Помоги проекту - поделись книгой:
Все карты уже открыты и выложены на стол. В первую очередь нам предстоит коррекция более чем тысячи генов, чьи редкие мутантные аллели вызывают наследственные болезни. Здесь предпочтительно замещение генов – замена мутантных аллелей нормальными. Хотя эти исследования пока находятся на самом первом этапе и многие данные остаются непроверенными, они в конечном итоге могут заменить амниоцентез. Амниоцентез – это пункция плодного пузыря, которая позволяет считывать хромосомную структуру и генетический код эмбриона и при необходимости принимать решение о терапевтическом аборте, чтобы избежать рождения инвалида или мертвого ребенка. Многие выступают против терапевтических абортов, но сомневаюсь, что у них вызовет негативную реакцию замещение генов – ведь такую процедуру можно сравнить с установкой искусственного сердечного клапана или искусственной почки.
Еще более развитая форма направленной эволюции – хотя и опосредованная – постепенное генетическое сближение различных человеческих популяций в силу все более интенсивных миграционных процессов и участившихся межрасовых браков. В результате происходит масштабное перераспределение генов Homo sapiens. Генетические вариации между популяциями ослабевают, генетическое разнообразие в пределах популяции, наоборот, возрастает. В результате также увеличивается генетическое разнообразие видов в целом – причем кардинально. Эти тенденции порождают дилемму направленной эволюции, что, вероятно, в ближайшие десятилетия привлечет внимание даже самых «близоруких» аналитических центров. Хотим ли мы управлять эволюцией многообразия, чтобы увеличить частоту желаемых признаков? Или хотим добиться еще большего разнообразия? Или лучше пока оставить все как есть и просто надеяться на лучшее (правда, такое решение наверняка поможет лишь в краткосрочной перспективе)?
Подобные альтернативы – не фантастика или легкомысленные допущения. Наоборот, они связаны с еще одной биологической дилеммой, которая уже обсуждается в широких слоях общества, наравне с такими темами, как раздача контрацептивов в старших классах и полное замалчивание темы эволюции в школьных учебниках, как это делается в Техасе. Вот эта дилемма: по мере того как роботы будут все больше работать и принимать все более серьезные решения, что останется делать людям? На самом ли деле мы хотим биологически конкурировать с технологиями роботов, обзаводиться микрочипами в мозге, генетически совершенствовать свой интеллект и социальные навыки? Такой выбор может означать резкий разрыв с человеческой природой, которую мы унаследовали от предков, фундаментальные изменения человеческого существования.
Итак, мы подходим к обсуждению проблемы, которую лучше всего решать средствами гуманитарных наук – вот еще одна причина, по которой гуманитарные науки исключительно важны. Что касается меня, я выступаю за экзистенциальный консерватизм, за сохранение биологической человеческой природы как священной данности. Мы достигли немалых успехов в естественных науках и в технике. Но давайте не будем забывать и о развитии гуманитарных наук, которые делают нас людьми. Не стоит пытаться «поверить алгеброй гармонию» – абсолютный и уникальный потенциал нашего человеческого будущего.
6. Движущая сила социальной эволюции
Едва ли в биологии есть проблема более важная, чем вопрос о происхождении нашего инстинктивного социального поведения. Ответ на него равнозначен объяснению одного из величайших переходов в уровнях биологической организации – от организма к суперорганизму, например, от муравья к организованной колонии муравьев или от отдельного примата к организованному человеческому сообществу.
Самые сложные формы социальной организации возникают при высоких уровнях сотрудничества. Развитию такой организации способствуют альтруистические действия, совершаемые как минимум некоторыми членами колонии. Высочайший уровень сотрудничества и альтруизма присущ эусоциальности, при которой рабочие особи колонии частично или полностью отказываются от размножения, чтобы повысить эффективность размножения «королевской» касты, именно для этого и предназначенной.
Как я указывал выше, существует две конкурирующие теории происхождения развитой социальной организации. Первая из них – традиционная теория естественного отбора. Она подтверждается на примере самых разных социальных и несоциальных феноменов, а также постоянно уточняется с момента появления современной популяционной генетики в 1920-е годы и синтеза эволюционной теории в 1930-е. Эта теория исходит из того, что в качестве единицы наследования выступает ген – обычно как часть сети генов, а цель естественного отбора – признак, кодируемый этим геном. Например, у людей есть патологический мутантный ген, вызывающий развитие муковисцидоза. Этот ген редок, так как наличие муковисцидоза в фенотипе способствует отрицательному отбору – то есть укорачивает жизнь и снижает шансы на размножение. Среди полезных мутантных генов можно отметить тот, который кодирует усвояемость молока у взрослых. Этот ген возник в африканских и европейских популяциях людей, занимавшихся молочным скотоводством; носители такого мутантного гена получили возможность утолять голод молоком, что повысило их выживаемость и репродуктивный успех.
Ген, отвечающий за продолжительность жизни и репродуктивный успех члена группы по сравнению с другими членами той же группы, становится объектом индивидуального естественного отбора. Ген, кодирующий признак, связанный с кооперацией и другими формами взаимодействия с собратьями по группе, может подлежать или не подлежать индивидуальному отбору. Так или иначе, такой ген, вероятно, повысит шансы на выживание и общий репродуктивный успех всей группы. Поскольку одни группы конкурируют с другими, как в форме прямых конфликтов, так и на уровне сравнительной эффективности добычи жизненно важных ресурсов, эти признаки подвергаются естественному отбору. В частности, гены, отвечающие за взаимодействие, то есть социальные признаки, становятся объектом группового отбора.
Таков упрощенный сценарий эволюции согласно классической теории естественного отбора. Ловкий вор преследует собственные интересы, но его действия ослабляют всю группу. Любые гены, предписывающие антисоциальное поведение, будут из поколения в поколение усиливаться в данной группе, но, подобно паразиту, подтачивающему здоровье организма, действия вора ослабляют группу и в конечном итоге его самого. Другая крайность: отважный воин ведет свое племя к победе, но погибает в бою. В результате он не успевает оставить потомков либо его потомство будет немногочисленно. Гены героизма погибают вместе с ним, но выжившие члены группы, сохранившие гены героизма, будут процветать и плодиться.
Два уровня естественного отбора – индивидуальный и групповой, представленные этими крайностями, противостоят друг другу. Со временем это приведет либо к равновесию между разнонаправленными генами, либо к полному исчезновению одного из двух признаков. Действие данного механизма можно резюмировать так: эгоисты побеждают внутри группы, но группы альтруистов одерживают верх над группами эгоистов.
Теория совокупной приспособленности в противовес классической теории естественного отбора, а соответственно, и укоренившимся принципам популяционной генетики рассматривает в качестве единицы отбора члена группы, а не его индивидуальные гены. Социальная эволюция возникает из суммы взаимодействий индивида с каждым из других членов группы, причем учитывает степень наследственного родства между членами каждой пары. Любые влияния этого множества взаимодействий на отдельную особь – как положительные, так и отрицательные – образуют совокупную приспособленность данной особи.
Хотя противоречия между теориями естественного отбора и совокупной приспособленности временами дают о себе знать, допущения теории совокупной приспособленности оказались применимыми лишь в экстремальных условиях, едва ли возможных на Земле или на какой-либо другой планете. Ни один случай совокупной приспособленности не был непосредственно измерен. Все они были выведены путем косвенного анализа, называемого «регрессивным методом». К сожалению, этот метод оказался математически несостоятельным. Тем более ошибочно считать единицей отбора не ген, а отдельную особь или группу.
Прежде чем продолжить рассказ об этих теориях, имеет смысл взять пример эволюции социального поведения и посмотреть, как его интерпретирует каждая из теорий.
Демонстрируя роль родственных связей и убедительность своей теории, сторонники концепции совокупной приспособленности всегда приводят в качестве доказательства муравьев. У многих видов муравьев прослеживается такой жизненный цикл: в брачный период молодые матки, а также самцы изгоняются из муравейника. После спаривания матки не возвращаются домой, а расселяются на новых местах, давая начало колониям. Самцы же умирают в течение нескольких часов. Муравьиные матки (царицы) гораздо крупнее самцов, соответственно на их выращивание вся колония тратит больше ресурсов.
Теория совокупной приспособленности дает следующее объяснение различиям в размерах между муравьиными самками и самцами (его предложил в 1970-е годы биолог Роберт Триверс). Механизм половой дифференциации у муравьев довольно необычен, и самки поддерживают более тесные отношения со своими сестрами, чем с братьями (предполагается, что каждая матка спаривается только с одним самцом). Рабочие муравьи воспитывают младшее поколение, продолжает Триверс, и к сестрам относятся благосклоннее, чем к братьям, а следовательно, вкладывают гораздо больше в будущих цариц, чем в самцов. Колония, в которой контрольные функции выполняют рабочие муравьи, достигает этого, делая цариц намного крупнее. Этот процесс, логически вытекающий из теории совокупной приспособленности, называют косвенным естественным отбором.
