы попытаться понять развитие языка. И именно этот ген мутировал в злополучной семье (А также у других, у совершенно неродственных людей, имеющих тот же языковой дефект.) KE. Возможно, именно изменение в F0XP2 сделало людей, в противоположность шимпанзе, способными к языку. Не было ли у Работающего видоизмененного гена F0XP2?

Не замечательно ли было бы, если бы мы могли использовать эту генетическую гипотезу для датирования происхождения языка у наших предков? Пока мы не можем сделать этого с уверенностью, но мы можем сделать кое-что весьма наводящее на размышления по этому поводу. Очевидным подходом должны быть варианты триангуляции среди современных людей в попытках вычислить возраст гена F0XP2. Но, за исключением редких горемык, таких как члены семьи KE, нет никакого различия среди людей ни в одной из аминокислот F0XP2. Таким образом, нет достаточных различий, чтобы можно было применить триангуляцию. К счастью, однако, есть другие части гена, которые никогда не транслируются в белок и которые поэтому могут видоизмениться без «замечающего» естественного отбора: они – «молчащие» кодовые знаки в тех частях гена, которые никогда не транслируются и названы интронами (в противоположность «экзонам», которые считываются и поэтому «замечаются» естественным отбором). Молчащие последовательности, в отличие от экспрессируемых, являются весьма отличными среди отдельных людей и между людьми и шимпанзе. Мы можем лучше понять эволюцию гена, если посмотрим на образцы изменений в молчащих участках. Даже притом, что сами молчащие последовательности не подлежат естественному отбору, они могут быть вовлечены в отбор соседних экзонов. Даже еще лучше, математически проанализированный образец изменения в молчащих интронах является хорошим показателем того, когда произошла чистка естественным отбором. И ответ для F0XP2 – меньше, чем 200 000 лет назад. Изменение естественным отбором человеческой формы F0XP2, кажется, примерно совпадает с превращением архаичного Homo sapiens в анатомически современного Homo sapiens. Могло ли это быть временем, когда родился язык? Предел погрешности в этом виде вычислений широк, но эти остроумные генетические свидетельства считаются голосом против теории, что Homo ergaster мог говорить. Что еще более важно для меня, неожиданный новый метод повышает мой оптимизм, что однажды наука найдет способ смутить пессимистов Парижского Лингвистического Общества.

Homo ergaster является первым ископаемым предком, встреченным нами в нашем путешествии, кто однозначно принадлежит к виду, отличному от нашего. Мы собираемся предпринять часть странствия, в которой окаменелости являются самыми важными свидетельствами, и они продолжают постоянно расти – хотя никогда не смогут сокрушить молекулярные данные – пока мы не достигнем очень древних времен, и соответствующие ископаемые начнут иссякать. Это – удобный момент, чтобы более детально взглянуть на окаменелости и на то, как они сформировались. Слово Работающему.

Рассказ Работающего

Разве мы не хотели бы этого для себя, когда придет наше время?

Мальчику Туркана (Homo ergaster), было приблизительно 9-11 лет, когда он умер около 1.5 миллиона лет назад. Он был приблизительно 1.65 метра высотой. Его скелет, почти полный, за исключением рук и ног, был обнаружен близ озера Трукана на севере Кении. [Иллюстрация восстановлена переводчиком.]

Ричард Лики (Richard Leakey) трогательно описывает открытие, сделанное его коллегой Кимойя Кимеу (Kimoya Kimeu)22 августа 1984, мальчика Туркана (Homo ergaster),возрастом 1.5 миллиона лет, самого древнего из когда-либо найденных почти полных скелетов гоминид. Одинаково трогательным было открытие скелета, описанного Дональдом Йохансоном (Donald Johanson), более старого и, неудивительно, менее полного, относящегося к австралопитекам, хорошо известного как Люси. Наконец, также замечательным было открытие «Литл Фута». Какими бы необычными ни были условия, благословившие Люси, «Литл Фута» и мальчика Туркана в их варианте бессмертия, разве мы не пожелаем того же для себя, когда настанет наше время? Какие препятствия мы должны преодолеть, чтобы достигнуть этой цели? Что нужно для формирования какой-либо окаменелости? Это – предмет «Рассказа Работающего». Чтобы его начать, мы нуждаемся в небольшом отступлении в геологию.