Напротив, стандартная модель популяционной генетики исходит из прямого естественного отбора и проверяет его экспериментами в полевых и лабораторных условиях. Всем энтомологам известно, что крупный размер муравьиной матки обусловлен тем, что она создает новую колонию. Матка выкапывает гнездо, забирается в него и выращивает первое поколение рабочих особей, которые питаются накопленными маткой резервами – то есть жиром и питательными веществами, которые матка получает от переваривания собственных крыльев. Самец маленький, так как его единственная функция – оплодотворить матку. После спаривания он умирает. (Кстати, у некоторых видов муравьев матка может жить больше двадцати лет.) Следовательно, сложное объяснение предпочтений по половому признаку, предлагаемое теорией совокупной приспособленности, неверно.
Другое ключевое предположение теории совокупной приспособленности – о том, что рабочие особи контролируют распределение полов в колонии, – также ошибочно. У матки есть семяприемник – большой мешковидный орган, в котором хранится оплодотворенная сперма. На семяприемнике есть клапан, с помощью которого самка задает пол потомства. Если сперма выделяется для оплодотворения яйца в яичнике, то рождается самка. В противном случае яйцо не оплодотворяется, и из него появляется самец. Далее под действием целого комплекса факторов некоторые женские яйца и личинки самок превращаются в цариц, причем рабочие муравьи контролируют лишь часть из этих факторов.
Полвека назад, когда научные данные еще были относительно скудны, считалось, что именно теория совокупной приспособленности наиболее убедительно объясняет происхождение сложных механизмов социального поведения. Эта теория зародилась в 1955 году на основе простой математической модели, предложенной британским генетиком Джоном Холдейном. Холдейн изложил следующие аргументы (я привожу их в немного измененном виде, чтобы они были понятнее). Допустим, вы – бездетный холостяк, стоите на берегу реки. Тут вы видите, что в воду упал ваш брат, он тонет. Течение реки очень сильное, а вы – плохой пловец, так что вы понимаете, что если сейчас прыгнете в воду, чтобы спасти брата, то, вероятно, утонете сами. Поэтому такой поступок требует с вашей стороны альтруизма. Но (утверждает Холдейн) от ваших генов альтруизма не требуется, в том числе от тех, что делают вас альтруистом. Вот как далее рассуждает Холдейн: поскольку утопающий – ваш брат, половина генов у вас идентична. Итак, вы прыгаете в реку, спасаете брата и, с большой вероятностью, погибаете. Вас больше нет, но половина ваших генов уцелела. Теперь, чтобы возместить генетическую потерю от вашей смерти, спасенному брату остается завести еще двоих детей. Ген – это единица отбора, и именно гены играют важнейшую роль в эволюции под действием естественного отбора.
В 1964 году еще один британский генетик, Уильям Гамильтон, выразил концепцию Холдейна в виде формулы, которая впоследствии стала известна как правило Гамильтона. Согласно этому правилу ген, кодирующий альтруизм – такой, как у самоотверженного брата, будет множиться, если компенсация в виде числа потомков для получателя помощи превзойдет ценность потомков для альтруиста. Однако такая польза для альтруиста будет проявляться лишь при условии, что благодетель и реципиент находятся в близком родстве. Степень родства определяется общей долей генов альтруиста и получателя помощи, обусловленной их общим происхождением: между родными братьями генетическое совпадение составляет половину, между двоюродными – одну восьмую и так далее. С ослаблением родства доля общего генетического материала стремительно снижается. Позже такой процесс получил название «кин-отбор». Представляется (как минимум – согласно данной аргументации), что близкое родство является биологическим источником альтруизма и взаимопомощи. Соответственно, близкое родство – важнейший фактор, стимулирующий сложную социальную эволюцию.
На первый взгляд кин-отбор убедительно объясняет происхождение сложноорганизованных сообществ. Рассмотрим группу особей, которые тем или иным образом собрались вместе, но при этом остаются неорганизованными. В качестве примера можно привести косяк рыбы, стаю птиц, небольшую популяцию бурундуков. Допустим, что члены этой группы способны различать не только свое потомство (что согласно классической теории дарвинского естественного отбора ведет к эволюции родительской заботы). Пусть эти особи также проявляют внимание к коллатеральным родичам – то есть к тем, у кого с ними есть общие предки, например, к родным или двоюродным братьям. Далее предположим, что возникают мутации, в результате которых особь начинает уделять коллатеральным родичам больше внимания, чем дальним родичам и неродственным особям. Крайним проявлением такой тенденции будет холдейновский героизм и самопожертвование ради спасения брата. В результате разовьется непотизм, который, по Дарвину, даст особи преимущество над другими членами группы. Но куда же такой механизм заведет развивающуюся популяцию? По мере распространения генов, кодирующих внимание к коллатеральным родичам, группа превратится не во множество конкурирующих особей и их потомков, а в совокупность конкурирующих расширенных семей. Чтобы достичь альтруизма, взаимопомощи и разделения труда в масштабах всей группы, иными словами – стать организованным обществом, требуется другой уровень естественного отбора. Это – групповой отбор.
В 1964 году Гамильтон развил принцип кин-отбора дальше, сформулировав понятие совокупной приспособленности. Социальное существо живет в группе и взаимодействует с другими членами группы. Особь участвует в кин-отборе вместе со всеми остальными членами группы, с которыми контактирует. Добавочный эффект, который сказывается на генах этой особи, передаваемых следующему поколению, заключается в совокупной приспособленности, которая представляет собой сумму преимуществ и ущерба с поправкой на степень родства с каждым из членов группы. С появлением теории совокупной приспособленности единицей отбора постепенно стали считать не ген, а отдельную особь.
Когда я познакомился с теорией совокупной приспособленности – то есть с некоторыми примерами кин-отбора, которые можно изучать в природе, она показалась мне завораживающей. В 1965 году, через год после выхода статьи Гамильтона, я отстаивал эту теорию на заседании Королевского энтомологического общества в Лондоне. Сам Гамильтон был на моей стороне в тот вечер. В двух первых моих книгах, где я сформулировал основы новой научной дисциплины, социобиологии (The Insect Societies (1965) и Sociobiology: The New Synthesis (1971)), я выступал в защиту идеи кин-отбора, считая ее ключевой составляющей генетического объяснения сложных механизмов социального поведения. Я полагал, что кин-отбор сравним по значению с кастовостью, коммуникацией и другими важнейшими понятиями социобиологии. В 1976 году красноречивый научный журналист Ричард Докинз объяснил эту идею широкой читательской аудитории в своей книге «Эгоистичный ген»[6]. Вскоре сведения о кин-отборе, а также рассказы о той или иной версии совокупной приспособленности появились на страницах научно-популярных книг и статей о социальной эволюции. В следующие три десятилетия многие абстрактные выводы этой теории активно проверяли на муравьях и других общественных насекомых, и казалось, они находили подтверждение в исследованиях иерархий, конфликтов и гендерных предпочтений у насекомых.
К 2000 году определяющая роль кин-отбора и совокупной приспособленности практически превратилась в догму. Авторы научных статей все чаще просто признавали истинность этой теории, даже если представленные в их работе данные имели к ней лишь отдаленное отношение. Строились академические карьеры, присуждались международные премии.
Но теория совокупной приспособленности оказалась не просто ошибочной, а в корне неверной. Оглядываясь назад, я понимаю, что к 1990 году в ней уже наметилось два катастрофических изъяна, которые только продолжали усугубляться. Трактовки самой теории становились все более абстрактными, а следовательно, оторванными от эмпирической работы, которая активно велась повсюду в социобиологии. В то же время эмпирические исследования, посвященные этой теории, сводились лишь к ограниченному количеству измеримых явлений. Теоретические статьи на тему общественных насекомых начинали повторять друг друга. Они предлагали все больше рассуждений по поводу все более узкого круга тем. Наиболее важные закономерности экологии, филогении, разделения труда, нейробиологии, коммуникации и социальной физиологии оставались практически не затронутыми в безапелляционных заявлениях сторонников совокупной приспособленности. Большинство популярных статей на эту тему не содержали новой информации, зато уверенно провозглашали дальнейший расцвет теории.
Теория совокупной приспособленности, которую сторонники любовно именовали «IF-теорией[7]», начала увядать, ее деградация становилась все очевиднее. К 2005 году уже открыто высказывались сомнения в ее убедительности, особенно со стороны ведущих специалистов по биологии муравьев, термитов и других эусоциальных насекомых. Среди скептиков были и некоторые теоретики, отваживавшиеся предлагать альтернативные теории происхождения и эволюции эусоциальности. Исследователи, беззаветно преданные IF-теории, либо игнорировали такие «отклонения», либо просто отвергали их без церемоний. В 2005 году они были уже внушительно представлены в системе анонимного закрытого рецензирования и легко могли препятствовать публикации неудобных фактов и альтернативных точек зрения в ведущих научных журналах. Например, одним из краеугольных камней теории совокупной приспособленности было предварительное суждение о преобладании перепончатокрылых (пчел, ос, муравьев) среди эусоциальных животных, на которое ссылались в учебных пособиях. Когда спустя некоторое время один из ученых указал, что новые исследования опровергают это предположение, ему просто сказали: «Спасибо, нам это и так было известно». То есть об этом знали, но предпочитали не обсуждать. «Гипотеза перепончатокрылых» не была неверной; она просто стала неактуальной. Когда один старший научный сотрудник привел данные полевых и лабораторных исследований в пользу того, что примитивные колонии термитов конкурируют друг с другом и растут не в последнюю очередь потому, что в них вливаются неродственные рабочие особи, эти данные были отвергнуты лишь на том основании, что сделанные выводы не учитывали теорию совокупной приспособленности.
Почему же эта таинственная тема из теоретической биологии привлекала столь пламенных сторонников? Дело в том, что она затрагивает фундаментальные вопросы, и ставки при этом стали крайне высокими. Более того, теория совокупной приспособленности со временем все больше напоминала карточный домик. Достаточно было исключить из нее всего один элемент – и вся теория могла рухнуть. Но эта рискованная игра, казалось, стоила свеч. В воздухе витала идея смены парадигмы, что случается в эволюционной биологии очень редко.
К 2010 году теория совокупной приспособленности была окончательно повержена. После десяти лет борьбы в рядах небольшой, но не встречавшей поддержки оппозиционной школы я присоединился к исследовательскому проекту двух гарвардских ученых – математиков и биологов-теоретиков – Мартина Новака и Корины Тарниты. Мы решили проанализировать теорию совокупной приспособленности от общего к частному. Новак и Тарнита независимо друг от друга пришли к выводу, что ошибочны сами исходные предпосылки теории совокупной приспособленности, а я продемонстрировал, что результаты полевых исследований, использовавшиеся для поддержки этой теории, можно не менее убедительно – или даже более убедительно – объяснить в контексте прямого естественного отбора – как в случае только что описанного распределения полов у муравьев.
Наш совместный отчет был опубликован 26 августа 2010 года в авторитетном научном журнале
Но никому с тех пор так и не удалось опровергнуть результаты математического анализа, выполненного Новаком и Тарнитой, а также мои доводы о том, что классическая теория естественного отбора более адекватно объясняет результаты полевых исследований, нежели теория совокупной приспособленности.
В 2013 году к нам с Новаком присоединился еще один математик-биолог, Бенджамин Аллен, и мы выполнили еще более глубокий анализ. Тарнита к тому времени переехала в Принстон, она занималась полевыми исследованиями, призванными дополнить ее математическую модель. В конце 2013 года мы опубликовали первую из серии запланированных статей. Ради полноты картины и поскольку изложенный в этих статьях материал имеет отношение к истории и философии данной темы, я упрощенно излагаю первую из статей в приложении этой книги.
И вот наконец мы можем вернуться к ключевому вопросу, чтобы рассмотреть его по возможности непредвзято: какая движущая сила подтолкнула развитие социального поведения? Африканские предки человека приближались к порогу развитой социальной организации примерно тем же путем, что и примитивные общественные животные, но с очень важными оговорками. Поскольку объем мозга у этих приматов увеличился более чем вдвое, организованные группы пользовались преимуществами интеллекта, основанного на кардинально улучшившейся памяти. Общественные насекомые развивали разделение труда, опираясь на узкоспециальные инстинкты, воздействующие на категории социальной организации в каждой группе – например, среди личинок и имаго, нянек и фуражиров. Что же касается древних людей, то им были свойственны разнообразные варианты поведения, основанного на инстинктах, причем знания одного члена группы могли использоваться всеми его собратьями по группе.
Создание групп на основе личных и взаимных коллективных знаний – это уникальное достижение человечества. Схожесть геномов по признаку родства была неизбежным следствием группового образа жизни, но кин-отбор тут ни при чем. Крайняя ограниченность кин-отбора и призрачные свойства совокупной приспособленности с равным успехом относятся и к человеку, и к эусоциальным насекомым, и к другим животным. Условия возникновения человека лучше всего объясняет естественный отбор по признаку социального взаимодействия – наследственной склонности общаться, распознавать, оценивать, вступать в союзы, кооперироваться, соперничать. Именно эти качества объясняют радость принадлежности к своей группе. Социальный интеллект, стимулируемый групповым отбором, превратил человека разумного в самый процветающий вид на Земле.
III. Иные миры
Для понимания смысла человеческого существования лучше всего рассматривать наш вид в перспективе, сравнивая нас с другими гипотетическими формами жизни и даже c теми, которые могут существовать за пределами Солнечной системы.
7. Человечество, затерянное в мире феромонов
Продолжим наше путешествие в новом направлении. Самое главное, что могут сделать естественные науки для гуманитарных, – показать, насколько мы необычны как вид и почему. Такой анализ – часть общего исследования природы всех других видов, обитающих на Земле, каждый из которых по-своему примечателен. Мы даже попробуем пойти еще дальше и представить себе жизнь на других планетах – в том числе могут ли там оказаться разумные существа, обладающие интеллектом, сопоставимым с человеческим.
Гуманитарные науки воспринимают причудливость человеческой природы просто как данность: «так сложилось». Исходя из этого, художники, писатели и композиторы придумывают сюжеты, пишут музыку и создают образы в бесчисленных деталях. Но если говорить о тех чертах человека, которые выделяют его на фоне общего биоразнообразия, то окажется, что их набор очень невелик. Смысл человеческого существования невозможно объяснить, пока от констатации «так сложилось» мы не перейдем к «так сложилось, потому что…».
Итак, для начала рассмотрим, насколько выделяется наш вид (мы, любимые) среди сонма прочих живых существ, населяющих земную биосферу.
Минули целые эпохи, появились и вымерли миллионы видов на Земле, прежде чем предки человека разумного сорвали джекпот в эволюционной лотерее. Нашим выигрышем стала цивилизация, построенная на символическом языке и на культуре, а благодаря этому – колоссальная власть извлекать из недр планеты невозобновляемые ресурсы, беззаботно истребляя при этом другие биологические виды. Такая козырная комбинация сложилась из набора случайно приобретенных преадаптаций. В их числе можно назвать полностью наземный образ жизни, крупный мозг и вместительную черепную коробку, допускающую дальнейшее увеличение объема мозга; свободные пальцы, достаточно гибкие для манипуляций с разнообразными объектами, и (самое трудно постижимое) – ориентирование в пространстве преимущественно по зрению и слуху, а не по запаху и вкусу.
Разумеется, наши способности определять вкус и запах различных веществ с помощью носа, языка и нёба кажутся нам блестящими. Мы гордо рассуждаем о том, какой изысканный букет у того или иного вина, какое благородное у него послевкусие. У себя дома мы в полной темноте узнаем ту или иную комнату по ее характерному запаху. Тем не менее мы настоящие хемосенсорные дебилы. По сравнению с нами большинство других животных просто гениальные нюхачи и дегустаторы. Более 99 % видов животных, растений, грибов и бактерий при коммуникации полагаются только или преимущественно на набор особых химических веществ (феромонов), помогающих распознавать особей своего вида. Кроме того, животные различают другие вещества (алломоны), помогающие им распознавать разные виды потенциальной добычи, хищников и симбиотических партнеров.
Та симфония звуков природы, которой мы наслаждаемся, тоже лишь ничтожная часть акустического мира. Конечно, пение птиц – что-то особое, но не забывайте, что птицы – одни из немногих существ, которые, как и мы, общаются преимущественно аудиовизуальными способами. Кроме птичьего языка есть кваканье лягушек, стрекотание кузнечиков и сверчков, пение цикад. Можете добавить сюда вечерний пересвист летучих мышей (правда, эти звуки настолько высоки, что мы совершенно их не слышим). Летучие мыши пользуются ультразвуковыми сигналами для эхолокации – так они преодолевают преграды и ловят крылатую добычу.