Горные породы построены из кристаллов, хотя те зачастую слишком малы, чтобы их можно было разглядеть невооруженным глазом. Кристалл – отдельная гигантская молекула, ее атомы упорядочены в аккуратной решетке с правильным расположением, повторенным миллиарды раз, пока, в конечном счете, не будет достигнут край кристалла. Кристаллы растут, когда атомы появляются из жидкого состояния и постепенно выстраиваются на расширяющемся краю существующего кристалла. Жидкостью обычно является вода. В других случаях это не растворитель вообще, а сам жидкий минерал. Форма кристалла и углы, под которыми пересекаются его грани, наглядно воспроизводят в большом масштабе атомную решетку. Форма решетки иногда действительно проецируется в форму очень большого кристалла, как в алмазе или аметисте, грани которого передают невооруженному глазу трехмерную геометрию самоформирующейся атомной решетки. Обычно, однако, части кристаллов, из которых сделаны породы, слишком малы для глаза, чтобы их обнаружить, что является одной из причин, почему большинство горных пород не прозрачно. Среди важных и распространенных кристаллических пород – кварц (диоксид кремния), полевые шпаты (главным образом также диоксид кремния, но некоторые из атомов кремния в нем заменены атомами алюминия), и кальцит (карбонат кальция). Гранит – плотно упакованная смесь кварца, полевого шпата и слюды, кристаллизуется из жидкой магмы. Известняк – главным образом кальцит, песчаник – главным образом кварц, в обоих случаях перемолотые тонкие слои были затем спрессованы отложениями песка или грязи.

Магматические породы возникают из охлажденной лавы (которая в свою очередь является расплавленной породой). Зачастую, как в случае с гранитом, они кристаллические. Иногда их форма может быть видима как стекловидная затвердевшая жидкость и иногда, при большой удаче, литая лава может застыть в естественной форме, такой как след динозавра или пустой череп. Но главная польза от магматической породы для историков заключается в датировании. Как мы увидим в «Рассказе Секвойи», лучшие методы датирования доступны только для магматических пород. Сами окаменелости обычно не могут быть датированы точно, но мы можем найти поблизости магматические породы. Тогда мы либо считаем, что окаменелость и порода являются ровесниками, либо ищем два образца вулканической породы, поддающиеся датированию, расположенные один над другим, между которыми лежит наша окаменелость, и устанавливаем верхние и нижние границы ее возраста. Это датирование бутерброда подвержено небольшому риску, что труп был унесен наводнением, гиенами или аналогичными им динозаврами в анахронический участок. К счастью, это обычно бывает очевидным; иначе мы должны прибегнуть к сопоставлению с основными статистическими образцами.

Осадочные породы, такие как песчаник и известняк, сформированы из крошечных фрагментов, измельченных ветром или водой из более ранних скал или других твердых материалов, таких как раковины моллюсков. Они переносятся во взвешенном состоянии, как песок, ил или пыль, и осаждаются где-то в другом месте, где опускаются на дно и спрессовываются в течение долгого времени в новые слои скал. Большинство окаменелостей лежит в пластах осадочных пород.

Именно находясь в осадочной породе, их материалы непрерывно перерабатываются. Старые горы, такие как гористая местность в Шотландии, медленно стачиваются ветром и водой, производя материалы, которые позже оседают в отложениях и могут, в конечном счете, подняться снова где-то в другом месте, как новые горы вроде Альп, и цикл возобновится. В мире такого кругооборота мы должны сдержать свои настойчивые требования непрерывности в летописи окаменелостей, чтобы они перекрывали каждый промежуток в эволюции. Это не просто невезение, что окаменелости зачастую не обнаружены, но и характерное следствие того процесса, в котором образуются осадочные породы. Несомненно, вызывало бы беспокойство, если бы не было никаких промежутков в летописи окаменелостей. Старые скалы, вместе с содержащимися в них окаменелостями, активно разрушаются под влиянием того же процесса, который создает новые.