Такая хемосенсорная ограниченность человека коренным образом повлияла на наши отношения с остальным живым миром. Кстати, интересно: если бы мухи и скорпионы были сладкоголосыми, как соловьи, может быть, они не были бы нам так неприятны?
Обратимся к визуальным сигналам, которыми животные пользуются при коммуникации. Нам нравятся движения птиц, бабочек и рыб, нравится их яркая расцветка. У многих лягушек, насекомых и змей встречается вызывающая окраска и внешность – так они отпугивают кровожадных недругов. Все это – важные сообщения, отнюдь не предназначенные для того, чтобы радовать глаз хищника. Яркие пятна предупреждают: «Попытаешься меня съесть – умрешь, заболеешь, и вообще я очень невкусный». Натуралистам давно известно, что, если животное очень красиво, а к тому же совершенно не реагирует на ваше приближение – значит оно не просто ядовито, а, скорее всего, смертельно опасно. Характерные примеры таких животных – медленные коралловые змеи и беззаботные лягушки-древолазы. Мы многое способны видеть, и это доставляет нам удовольствие и позволяет выживать, но мы не различаем ультрафиолет, в отличие от тех животных, для которых это жизненно важная функция. Бабочки, например, ищут цветы, отражающие ультрафиолетовые лучи.
Аудиовизуальные сигналы живого мира глубоко волнуют нас и на протяжении нашей истории нередко вдохновляли авторов великих произведений музыки, танца, литературы, изобразительного искусства. Тем не менее сами по себе все эти краски и звуки просто ничтожны по сравнению с тем, что происходит в мире феромонов и алломонов, окружающем нас со всех сторон. Чтобы проиллюстрировать этот обескураживающий биологический принцип, представим, будто мы можем воспринимать запахи столь же ярко, как и другие существа, живущие в мире ароматов.
За последние полвека ученые (я имел удовольствие быть одним из них, занимаясь коммуникацией у муравьев) открыли, что феромоны – это не просто широковещательные сообщения, распространяемые по воздуху и воде для всех, кто обладает нужным «приемником». Напротив, феромоны действуют адресно и очень точно. Ключевой феномен для понимания феромонной коммуникации называется «активным пространством». Когда молекулы пахучего вещества распространяются из определенного источника (как правило, это железа на теле животного или другого организма), в центре этого «шлейфа» концентрация запаха остается достаточно высокой для того, чтобы его могли обнаружить другие организмы того же вида. Можно сказать, что эволюция каждого вида за тысячи миллионов лет в значительной степени сформировала размер и структуру этих молекул, предопределила количество феромона, которое должно содержаться в каждом «сообщении», и, наконец, чувствительность к запахам у воспринимающего их организма.
Представьте себе самку мотылька, порхающую в ночи и призывающую к себе самцов. Ближайший самец ее вида может находиться на расстоянии километра – по человеческим меркам, с учетом разницы в размерах тел, это примерно 80 км. Следовательно, половой феромон должен обладать очень сильным запахом, что и подтвердили опыты ученых. Например, самец амбарной огневки устремляется к самке, даже если количество ее феромонов в воздухе составляет всего 1,3 млн молекул на кубический сантиметр. Читателю может показаться, что 1,3 млн – это очень много, но на самом деле этот объем исчезающе мал. Для сравнения: в одном грамме аммиака (NH3) содержится 1023 (сто миллиардов триллионов) молекул. Молекула феромона должна обладать не только способностью привлечь нужного самца, но и редкой структурой или другими отличительными признаками, гарантирующими, что на нее не клюнут самцы других видов или, того хуже, хищники, поедающие бабочек. Половые аттрактанты ночных бабочек так тонко дифференцируются, что феромонные молекулы близкородственных видов бабочек могут отличаться всего одним атомом, либо наличием двойной связи, либо ее расположением в молекуле, а могут просто быть изомерами.
Поскольку феромоны бабочек настолько неповторимы, самцу оказывается очень непросто найти нужную самку. Для этого он должен влететь в призрачное активное пространство и следовать к точке на теле бабочки. Это пространство образует эллипсоид (веретенообразной формы) и, постепенно сужаясь, сходит на нет. Как правило, самцу не удается встретить вожделенную самку, просто перемещаясь из области с едва уловимым запахом туда, где концентрация феромона увеличивается, подобно тому как мы принюхиваемся на кухне в поисках источника запаха. Мотылек пользуется иным, не менее эффективным методом. Учуяв поток феромонов, он летит ему навстречу, пока не достигает призывающей его самки. Если самец случайно покидает активное пространство (что случается довольно часто, так как ветер постоянно искривляет пахучий след), то он петляет из стороны в сторону по ломаной линии, пока вновь не попадет в облако феромонов.
Значение мощного обоняния в животном мире не вызывает сомнений. Cамцы гремучих змей находят готовых к спариванию самок по феромонному следу. И самки, и самцы беспрестанно выбрасывают и втягивают свои языки, чтобы чувствовать запах почвы, а, приблизившись к бурундуку, действуют так же безотказно, как пуля охотника, выслеживающего крякву.
Столь безошибочное обоняние повсеместно распространено в животном мире, именно по запаху животные улавливают самые тонкие различия. Например, среди млекопитающих – в том числе людей – матери могут по запаху отличать своих детей от чужих. Муравьи способны отличать «своих» от «чужих» за десятые доли секунды, для этого им достаточно провести усиками по телу опознаваемой рабочей особи.
В ходе эволюции структура активного пространства менялась, позволяя передавать, помимо сигналов, связанных с функциями размножения и распознавания, много другой информации. Так, сторожевые муравьи выделяют «тревожные» вещества, предупреждая собратьев о приближении врагов. Эти химические соединения гораздо проще по составу, чем половые и следовые феромоны. Они выделяются в больших количествах, их активные пространства быстро распространяются на обширные области. Никакой секретности не требуется. Напротив, очень хорошо, если их учуют и враги, и друзья – чем быстрее, тем лучше. Задача таких феромонов – оповестить колонию об опасности и донести призыв к действию, чтобы как можно больше собратьев по муравейнику его восприняли. Крепкие муравьи-солдаты стремглав несутся на поле боя, почувствовав запах тревожного феромона, в свою очередь, муравьи-няньки уносят молодняк поглубже в гнездо.
Интересная комбинация феромонов и алломонов используется американскими муравьями-рабовладельцами в качестве «средства пропаганды». Эксплуатация – довольно распространенная практика среди муравьев, населяющих умеренные широты Северного полушария. Ею промышляют стаи муравьев-рабовладельцев, регулярно выдвигающиеся на охоту за невольниками (другими муравьями). Рабочие особи таких рабовладельческих видов у себя в муравейнике живут праздно, редко занимаясь каким-либо хозяйственным трудом. Но они, подобно закаленным спартанским воинам, умеют яростно сражаться. У некоторых видов муравьев такие налетчики вооружены мощными изогнутыми челюстями, которыми легко прокусывают тела врагов. Когда я занимался изучением муравьиного рабства, мне удалось обнаружить один вид, который порабощает своих жертв совершенно иным способом. У охотников этого вида на брюшке (на заднем из трех сегментов его тела) имеется своеобразный резервуар, напоминающий мешок с железистым секретом. Он заполнен тревожным феромоном. Врываясь в муравейник своих жертв, охотники в огромных количествах распыляют этот феромон по камерам и коридорам. Этот алломон (точнее – псевдоферомон) повергает защитников муравейника в смятение, панику и бегство. Мы испытали бы схожую панику, если бы со всех сторон вдруг оглушительно завыли сирены. Сами же захватчики реагируют на этот феромон совершенно иначе. Он их привлекает, и охотники могут без труда утащить из гнезда куколки рабочих особей. Когда пленники вылупляются из куколок, уже будучи в рабстве, они считают себя «младшими сестрами» в муравейнике хозяев и покорно служат рабовладельцам до самой смерти.
Муравьи – настоящие феромонные гении нашей планеты. У них на усиках находится больше обонятельных и прочих чувствительных рецепторов, чем у какого-либо иного вида насекомых. Кроме того, муравьи вооружены целым арсеналом экзокринных желез, каждая из которых выделяет строго специализированные виды феромонов. Особые феромоны регулируют жизнь в гнезде, у разных видов муравьев насчитывается от десяти до двадцати таких веществ. Каждый феромон обладает определенным значением, но на этом все интересное только начинается. Так, разные феромоны могут выделяться одновременно, образуя более сложные сигналы. Когда они испускаются в разное время или в разных местах, смысл меняется как-то по-другому. Еще больше информации можно передать, регулируя концентрацию молекул. Как минимум у одного вида американских муравьев-жнецов, которых мне доводилось изучать, при едва уловимой концентрации феромон привлекает внимание рабочих особей и заставляет их двигаться к источнику запаха. При более высокой концентрации вещества муравьи начинают обеспокоенно рыскать туда-сюда. Наконец, в непосредственной близости от сигнальщика, где содержание феромона в воздухе зашкаливает, муравьи яростно бросаются на любой чужеродный органический объект, находящийся в пределах досягаемости.
Некоторые виды растений также обмениваются информацией при помощи феромонов. Как минимум они могут улавливать «дискомфорт» растущих рядом представителей своего вида и реагировать на это. Если на растение нападает опасный враг – например, бактерии, грибы или насекомые, то оно выделяет вещества, угнетающие агрессора. Некоторые из этих субстанций летучи. Уловив их, соседние растения также включают химическую защиту, даже если в данный момент их никто не атакует. Существуют растения, которые страдают от сокососущих тлей, особенно распространенных в умеренных широтах Северного полушария и способных причинять серьезный вред. Выделяемые растениями летучие пары не только стимулируют окружающих собратьев защищаться, но и привлекают мелких ос, которые питаются тлями. Иногда встречается у растений и другая защитная стратегия. Сигналы передаются от растения к растению по грибницам грибов-симбионтов. Грибницы опутывают корни растений и служат своеобразными проводами.
Даже бактерии активно применяют феромонную коммуникацию. Одноклеточные существа собираются в группы и обмениваются своими ДНК – для них это очень важный ресурс. По мере того как популяции бактерий разрастаются, некоторые виды начинают обнаруживать так называемое «чувство кворума». Такая реакция запускается химическими соединениями, которые бактерии выделяют в окружающую жидкость. Чувство кворума приводит к кооперативному поведению и формированию колоний. Наиболее изученным примером второго процесса является образование биопленок: свободно плавающие клетки собираются вместе, обосновываются на поверхности и выделяют субстанцию, которая обволакивает и защищает всю группу. Такие организованные микросообщества существуют повсюду и даже внутри нас. Общеизвестные примеры таких колоний – осадок на немытых поверхностях в ванной, а также зубной налет.
Эволюция довольно просто объясняет, почему нашему виду потребовалось так много времени, чтобы познать истинную природу окружающего нас феромонного мира. Мы слишком крупные, и понимание жизни насекомых и бактерий требует от нас специальных усилий. Чтобы развиться до уровня человека разумного, нашим предкам нужен был большой мозг, включающий в себя вместительные банки памяти. Лишь такая мощная память позволила нам создать язык и цивилизацию. Прямохождение высвободило наши руки, позволив нам создавать все более сложные инструменты. Высокий рост и передвижение на двух ногах привели к тому, что наши головы оказались выше над землей, чем у абсолютного большинства животных, кроме слонов и немногих крупных копытных. В результате наши глаза и уши удалены от многих представителей живого мира. Более чем 99 % биологических видов очень мелкие и существуют в непосредственной близости от земли, вне досягаемости человеческих органов чувств, и почти не привлекают нашего внимания. Наконец, наши предки общались преимущественно аудиовизуальными способами, без феромонов. Любой другой канал передачи информации, феромонный в том числе, был бы для нас слишком медленным.
В сущности, те эволюционные приобретения, которые обеспечили нам доминирование над всеми остальными видами, сделали нас сенсорно неполноценными. Поэтому мы практически не представляем, как протекает жизнь большинства обитателей нашей биосферы, которую мы так опрометчиво разрушаем. Наши действия не играли существенной роли на раннем этапе расселения человека по Земле, когда наша популяция только начинала расти. Человечество оставалось крайне малочисленным, мы отбирали лишь толику энергии и ресурсов у других организмов, которые в изобилии населяли моря и сушу. Оставалось достаточно много времени и свободного пространства, чтобы многие ошибки сошли нам с рук. Но эти благодатные века уже в прошлом. Мы не можем общаться на языке феромонов, но нам следует побольше знать о том, как это делают другие организмы, чтобы сохранить их, а вместе с ними – и большую часть окружающей среды, жизненно важной для человека.
8. Суперорганизмы
Вообразите, что вы отправились в туристическую поездку в какой-то национальный восточноафриканский парк. Вы смотрите в бинокль и наблюдаете за львами, слонами, стадами буйволов и антилоп. Все эти животные – настоящие символы африканской саванны. Вдруг на расстоянии всего нескольких метров от вас – можно сказать, прямо под ногами – начинает разыгрываться настоящая зоологическая драма, которая к тому же остается одной из величайших загадок африканской экосистемы. Из подземного гнезда появляются миллионы кочевых муравьев – целая колония. Они бойкие, быстрые, ни о чем не раздумывают – ручеек маленьких непредсказуемых демонов. Сначала образуется толчея, кажется, муравьи движутся совершенно бесцельно. Но вскоре они выстраиваются в колонну, которая распрямляется, как стрела. Ряды муравьев настолько сомкнуты, что многие из насекомых бегут прямо по спинам собратьев. Вся стая напоминает скрученную связку извивающихся канатов.
Ни одно живое существо не рискнет столкнуться с этой злобной фалангой. Каждый из фуражиров[8] готов яростно кусать и жалить любой предмет, который встретится на пути и сгодится насекомым в качестве провианта. По краям колонны идут солдаты – крупные грозные особи, выступающие на высоких лапках, выставив вперед мощные челюсти, похожие по форме на клещи. Муравьи-кочевники отлично организованы, но у них нет вожаков. Авангард стаи образуют самые обычные рабочие особи, которые оказались впереди в данный момент. Какое-то время они мчатся вперед, но вскоре уступают место другим муравьям, напирающим сзади.
Примерно через двадцать метров после выхода из муравейника колонна постепенно расширяется веерообразным фронтом, состоящим из все более мелких колонн. Вскоре уже вся почва на пути у муравьев покрыта целой сетью таких мелких групп и отдельных рабочих особей, которые охотятся на других насекомых, пауков и прочих беспозвоночных. Теперь понятна цель всего этого рейда. Муравьи – универсальные хищники, добывающие столько мелкой дичи, сколько им под силу схватить и дотащить до гнезда. Кроме того, фуражиры вполне могут утащить в муравейник – целиком или частями – гораздо более крупных животных, которым не удалось ускользнуть от стаи (ящериц, змей, мелких млекопитающих, а по слухам – даже оставленных без присмотра младенцев). Неукротимая свирепость муравьев-кочевников вполне объяснима. Им приходится сытно и часто кормить множество ртов, поскольку в противном случае вскоре погибнет весь муравейник. Вся колония – и фуражиры, и домашние рабочие особи – состоит примерно из 20 млн бесплодных самок. Все они – дочери огромной матки, которая по размеру не уступает большому пальцу человека. Неудивительно, что такая матка является самым крупным в мире муравьем.
Колония африканских муравьев-кочевников – один из самых грандиозных суперорганизмов, которые породила эволюция. Если понаблюдать за ней, не присматриваясь к деталям, то она начинает напоминать гигантскую амебу, выпускающую метровые ложноножки и захватывающую ими кусочки пищи. Образуют этот суперорганизм не клетки, как в нашей воображаемой амебе, а самостоятельные полноценные шестиногие организмы. Эти муравьи предельно альтруистичны по отношению друг к другу, а их действия отличаются столь совершенной координацией, что они напоминают совокупность клеток в той или иной ткани организма. Наблюдая муравьев в природе или в научно-популярном фильме, так и хочется назвать колонию словом «оно», а не «они».
В настоящее время известно около 14 000 видов муравьев, и все они образуют колонии – то есть суперорганизмы. Правда, лишь немногие виды могут сравниться с африканскими кочевыми муравьями не только по размеру сообществ, но и по сложности их организации. Вот уже около семидесяти лет – с самого детства – я изучаю сотни видов муравьев со всего мира, как примитивных, так и высокоразвитых. Полагаю, такой обширный опыт позволяет мне дать несколько советов о том, как мы можем применить законы муравьиного мира и в нашей жизни, – правда, следует признать, что на практике такие возможности весьма ограничены. Начнем с самого распространенного вопроса о муравьях, который я слышу от неспециалистов: «У меня на кухне завелись муравьи, что делать?» Я чистосердечно отвечаю: «Смотрите под ноги, не губите невинных тварей. Им особенно нравится мед, тунец, хлебные крошки. Положите на пол немного такого лакомства и внимательно смотрите, как первый разведчик обнаружит приманку, а потом вернется и сообщит об этом всему муравейнику, оставив пахучий след. Вскоре к еде потянется ручеек муравьев, и вы увидите социальный механизм настолько причудливый, словно он зародился на другой планете. Считайте кухонных муравьев не паразитами или заразой, а маленьким суперорганизмом, заглянувшим к вам в гости».