Зачастую окаменелости формируются, когда насыщенная минералами вода проникает в ткани погребенного существа. При жизни кость является пористой и губчатой по обоснованным инженерным и экономическим причинам. Когда вода просачивается через поры мертвой кости, минералы медленно откладываются на протяжении лет. Я по традиции говорю «медленно», но это не всегда медленно. Представьте, как быстро чайник покрывается накипью. На австралийском берегу я когда-то нашел крышку от бутылки, заключенную в камень. Но процесс обычно является медленным. Независимо от скорости, камень, в конечном счете, принимает форму оригинальной кости, и эта форма обнаруживается нами миллионы лет спустя, даже если – что не всегда случается - каждый атом оригинальной кости исчез. Ископаемый лес в Раскрашенной пустыне в Аризоне состоит из деревьев, ткани которых медленно заменялись кварцем и другими минералами, выносимыми из грунтовых вод. Мертвые в течение двухсот миллионов лет деревья теперь сплошь каменные, но многие из микроскопических деталей их клеток все еще могут быть ясно различимы в окаменелой форме.

 

Сплошь каменные.

Ископаемое бревно, Аризона. Видна сохраненная детальная структура дерева, включая годичные кольца, хотя само дерево теперь почти полностью заменено минералом.

Я уже упомянул, что иногда оригинальный организм или его часть формирует естественный шаблон или форму, которая впоследствии удаляется или растворяется. Я с удовольствием вспоминаю два счастливых дня в Техасе в 1987 году, потраченные на переправу через исследуемую реку Палэкси, где я даже вставлял свои ноги в следы динозавра, сохраненные на гладком пласте известняка. Возникла странная местная легенда, что некоторые из них – гигантские человеческие следы, и они являются ровесниками бесспорных отпечатков динозавра. В результате соседний город Глен Роуз стал местом зарождения процветающей кустарной промышленности, просто фальсифицируя гигантские отпечатки ног человека в цементных блоках (для продажи легковерным креационистам, которые знают слишком хорошо, что «были гиганты на земле в те дни»: Книга Бытия 6:4). История же реальных следов была тщательно проработана и оказалась увлекательной. Очевидно, следы динозавров являются трехпалыми. Те, которые немного похожи на человеческую ногу, не имеют никаких пальцев и были сделаны динозаврами, ступающими на пятки, вместо того, чтобы бежать на пальцах ног. Кроме того, вязкая грязь имела бы свойство выдавливаться по краям следа, делая нечеткими отпечатки боковых пальцев ног динозавра. Более трогательно для нас в Лаэтоли в Танзании были найдены отпечатки ног трех компанейских истинных гоминид, вероятно Australopithecus afarensis, которые шли вместе 3.6 миллиона лет назад по тому, что было тогда свежим вулканическим пеплом. Кто из нас не задумается над тем, кем приходились эти люди друг другу, держались ли они за руки или даже разговаривали, и какие забытые поручения они совместно выполняли в тот Плиоценовый рассвет?

Держались ли они за руки?

Следы гоминид возрастом 3.6 миллиона лет в Лаэтоли, Танзании, были обнаружены Мэри Лики (Mary Leakey) в 1978 году. Они фоссилизировали в вулканическом пепле. Следы простираются приблизительно на 70 метров и были, вероятно, сделаны Australopithecus afarensis. [Иллюстрация восстановлена переводчиком.] 

Иногда, как я упоминал при обсуждении лавы, форма может заполниться различным материалом, который впоследствии затвердевает, формируя слепок настоящего животного или части тела. Я пишу это на столе в саду, столешница которого – шестидюймовой толщины семифутовая квадратная плита осадочного юрского пурбекского известняка возрастом, возможно, 150 миллионов лет (Журналист брал у меня интервью на этом двухтонном мегалите больше часа и затем описал его в своей газете как «белый кованый стол»: мой любимый пример ошибочности показаний очевидца.). Наряду с большим количеством окаменелых раковин моллюсков имеется предполагаемый (известным и эксцентричным скульптором, который добыл ее для меня) след динозавра на нижней стороне стола, но это – объемный след, выступающий над поверхностью. Первоначальный след (если действительно он является подлинным, как по мне, он выглядит довольно неопределенно), должен был служить формой, в которой позже собрался осадок. Затем форма исчезла. Большая часть того, что мы знаем о древних мозгах, доходит до нас в виде таких слепков, «отлитых» внутри черепов, часто отпечатываемых с удивительными подробностями самой мозговой поверхности.

Нам повезло, что есть окаменелости вообще.

Ископаемый червь, Palaeoscolex sinensis, из Чэнцзян, прекрасно видны детали мягких частей тела. Окаменелости Чэнцзян относятся ко времени нижнего кембрийского периода, приблизительно 525 миллионов лет назад. [Иллюстрация добавлена переводчиком.]

Менее часто, чем раковины, кости или зубы, иногда фоссилизируют мягкие части животных. Самые известные места – сланец Бюргера в канадских Скалистых горах и немного старший Чэнцзян в Южном Китае, с которым мы встретимся снова в «Рассказе Бархатного Червя». И на обоих этих участках окаменелые черви и другие мягкие, беспозвоночные и беззубые существа (так же как обычные твердые) прекрасно увековечили кембрийский период более пятисот миллионов лет назад. Большая удача, что есть Чэнцзян и Сланец Бюргера. Действительно, как я уже заметил, нам сильно повезло, что мы имеем ископаемые вообще где-нибудь. Считалось, что 90 процентов всех видов никогда не будут известны нам как ископаемые. Если это число справедливо для видов в целом, только подумайте, как мало людей могут когда-либо надеяться достигнуть цели, о которой упоминалось в начале рассказа, и превратиться в окаменелость. По одной из оценок для позвоночных животных вероятность составляет один к миллиону. Мне кажется, это высокие шансы, и для животных без твердых частей истинное число должно быть гораздо меньше.

УМЕЛЫЙ

За 1 миллион лет до Homo ergaster больше нет никаких сомнений, на каком континенте лежат наши генетические корни. Все, включая «мультирегионалистов», согласны с тем, что это место – Африка. Самые очевидные ископаемые кости этого возраста обычно классифицируются как Homo habilis. Некоторые авторы признают другой, очень подобный, современный ему тип, который они называют Homo rudolfensis. Другие приравнивают его кениапитеку, описанному командой Лики в 2001 году. Еще другие осторожно воздерживаются от предоставления этим окаменелостям названия вида вообще и только называют их всех «ранний Homo». Как обычно я не буду занимать чью-либо позицию в названиях. Это не имеет значения для существ с реальной плотью и костями, и я буду использовать «Habilines» - «Умелый» как англицизм для их всех. Ископаемые Умелые, будучи старше, понятно, менее многочисленны, чем Работающие. Сохраненный лучше всего череп имеет базовый номер KNM-ER 1470 и широко известен как «Четырнадцать семьдесят». Его обладатель жил приблизительно 1.9 миллиона лет назад.

Почему мозг увеличивался?

Пронумерованный KNM-ER1470 череп Homo habilis был обнаружен Ричардом Лики в Восточном Туркана, Кения, в 1972 году. Лицо длинное и плоское, лоб выше, чем у представителей рода австралопитеков, обеспечивает больше места для мозга. [Иллюстрация восстановлена переводчиком.] 

Умелый столь же сильно отличался от Работающего, как Работающий от нас, и, как мы и ожидали, были промежуточные звенья, которые трудно классифицировать. Черепа Умелого менее крепкие, чем черепа Работающего, и не обладают столь явно выраженными надбровными дугами. В этом отношении Умелые были больше похожи на нас. Это не должно вызвать удивление. Прочность черепа и надбровные дуги являются особенностями, которые, вероятно, подобно волосам, гоминиды, похоже, способны приобретать и терять снова в процессе эволюции. Умелые отмечают место в нашей истории, где мозг, этот самый впечатляющий из органов человека, начинает увеличиваться. Или, более точно, начинает увеличиваться в сравнении с нормальным размером уже увеличенного мозга других обезьян. Это различие, действительно, является основанием для того, чтобы поместить Умелого в род Homo вообще. Для многих палеонтологов большой мозг – отличительный признак нашего рода. Умелые с их мозгами, вышедшими за пределы 750 см куб, пересекли Рубикон и являются людьми. Читатели скоро могут устать слушать, что я не любитель рубиконов, барьеров и промежутков. В частности нет никакой причины ожидать, что ранний Умелый будет отделен от своего предшественника большим промежутком, чем от своего преемника. Это может показаться заманчивым, поскольку у предшественника есть иное родовое название (австралопитек), тогда как преемник (Homo ergaster) является «просто» другим Homo. Верно, что, если рассматривать живущие виды, можно ожидать, что члены различных родов будут менее подобны, чем члены различных видов в пределах одного и того же рода. Но это не срабатывает в отношении окаменелостей, где есть непрерывный исторический ряд поколений в развитии. На границе между любым ископаемым видом и его непосредственным предшественником должны быть некоторые особи, о которых нелепо спорить, так как доведение такого аргумента до абсурда должно показать, что родители одного вида родили ребенка другого. Еще более нелепо предположить, что ребенок рода Homo появился от родителей совершенно иного рода, австралопитеков. Это – эволюционные области, для которых наши зоологические соглашения о названиях никогда не предназначались (Рубикон в 750 см куб для определения Homo изначально был выбран сэром Артуром Кейтом (Arthur Keith). Как уверяет нас Ричард Лики (Richard Leakey) в «Происхождении человечества», когда Луи Лики впервые описал Homo habilis, у его экземпляра был объем мозга 650 см куб, и Лики фактически переместил Рубикон, чтобы это уладить. Более поздние экземпляры Homo habilis впоследствии оправдали его, достигая показателей ближе к 800 см куб. Это льет воду на мою анти-рубиконовую мельницу.).

Принятие одного из названий дает нам возможность более конструктивно обсудить, почему мозг внезапно начал увеличиваться. Как бы мы измерили увеличение мозга гоминида и начертили бы график зависимости среднего размера мозга от геологического времени? Совершенно понятно, в каких единицах мы будем измерять время: в миллионах лет. С размером мозга сложнее. Ископаемые черепа и слепки позволяют нам оценивать размер мозга в кубических сантиметрах и достаточно легко преобразовать его в граммы. Но абсолютный размер мозга не обязательно служит мерой, которая нам нужна. У слона мозг больше, чем у человека, но не только тщеславие заставляет нас думать, что мы мозговитее, чем слоны. Мозг тиранозавра не был намного меньшим, чем наш, но все динозавры расцениваются как тупые существа с маленьким мозгом. Нас делает более умными то, что у нас больший мозг для нашего размера, чем у динозавра. Но что именно означает «для нашего размера»?

Есть математические методы корректировки абсолютного размера и выражение размера мозга животного в зависимости от того, насколько большой ему «нужен» размер тела. Это – тема, достойная отдельного рассказа, и Homo habilis, умелец, стоящий одновременно на обеих сторонах мозгового «Рубикона», расскажет его со своей ненадежной точки зрения.

Рассказ Умельца

Мы хотим оценить, каков мозг у определенного существа, такого как Homo habilis: больше или меньше, чем он «должен» быть, если учесть размеры тела животного. Мы принимаем (немного неохотно в моем случае, но я соглашусь с этим), что у больших животных должен быть большой мозг, а у маленьких животных – маленький. Делая поправку на это, мы все еще хотим знать, являются ли некоторые виды более «мозговитыми», чем другие. Итак, как мы делаем поправку на размер тела? Нам необходимо разумное основание для того, чтобы вычислить ожидаемый размер мозга животного в зависимости от размера его тела, так, чтобы мы могли решить, больше или меньше реальный мозг определенного животного, чем ожидаемый.

В нашем путешествии в прошлое мы, как оказалось, столкнулись с проблемой, связанной с мозгом, но подобные вопросы могут возникнуть относительно любой части тела. Имеют ли некоторые животные большие (или меньшие) сердца, или почки, или лопатки, чем они должны иметь при их размерах? Если так, то можно было бы предположить, что их образ жизни диктует особый размер сердца (почки или лопатки). Как мы узнаем, какой размер «должен» быть у какой-либо части животного, при условии, что мы знаем общий размер его тела? Заметьте, что «должен быть», не означает «необходимо иметь по функциональным причинам». Это означает, «можно было бы ожидать, сравнивая с сопоставимыми животными». Так как это – «Рассказ Умельца», и так как самый удивительный признак Умельца – его мозг, мы продолжим использовать мозг при обсуждении этой проблемы. Уроки, которые мы усвоим, будут более общими.

Мы начинаем, вычерчивая график разброса массы мозга относительно массы тела для большого количества видов. Каждый символ на графике ниже (сделанном моим коллегой, выдающимся антропологом Робертом Мартином (Robert Martin)) представляет один живой вид млекопитающих – их 309 в диапазоне от наименьшего до наибольшего. В случае если Вас заинтересует, Homo sapiens - отметка со стрелкой, а та, что рядом с нами – дельфин. Толстая черная линия, протянувшаяся среди отметок, является прямой, которая, согласно статистическому вычислению, дает наилучшее совпадение по всем отметкам (Это  линия, которая минимизирует сумму квадратов расстояний от точек до нее.).

Двойной логарифмический график зависимости массы мозга от массы тела для различных видов плацентарных млекопитающих. Закрашенные треугольники представляют приматов. Адаптировано от Мартина (Martin) [185].