Второй по популярности вопрос: «Какие нравственные ценности мы можем почерпнуть от муравьев?» Здесь я также отвечаю совершенно определенно: никаких. Человеку не стоит даже пытаться повторить что-либо «из быта муравьев». Во-первых, все рабочие муравьи – самки. Самцы выводятся в муравейнике всего раз в году, в другое время они появляются лишь изредка. Муравьиные самцы – некрасивые жалкие существа с крылышками, огромными глазами, крошечным мозгом и гениталиями, занимающими почти всю заднюю часть их тельца. Они совершенно ничем не занимаются в муравейнике и выполняют ровно одну функцию: оплодотворяют юных маток в ходе брачного сезона, когда все они вылетают из гнезда для спаривания. Единственная роль, отведенная им в суперорганизме, – это роль крылатых половых ракет. Спарившись либо просто приложив все усилия для этого (порой самцу приходится яростно драться, чтобы просто добраться до матки), самец уже не сможет вернуться в муравейник – его туда просто не пустят. У самца запускается программа умирания – он погибает в течение нескольких часов, как правило, становится добычей хищников. Мораль: хотя я, как и большинство моих образованных современников-американцев, горячо выступаю за гендерное равенство, брачные обычаи муравьев кажутся мне чересчур экстравагантными.
Следует рассказать еще об одной стороне жизни в муравейнике: оказывается, многие виды муравьев поедают своих мертвых собратьев. Конечно, это плохо, но вынужден сказать, что это еще не все – муравьи не брезгуют и искалеченными соплеменниками. Возможно, вам доводилось наблюдать, как рабочие муравьи вытаскивают прямо из-под ваших ног раненых или погибших товарищей (надеюсь, вы придавили их случайно, а не намеренно), – вы, наверное, думали, что это солдатский героизм. Увы, на деле все гораздо мрачнее.
Стареющие муравьи все больше времени проводят в верхних коридорах и камерах гнезда, чаще пускаются в опасные рейды за провиантом. Кроме того, они первыми вступают в схватку с другими муравьями, вторгающимися на их территорию, либо с другими незваными гостями, которые рыщут вокруг у входов в муравейник. Действительно, здесь мы наблюдаем принципиальную разницу между людьми и муравьями: мы посылаем на войну юношей, а они – бабушек. Никакого морального урока из этого не извлечь, если, конечно, вы не пытаетесь найти способ эффективной утилизации пенсионерок.
Больные муравьи вместе со стареющими вытесняются на периметр гнезда и даже за пределы муравейника. У муравьев нет врачей, больные отправляются в путь не в поисках клиники, а лишь для того, чтобы хворь не перекинулась на всю колонию. Оказавшись за пределами гнезда, некоторые муравьи погибают от заражения грибком или червями-трематодами, способствуя таким образом размножению паразитов. Подобное поведение муравьев легко истолковать неверно. Если вы пересмотрели не меньше голливудских ужастиков про пришельцев и зомби, чем я, то можете задаться вопросом: не контролирует ли паразит мозг своего носителя? На самом деле все проще. У больного муравья включается наследственный механизм: чтобы защитить собратьев от заразы, он должен уйти из гнезда. В свою очередь, паразиты в ходе эволюции обратили социальную ответственность муравьев себе на пользу.
Самые сложные сообщества среди насекомых, а возможно, среди всех животных Земли образуют муравьи-листорезы, обитающие в американских тропиках. В пойменных лесах и на лугах от Мексики до умеренно теплых широт Южной Америки легко заметить длинные вереницы красноватых некрупных муравьев. Многие тащат свежесрезанные кусочки листьев, цветов и прутиков. Муравьи пьют сок, но не едят сами растения – они для насекомых слишком жесткие. Вместо этого они уносят материалы глубоко в муравейник, где перерабатывают их в обширные губчатые структуры. На таком субстрате листорезы выращивают грибок, которым питаются. Весь этот процесс – от заготовки растений до сбора грибного урожая – выполняется конвейерным способом, в работе участвуют разные специалисты. Так, те листорезы, которые заняты сбором сырья, – это муравьи средних размеров. Когда они бредут домой, отягощенные ношей и неспособные защищаться, их донимают паразиты – мухи-горбатки. Они пытаются отложить на муравьях яйца, из которых затем вылупляются плотоядные личинки. Для защиты от этих вредителей на спинах у носильщиков сидят мелкие муравьи-охранники. Такой малыш едет на листорезе, как погонщик на слоне, и отгоняет горбаток задними лапками. В муравейнике груз принимают другие рабочие особи, помельче муравьев-сборщиков. Они разрезают принесенную добычу на мелкие фрагменты, шириной около миллиметра. Еще более мелкие муравьи пережевывают эти кусочки и сдабривают их собственными фекалиями. Далее обработанный материал поступает к еще более миниатюрным муравьям – и те строят из этих клейких шариков грибные сады. Наконец, самые крохотные листорезы, похожие на тех, что отгоняют мух от носильщиков, растят грибы в саду и ухаживают за ними.
В сообществе муравьев-листорезов есть еще одна порода, к которой относятся самые крупные рабочие особи. У них массивные головы с сильными мускулами-замыкателями, а челюсти острые, как бритва. Они легко прокусывают кожу на ремне, а тем более – на руке. Вероятно, такие муравьи-воины специализируются именно на защите от самых опасных хищников, в частности, от муравьедов и некоторых других крупных млекопитающих. Эти листорезы-солдаты обитают глубоко в нижних камерах муравейника, выходят из них лишь в тех случаях, когда всему гнезду угрожает серьезная опасность. Недавно, будучи в экспедиции в Колумбии, я как мог пытался выманить этих зверей на поверхность – и все без толку. Я знал, что муравейник листорезов – это огромная система хорошо проветриваемых коридоров. В галереях ближе к центру муравейника скапливается отработанный воздух, насыщенный углекислым газом. Этот воздух согревается в результате жизнедеятельности грибных садов и миллионов обитающих в них муравьев. Под действием конвекции теплый воздух поднимается вверх и выходит из муравейника через вентиляционные отверстия. В то же время в муравейник поступает свежий воздух – он попадает в гнездо через другие отверстия, прорытые по периметру. Я обнаружил, что, если подуть в эти каналы, чтобы к центру гнезда проникло дыхание крупного млекопитающего (меня), большеголовые муравьи-солдаты быстро выбегают наверх – посмотреть, кто там. Должен признать, что такие опыты не имеют никакой практической пользы, разве что вам нравится улепетывать от стаи разъяренных опасных муравьев.
Сложные суперорганизмы – сообщества муравьев, пчел, ос и термитов – смогли выстроить своеобразные подобия цивилизаций исключительно на основе инстинктов. Они справились с этой задачей, хотя мозг каждого муравья в миллионы раз меньше мозга человека. Более того, столь сложная деятельность обеспечивается удивительно небольшим набором инстинктов. Развитие суперорганизма можно сравнить со сборкой игрушечного детского конструктора. Меняя способы соединения друг с другом нескольких простых элементов, можно сооружать самые разные объекты. В ходе эволюции наибольшего репродуктивного успеха и максимальной выживаемости достигли те суперорганизмы, которые сегодня поражают нас своей исключительной сложностью.
Немногие виды, овладевшие искусством формирования колоний-суперорганизмов, в целом тоже очень успешны. В общей сложности известно около 20 000 видов общественных насекомых (муравьев, термитов, общественных пчел и ос), что составляет всего около 2 % от всех известных видов насекомых, которых насчитывается около миллиона. Но на эти 2 % приходится три четверти всей биомассы насекомых.
Правда, сложность подразумевает уязвимость. Здесь я хотел бы рассказать о выдающемся суперорганизме – домашних медоносных пчелах, а также преподать один нравственный урок. Мы одомашнили множество животных, у которых отсутствует общественная организация либо она выражена слабо. Таковы, например, куры, свиньи, собаки. Если эти животные заболевают, то ветеринару обычно достаточно просто диагностировать и вылечить их недуги. Но образ жизни медоносных пчел несравненно сложнее, чем у большинства домашних животных. Адаптация пчел к окружающей среде сопряжена с такими тонкостями, что малейший сбой может причинить вред важной части жизненного цикла всей колонии. Так, в настоящее время в Европе и Северной Америке угрожающие масштабы приобретает синдром разрушения пчелиных колоний, до сих пор остающийся труднообъяснимым. Пчелы играют важнейшую роль в опылении злаков, соответственно, эта эпидемия всерьез угрожает нашей продовольственной безопасности. Данная ситуация демонстрирует внутреннюю уязвимость, присущую всем суперорганизмам. Мы сами привыкли жить в урбанизированном высокотехнологичном мире, опутанном проводами, и именно его совершенство таит в себе огромный риск для нашего вида.
Возможно, вам доводилось слышать, что человеческие общества описывают как суперорганизмы. Это не совсем так. Действительно, мы строим общества, опирающиеся на сотрудничество, разделение труда и альтруизм. Но если общественные насекомые практически полностью подчинены инстинктам, то разделение труда у человека основано на культурной преемственности. Кроме того, мы несравнимо эгоистичнее общественных насекомых и просто не можем действовать как клетки одного организма. Почти каждый человек пытается понять, в чем его предназначение. Мы стремимся к размножению или как минимум к регулярной половой жизни. Люди не терпят рабства и не позволяют обращаться с собой как с рабочими муравьями.
9. Почему микробы господствуют в Галактике
За пределами Солнечной системы существует жизнь, более или менее похожая на нашу. Специалисты считают, что по крайней мере некоторые планеты, похожие на Землю, должны быть обитаемыми, а таких планет достаточно в звездных системах, расположенных в радиусе ста световых лет от Солнца. Прямые доказательства наличия или отсутствия внеземной жизни могут появиться достаточно скоро, вероятно, в течение ближайших десяти-двадцати лет. Они будут получены методом анализа спектра звездного света, проходящего через атмосферы интересующих нас планет. Если ученым удастся обнаружить молекулы газа с «биологическими признаками», которые могут быть только результатом жизнедеятельности организмов (либо такие молекулы, которых намного больше, чем можно было бы ожидать в неживой газовой среде), то гипотеза существования внеземной жизни получит убедительное подтверждение.
Поскольку я изучаю биоразнообразие и – что, пожалуй, даже важнее – обладаю врожденным оптимизмом, попробую доказать обоснованность поисков внеземной жизни на примерах из истории нашей планеты. Жизнь на Земле возникла достаточно быстро после того, как для этого сложились подходящие условия. Наша планета сформировалась около 4,54 млрд лет назад. Микробы возникли вскоре после того, как поверхность Земли стала хотя бы условно пригодной для обитания – то есть через 200–300 млн лет. Срок, потребовавшийся для превращения «пригодного для обитания» в «обитаемое», может показаться человеку целой вечностью, но на самом деле это ничтожно малое время по сравнению с 14-миллиардной историей нашей Галактики – Млечного Пути.
Допустим, что возникновение жизни на Земле – всего лишь единичный факт в огромной Вселенной. Но астробиологи, применяющие все более сложные технологии для поиска внеземной жизни, полагают, что аналогичная биологическая эволюция могла произойти на некоторых или даже на многих планетах нашей Галактики. Вот важнейшие факторы, которые интересуют астробиологов: на планете должна быть вода, а орбита самой планеты должна находиться в так называемой «зоне Златовласки». Это означает, что планета должна вращаться не слишком близко от светила, чтобы не испепелить все, что есть на ее поверхности, но и не слишком далеко, чтобы планета не была покрыта вечными льдами. Кроме того, необходимо учитывать, что, если в настоящее время планета кажется негостеприимной, это отнюдь не означает, что она была такой и раньше. Даже если поверхность планеты кажется бесплодной и пустынной, на ней могут сохраняться оазисы, населенные живыми организмами. Наконец, жизнь на некоторых планетах может иметь молекулярные элементы, отличные от тех, что содержатся в ДНК, и источники энергии для живых организмов могут быть не такими, как на Земле.
Как бы то ни было, вероятнее всего, придется признать: независимо от природы внеземной жизни и среды ее обитания – будь то суша, вода или крошечные оазисы – эта жизнь будет представлена преимущественно или исключительно микроорганизмами. Земные микроорганизмы очень малы, и, как правило, их невозможно рассмотреть невооруженным глазом. К ним относится большинство простейших (например, амебы и инфузории-туфельки), микроскопические грибы и водоросли, а также самые мелкие существа – бактерии и археи (археи внешне похожи на бактерий, но генетически очень от них отличаются), пикозоа (мельчайшие простейшие, открытые совсем недавно) и вирусы. Чтобы наглядно представить себе такие размеры, предположим, что любая из ста триллионов клеток вашего тела (либо одноклеточный организм – амеба или одноклеточная водоросль) сравнима по размеру с небольшим городом. В таком случае типичная бактерия или архей будет иметь размер футбольного поля, а вирус окажется не крупнее футбольного мяча.
Представители микрофлоры и микрофауны Земли в высшей степени жизнестойки, обитая в таких местах, которые на первый взгляд могут показаться гиблыми. Например, внеземной астроном, изучающий Землю в телескоп, не заметил бы бактерий, кишащих в глубоководных гидротермальных источниках при температуре, превышающей точку кипения воды в нормальных условиях. Он не стал бы искать жизнь в шахтных стоках, сравнимых по едкости с серной кислотой. Инопланетяне не смогли бы обнаружить те микроорганизмы, которые в изобилии населяют сухие долины Мак-Мёрдо в Антарктиде – этот ландшафт больше напоминает не земной, а марсианский, и считается самой суровой экосистемой на Земле, за исключением полярных ледяных шапок. Тем более они не узнали бы о существовании радиорезистентных бактерий
Могут ли другие планеты Солнечной системы быть пристанищем для подобных форм жизни (ученые называют их «экстремофилами»)? На Марсе, например, жизнь могла зародиться в древних морях и сохраниться до наших дней в глубоких водоносных горизонтах. На Земле известно множество примеров такого ухода под землю. Сложные пещерные экосистемы в изобилии встречаются на всех континентах. Они включают по крайней мере микробов, а в большинстве частей света в пещерах также находят и насекомых, и пауков, и даже рыб. Анатомия и поведение всех этих животных приспособлены к жизни в полной темноте и самых скудных условиях. Еще более поразительный феномен – подповерхностные литоавтотрофные микробные экосистемы (subterranean lithoautotrophic microbial ecosystems – SLIME), существующие в почве и скальных трещинах вплоть до глубины 1,4 км. Эти экосистемы населены бактериями, которые извлекают энергию для жизни, метаболизируя горные породы. Литоавтотрофные бактерии служат пищей глубинным подземным нематодам – этот вид открыли недавно, тогда как многие другие виды этих крошечных червей распространены повсюду на планете.
Кроме Марса в Солнечной системе есть и другие места, где может быть найдена жизнь – как минимум организмы, подобные земным экстремофилам. Так, целесообразно искать микробов подо льдом или в водяных лужицах вокруг ледяных гейзеров Энцелада, сверхактивного спутника Сатурна. Полагаю, что, когда у нас появится такая возможность, мы должны поискать жизнь в глубоких водных океанах на спутниках Юпитера – в частности, на Каллисто, Европе и Ганимеде, а также на Титане – крупнейшем спутнике Сатурна. Все эти луны заключены в толстые ледяные панцири. Их поверхность выморожена и совершенно безжизненна, но в глубинах спутников температуры достаточно высоки, чтобы там могли существовать организмы, способные жить в воде. В конце концов, мы сможем пробурить лед, чтобы добраться до этой воды. Именно так в настоящее время пробуривают скважину к антарктическому озеру Восток, которое было скрыто под ледяным щитом на протяжении миллионов лет.
Рано или поздно, вероятно, уже в этом веке, мы сможем отправиться на поиски жизни к этим спутникам либо послать туда роботов. Мы должны туда попасть и попадем. Я верю в это, поскольку коллективный человеческий разум изнывает без новых фронтиров. Тяга к одиссеям и дальним странствиям заложена в наших генах.
Разумеется, астрономы и биологи, стремящиеся к неизведанным горизонтам, планируют отправиться дальше, гораздо дальше, на почти непостижимые космические расстояния – к другим звездам и их планетам, где, возможно, существует жизнь. Поскольку свет свободно проникает через глубокий космос, мечта обнаружить жизнь на далеких планетах вполне осуществима. Многие перспективные места для поиска жизни будут найдены в массиве данных, собранных телескопом «Кеплер», прежде чем в 2013 году некоторые его системы вышли из строя. В этом нам также помогут те космические телескопы, запуск которых еще только планируется, а также мощнейшие наземные телескопы. Ждать осталось недолго. К середине 2013 года было открыто уже около 900 экзопланет, в ближайшем будущем, вероятно, будут найдены еще тысячи. Недавняя экстраполяция (здесь следует оговориться: экстраполяция – это очень рискованная научная процедура) показала, что каждая пятая звезда имеет на своей орбите планету, сопоставимую по размеру с Землей. На самом деле в большинстве звездных систем, открытых на настоящий момент, есть планеты в два-три раза крупнее Земли – то есть гравитация там сравнима с земной. Какие выводы относительно внеземной жизни позволяет сделать такая экстраполяция? Начнем с того, что в радиусе 10 световых лет от Солнца существуют 10 звезд различных видов, в радиусе 100 световых лет от Солнца – уже 15 000 звезд, а в радиусе 250 световых лет – 260 000 звезд. Учитывая, что жизнь возникла на очень раннем этапе геологической истории Земли, можно предположить, что количество обитаемых планет в радиусе 100 световых лет от Солнца может исчисляться десятками или даже сотнями.