Небольшое затруднение, смысл которого станет понятен через мгновение, состоит в том, что график работает лучше, если мы сделаем значения обеих шкал логарифмическими, и именно так этот график и был построен. Мы откладываем логарифм массы мозга животного в зависимости от логарифма массы его тела. Логарифмический означает, что равные отрезки вдоль нижней части графика (или равные отрезки вдоль вертикальной оси) представляют собой степени некоторого определенного числа, десяти, а не приращение числа, как в обычном графике. Основание десять удобно тем, что мы можем рассматривать логарифм как количество нолей в числе. Если Вы должны умножить массу мыши на миллион, чтобы получить массу слона, это значит, что Вы должны добавить шесть нолей к массе мыши: Вы должны добавить шесть к логарифму первого, чтобы получить логарифм второго. На полпути между ними – в логарифмическом масштабе три ноля – находится животное, которое весит в тысячу раз больше, чем мышь, или одну тысячную веса слона: возможно, человек. Использование круглых чисел, таких как тысяча и миллион, должно сделать интерпретацию легкой. «Три с половиной ноля» лежат где-то между тысячей и десятью тысяч. Заметьте, что «на полпути между», когда мы считаем ноли, совсем не одно и то же, что «на полпути между», когда мы считаем граммы. Это все делается автоматически благодаря отысканию логарифмов чисел. Логарифмические величины служат для различного рода интерпретаций простых арифметических величин, которые полезны для различных целей.

Есть, по крайней мере, три серьезных основания для того, чтобы использовать логарифмический масштаб. Во-первых, это позволяет отобразить карликовую землеройку, лошадь и голубого кита на одном и том же графике, не нуждаясь в ста ярдах бумаги. Во-вторых, это помогает отмечать мультипликативные признаки, что иногда мы и делаем. Мы не просто хотим знать, насколько большой у нас мозг, а каков он по отношению к размерам нашего тела. Нам интересно узнать, что наш мозг, скажем, в шесть раз больше, чем он должен быть. Такие мультипликативные суждения могут быть вынесены при непосредственном прочтении логарифмического графика: таковы логарифмические средства. Третья причина для предпочтения логарифмических величин требует немного больше времени для объяснения. Один подход состоит в том, чтобы отобразить разброс наших значений вдоль прямых линий вместо кривых, но есть кое-что еще. Позвольте мне попытаться объяснить это моему собрату, неспециалисту в числах.

Предположите, что Вы берете объект, такой как сфера или куб, или действительно мозг, и раздуваете его равномерно таким образом, чтобы это была все та же форма, но в десять раз больше. В случае сферы это означает увеличение диаметра в десять раз. В случае куба или мозга это означает десятикратную ширину (и высоту, и длину). Во всех этих случаях пропорционального увеличения, что случится с объемом? Он не будет в десять раз большим – он будет в тысячу раз большим! Вы можете доказать это для куба, если представите себе укладывание кубиков сахара. То же самое относится к равномерному увеличению любой формы, которую Вы захотите. Умножьте длину на десять и, если форма не изменяется, Вы автоматически умножаете объем в тысячу раз. В частном случае десятикратного увеличения это эквивалентно добавлению трех нолей. В общем, объем пропорционален третьей степени длины и ее логарифму, умноженному на три.

Мы можем сделать те же вычисления для площади поверхности. Но площадь увеличивается пропорционально второй степени длины, а не третьей. Недаром возведение во вторую степень называется квадратом, в то время как возведение в третью – кубом. Объем куска сахара определяет его количество и сколько он стоит. Но то, как быстро он растворится, будет зависеть от площади его поверхности (не простое вычисление, потому что когда он растворяется, площадь поверхности будет сокращаться медленнее, чем объем оставшегося сахара). Когда Вы увеличиваете объем объекта, удваивая его длину (ширину, и т.д.), Вы умножаете площадь поверхности на 2 ? 2 = 4. Умножьте его длину на десять, и Вы умножите площадь поверхности на 10 ? 10 = 100 или добавите два ноля к числу. Логарифм площади увеличивается как двойной логарифм длины, в то время как логарифм объема увеличивается как тройной логарифм длины. Двухсантиметровый кусок сахара будет содержать в восемь раз больше сахара, чем односантиметровый кусок, но он будет передавать этот сахар в чай только в четыре раза быстрей (по крайней мере, первоначально), потому что это зависит от поверхности куска, которая реагирует с чаем.

Теперь представьте, что для кусков сахара с широким диапазоном размеров мы составляем график зависимости массы куска (пропорционального объему) по горизонтальной оси от (начальной) скорости растворения (пропорциональной площади) по вертикальной оси графика. На нелогарифмическом графике отметки расположатся вдоль кривой линии, которая будет весьма трудно интерпретируема и не очень полезна. Но если мы представим логарифм массы против логарифма начальной скорости растворения, то увидим кое-что намного более информативное. Для каждого утроенного логарифма приращения массы мы будем видеть удвоенный логарифм площади поверхности. В таком двойном логарифмическом масштабе отметки не будут ложиться вдоль кривой, они лягут вдоль прямой линии. Более того, наклон прямой будет выражать нечто весьма определенное. Это будет наклон два к трем: для каждых двух шагов вдоль оси площади прямая делает три шага вдоль оси объема. Для каждого удвоения логарифма площади утраивается логарифм объема. Две трети – не единственный информативный наклон прямой, которую мы могли бы видеть на двойном логарифмическом графике. Графики подобного рода информативны, потому что наклон прямой дает нам интуитивное чувство того, что происходит в отношении таких вещей как объемы и площади. И объемы, и площади, и сложные отношения между ними чрезвычайно важны в понимании живых тел и их частей.

Я не являюсь особым знатоком математики (это мягко сказано), но даже я могу видеть в этом очарование. И еще больше мне нравится, что тот же самый принцип работает для любых тел, не только для таких аккуратных, как кубы и сферы, но и для тел сложной формы: животных и частей животных, таких как почки и мозг. Все, что требуется – чтобы изменение размера сопровождалось простым увеличением или сжатием, без изменения формы. Это дает нам своего рода нереальные перспективы сравнивать реальные размеры. Когда один вид животных в 10 раз длинней другого, то их масса будет в 1 000 раз большей, но только если их форма одинакова. Фактически же формы, весьма вероятно, эволюционировали, становясь систематически различными, если двигаться от маленьких животных к большим, и мы можем теперь понять, почему.

Большие и малые животные должны иметь различную форму, если учитывать правила масштабирования площади/объема, которые мы только что рассмотрели. Если бы Вы превратили землеройку в слона, только равномерно увеличивая ее, сохраняя ту же самую форму, то она бы не выжила. Поскольку она теперь была бы приблизительно в миллион раз тяжелее, возникло бы много новых проблем. Некоторые из проблем животных зависят от объема (массы). Другие зависят от площади поверхности. Еще другие зависят от некоторой сложной функции этих двух величин или нескольких различных факторов вместе. Как скорость растворения куска сахара, скорость потери тепла животного или потери воды через кожу будет пропорциональна поверхности, которую оно представляет внешнему миру. Но его скорость выработки тепла, вероятно, сильнее связана с числом клеток в теле, которое является функцией объема.

У землеройки, приведенной к масштабу слона, были бы веретенообразные ноги, которые сломались бы под весом, и ее тонкие мышцы были бы слишком слабы, чтобы работать. Сила мышцы пропорциональна не ее объему, а площади ее поперечного сечения. Это справедливо потому, что мускульное движение – суммарное движение миллионов молекулярных волокон, скользящих друг мимо друга параллельно. Число волокон, которые Вы можете упаковать в мышцу, зависит от площади ее поперечного сечения (вторая степень линейного размера). Но задача, которую мышца должна выполнять – поддержка слона – пропорциональна массе слона (третья степень линейного размера). Так слон нуждается в пропорционально большем количестве мышечных волокон, чем землеройка, чтобы поддержать свою массу. Поэтому поперечное сечение мышц слона должно быть большим, чем Вы ожидали бы при простом масштабировании, и объем мышц слона также должен быть больше, чем Вы ожидали бы при простом масштабировании. По различным специфическим причинам подобное заключение справедливо и для костей. По этой причине большие животные, вроде слонов, имеют массивные ноги, подобные стволам деревьев. Галилей был одним из первых, кто понял это, хотя его диаграмма преувеличивает истинный результат. 

Галилей был одним из первых, кто понял это.

Иллюстрации Галилея сравнительных размеров кости, из «Бесед и математических доказательств двух новых наук», изданных в 1638 году.



Поделиться книгой:

На главную
Назад