Открытие даже самой примитивной формы внеземной жизни стало бы качественным скачком в человеческой истории. Оно подтвердило бы представления людей о собственном месте во Вселенной – скромном в космических масштабах, но бесконечно величественном – по достижениям.
Ученые будут (отчаянно) пытаться прочитать генетический код внеземных микробов при условии, что такие организмы найдутся где-нибудь в Солнечной системе, а их молекулярная генетика будет доступна для изучения. Проведение таких исследований с помощью роботов избавляет от необходимости доставлять внеземные организмы на нашу планету. Это дало бы возможность выяснить, какая из двух противоборствующих гипотез о происхождении жизни верна. С одной стороны, если генетический код микробов-инопланетян будет отличаться от генетического кода земных организмов, то и их молекулярная биология окажется довольно непохожей на нашу. В таком случае мгновенно возникнет совершенно новая биология. Далее можно будет предположить, что генетический код, свойственный жизни на Земле, – вероятно, один из множества возможных в Галактике, а коды в других звездных системах могли формироваться в ходе адаптации к условиям окружающей среды, весьма отличающимся от земных. С другой стороны, если генетический код внеземных организмов примерно такой же, как и у земной жизни, то мы можем предположить (но пока еще не доказать), что любая жизнь может зародиться лишь на одном генетическом материале – таком, который лег в основу земного биогенеза.
Либо можно представить, что некоторые организмы способны совершать межпланетные миграции, проводя в криогенной спячке тысячи или миллионы лет, как-то защищаясь от космических лучей и вихрей заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Межпланетные или даже межзвездные миграции микроорганизмов, которые называют «панспермией», кажутся фантастикой. При одной лишь мысли об этом меня охватывает трепет. И тем не менее мы не можем исключить такую версию. Мы слишком мало знаем об огромном множестве земных бактерий, археев и вирусов, чтобы уверенно судить о потенциально возможных пределах эволюционной адаптации – как на нашей планете, так и в других местах Солнечной системы. На самом деле нам уже известно, что некоторые земные бактерии практически стали космическими путешественниками – даже если пока им и нечем похвастаться. Большое количество живых бактерий встречается в средних и верхних слоях атмосферы – на высоте от шести до десяти километров. В среднем бактерии составляют около 20 % всех частиц диаметром от 0,25 до 1 микрона; среди них встречаются виды, способные метаболизировать именно такие соединения углерода, которые повсюду окружают их в «родном» слое атмосферы. Науке еще предстоит выяснить, могут ли эти бактерии поддерживать устойчивые популяции в таких высоких слоях атмосферы либо они – всего лишь залетные гости, занесенные туда восходящими потоками воздуха.
Возможно, пришло время закинуть космический невод и поискать микробов на разных расстояниях за пределами земной атмосферы. Подобная «сеть» может быть сконструирована из сверхтонких листов, прикрепленных к искусственным спутникам. Космический невод будет вращаться вместе со спутником, «просеивая» миллиарды кубических километров пространства. Затем невод будут сворачивать и возвращать на Землю для изучения. Результаты такой космической вылазки могут оказаться удивительными. Игра стоит свеч, даже если нам удастся открыть новые необычные виды бактерий, зародившиеся на Земле, но способные переносить максимально суровые условия; даже констатация отсутствия всякой жизни на орбите будет иметь научную ценность. Так мы сможем ответить на два важнейших вопроса астробиологии: во-первых, в каких предельно неблагоприятных условиях способны существовать представители земной биосферы? Во-вторых, могла ли жизнь зародиться в других мирах, где наблюдаются сопоставимые по суровости условия?
10. Портрет инопланетянина
То, о чем я собираюсь говорить, – всего лишь предположения, и тем не менее это отнюдь не праздные домыслы. Если изучить множество биологических видов, обитающих на Земле, и их геологическую историю, а затем распространить информацию на сопоставимые условия на других планетах, то можно представить себе внешний вид и поведение разумных существ из таких миров. Только, пожалуйста, не отмахивайтесь от этой идеи раньше времени. Считайте ее научной игрой, где правила меняются в соответствии с новыми данными. И в такую игру стоит поиграть. Даже если вероятность контакта с высокоразвитыми инопланетянами – сравнимыми с нами по интеллекту или превосходящими нас – исчезающе мала, наградой станет возможность выстроить контекст, в котором отчетливее проступят черты нашего с вами вида.
Конечно, есть соблазн предоставить эту тему Голливуду – пусть выдумывают себе чудовищ для «Звездных войн» или загримированных в стиле панк американцев для «Звездного пути». Одно дело – вообразить инопланетные микроорганизмы, сравнимые по уровню развития с земными бактериями, археями, пикозоа и вирусами, – это несложно, к тому же вскоре у ученых могут появиться реальные доказательства существования подобных организмов на других планетах. И совершенно другое – описать интеллект инопланетянина, не менее, а возможно, и более высокоорганизованный, чем человеческий. Всего один вид на Земле смог достичь такого уровня сложности, этому предшествовали более 600 млн лет эволюции в условиях исключительного видового разнообразия.
Последним этапом эволюции перед зарождением человечества стало альтруистическое разделение труда в хорошо защищенном гнезде. В истории жизни на Земле насчитывается всего 20 таких случаев. Среди млекопитающих известны три эволюционные линии, достигшие этого предварительного этапа: два вида африканских голых землекопов и
Весь путь, проделанный нашими предками до возникновения
Поскольку и за пределами Солнечной системы для возникновения разумной жизни, очевидно, требуется не менее уникальное стечение обстоятельств, можно предположить, что и там существование разумных инопланетян либо невозможно, либо под большим вопросом. Если считать, что они все-таки есть, попробуем задаться вопросом: как далеко от Земли может быть найдена цивилизация разумных существ, сопоставимая с человеческой? Позвольте мне сделать обоснованное предположение. Для начала учтем, что из многих тысяч видов крупных сухопутных животных, на протяжении последних 400 млн лет населявших Землю, никому, кроме нас с вами, не удалось сделать восхождение. Далее будем исходить из того, что, хотя планеты, похожие на Землю, могут существовать примерно в каждой пятой звездной системе или даже чаще, лишь небольшая часть этих планет может не только иметь на поверхности запасы жидкой воды, но и вращаться по орбитам, пролегающим в зоне Златовласки. Напомню, что зона Златовласки – это щадящее расстояние от звезды, на котором планета не зажарится от близости со своим солнцем и не будет промораживаться из-за чрезмерной удаленности. Все эти доводы очень неоднозначны, но они позволяют усомниться в том, что на любой из галактик, расположенных в радиусе 10 световых лет от Солнца, могла возникнуть разумная жизнь. Существует призрачный шанс (правда, иного и не дано), что разумная жизнь может существовать в радиусе 100 световых лет от Солнца, где расположено около 15 000 звездных систем. При увеличении радиуса до 250 световых лет от Солнца мы охватываем уже 260 000 звездных систем, и шансы на присутствие разумной жизни хотя бы в одной из них кардинально возрастают. Если отталкиваться исключительно от нашего земного опыта, то на таком расстоянии существование братьев по разуму можно считать вероятным.
Допустим, что мечта многочисленных писателей-фантастов и астрономов о том, что разумные инопланетяне обитают где-то в Галактике, реальна, пусть даже нас с ними разделяют непостижимые расстояния. На кого могут быть похожи такие существа? Здесь давайте сделаем второе обоснованное предположение. Скомбинировав факторы эволюции и причудливой унаследованной человеческой природы с известными науке способами адаптации к окружающей среде, свойственными самым разным биологическим видам, мы можем (пусть даже очень грубо и приблизительно) набросать портрет разумного жителя планеты, подобной Земле.
Наконец, вероятно ли, что инопланетяне распознают выражения лица или язык жестов? Вполне. А как насчет мысленных волн? К сожалению, не представляю такой возможности, кроме как с применением сложных нейробиологических технологий.
Поделиться книгой: