Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах — и о нас самих: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Помимо ног членистоногих и позвоночных, на Земле можно найти еще два типа решения (есть и другие, вроде «ног» осьминога, но они используются главным образом для того, чтобы хватать пищу и другие объекты, а не для того, чтобы приподнимать тело над землей). У онихофор (в англоязычной традиции их называют бархатными червями, хотя с червями родство у них очень дальнее, сейчас их выделяют в отдельный тип) на каждой стороне тела имеется ряд своеобразных коротеньких ножек. В отличие от ног членистоногих и позвоночных, эти ножки лишены твердых частей и, по сути, представляют собой наполненные жидкостью выпячивания, которыми можно переступать, поочередно растягивая и удлиняя различные сегменты тела. Эти движения удивительно напоминают движения червя, но, в отличие от червя, онихофора не прижата к грунту всем телом, а касается его только кончиками ног, что делает ее бесшумным и эффективным хищником. Это очень древний способ передвижения, и возможно, давними предками онихофор были одни из самых диковинных и невероятных ископаемых животных, которых только случалось находить. Галлюцигения жила более 500 млн лет назад, и ее отчетливо сохранившиеся отпечатки было настолько трудно интерпретировать, что при первоначальной реконструкции животное, у которого одновременно имелись ряды как ног, так и шипов, оказалось перевернутым ногами вверх[55]. Однако не вызывает сомнений, что это инопланетного вида существо ходило по морскому дну какими-то очень необычными ногами.

Четвертый тип земных ног принадлежит иглокожим — морским звездам и морским ежам, и это изобретение по причудливости затмевает даже галлюцигению. У морских звезд и других иглокожих твердый панцирь, пронизанный крошечными порами. Напрягая мускулы и открывая либо закрывая створки, они за счет нагнетания воды выталкивают часть плоти сквозь поры наружу, образуя короткие, похожие на щетинки, трубчатые, так называемые амбулакральные, ножки с присосками на конце. Благодаря этим многочисленным ножкам животное приподнимается над грунтом, и, скоординированно вытягивая и сжимая их, передвигается по морскому дну. Занятно, что движения этих ножек не синхронизированы, как во всех остальных случаях локомоции с использованием ног (у лошадей, жуков, даже у онихофор). Тем не менее с виду хаотическое движение множества ножек успешно направляет животное куда надо. Ножки иглокожих — важное напоминание нам о том, что привычные и наиболее знакомые эволюционные решения (обычно те, которыми мы пользуемся сами) представляют собой лишь малую долю всех возможностей. Не нужно фантазировать — достаточно просто поближе приглядеться к разнообразию решений, которые уже есть на нашей планете, чтобы представить себе возможные инопланетные экосистемы.

Так какой же тип планет благоприятен для живых существ, у которых ноги в основном отличались бы от наших? Особенности движения иглокожих просто поразительны, однако эти животные двигаются слишком медленно и редко — морские ежи обычно проползают не более нескольких сантиметров в день[56]. Ясно, что в мире быстрых хищников вряд ли возникнет большое разнообразие животных с трубчатыми ножками. Конечно, морские ежи чаще всего увенчаны острыми иглами и не становятся легкой добычей для быстрых рыб (чьи передвижения ограничены текучей средой) или осьминогов и прочих хищников (передвигающихся по дну). Одно из возможных преимуществ многочисленных трубчатых ножек — умение справляться с неровной, труднопроходимой поверхностью. На пересеченной каменистой местности способность «ступать» по любой поверхности сама по себе может оказаться отдельным преимуществом. Острые выступы могут поранить большую ступню, но множество крохотных ножек позволяют безопасно пройти даже по битому стеклу.

Что еще важнее, многочисленные ноги или трубчатые ножки прекрасно подходят и для поверхностей с низким трением. На скользкой поверхности одна нога обеспечивает недостаточное сцепление и, соответственно, минимальную силу. Много мелких ножек в совокупности создают силу, способную привести животное в движение. Добавьте к этому какую-нибудь особо вязкую жидкость над твердой поверхностью, и животные с «традиционными» ногами окажутся в заметном проигрыше по сравнению с нашим гипотетическим инопланетянином, похожим на морского ежа. Это все равно что пытаться ходить по тефлоновой сковородке, наполненной маслом, и чем плотнее жидкость, тем большее сопротивление она оказывает, когда животное пытается набрать скорость.

Если обобщить вышесказанное, без ног трудно обойтись в любой экосистеме, существующей на поверхности. Они сокращают трение и таким образом увеличивают скорость животного, а скорость жизненно важна, чтобы поймать добычу или спастись от хищников. Этот ограниченный ресурс, время (в данном случае выражаемое через скорость) — такой же могущественный фактор, как пространство и энергия. Однако то, какими именно будут ноги, зависит одновременно от свойств твердой поверхности (гладкой или пересеченной, с низким или высоким трением) и текучей среды над ней (легкотекучей или вязкой). К счастью, у нас на Земле достаточно разнообразных адаптаций, чтобы мы могли представить себе хотя бы возможные механизмы, которые подошли бы в качестве потенциальных решений даже на планетах, невообразимо отличающихся от нашей.

И в заключение рассмотрим животных, которые передвигаются внутри твердого грунта. Движение сквозь твердую среду представляется невозможным, и в определенном смысле так и есть, ведь твердое вещество не может обтекать вас, как вода или воздух. Но кроты, дождевые черви и некоторые другие животные, например роющие обитатели морского дна, все же ухитряются жить и двигаться в кажущейся твердой среде. Однако на самом деле в масштабах этих мелких животных почва не сплошь твердая, а просто состоит из твердых частиц, в промежутках между которыми достаточно текучей субстанции. Подземные животные в основном двигаются, попросту отталкивая твердые частицы с дороги или отгребая часть грунта перед собой назад — иногда почву для этого заглатывают и пропускают через кишечник, выбрасывая через анальное отверстие. Дарвина завораживало все, что имело отношение к дождевым червям, и он внимательно описывал механизмы их передвижения:

В то время как дождевые черви совершают ритмичные волнообразные движения — цепляясь за окружающую почву передним концом тела и подтягивая вперед остальную его часть, — другие животные, например кроты, просто оттесняют землю к стенкам туннеля широкими лапами. Это возможно лишь потому, что земля на самом деле не монолит, она пронизана воздухом. В редких случаях животные по-настоящему роют ходы в твердой породе, или стачивая ее — как моллюски-камнеточцы, — или даже растворяя породу кислотой, как поступает другой двустворчатый моллюск, «морской финик» Lithophaga.

Однако целую экосистему, состоящую из подземных существ, представить себе трудно. Мы полагаем — причем с достаточной уверенностью, — что жидкость необходима для жизни. Химические реакции редко идут в твердых веществах и газах, поэтому для жизни непременно потребуется какая-нибудь жидкость. Даже если на планете большинство организмов обитает под землей, они, скорее всего, впервые появились и достигли разнообразия в текучих средах. На Земле подземная фауна, безусловно, довольно невелика, и большинство животных, которые все-таки обитают под землей, сохраняют жизненно важные связи с текучими средами. Сурикаты выходят из нор на поверхность кормиться, а живущие в песке моллюски выставляют наружу сифон, чтобы дотянуться до морской воды. Инопланетный мир с развитой подземной экосистемой стал бы величайшей неожиданностью, но вместе с тем редкой возможностью исследовать факторы, ограничивающие развитие жизни в условиях, которые мы, вероятно, даже не можем предсказать, исходя из наших знаний о биоразнообразии родной планеты.

Грозная симметрия[58]: форма и движение

До сих пор мы обходили одну из господствующих и важнейших стратегий движения, которую мы принимаем как должное, не задумываясь, поскольку она распространена повсеместно. Это свойство присуще почти всему живому на Земле и настолько привычно, что мы даже не задаемся вопросом, можно ли встретить его на других планетах. Но весь предыдущий разговор о многочисленных, независимо двигающихся трубчатых ножках наводит нас на один из важнейших вопросов: будут ли пришельцы двигаться, как морской еж, в любом направлении без явных предпочтений? Или они будут обладать такой же симметрией, как мы, у них будут правая и левая, а следовательно, передняя и задняя стороны, а также выбор направления движения?

Почти все современные животные — заметное исключение составляют только губки, медузы, гребневики и кораллы, — а именно свыше 99 % ныне живущих видов имеют правую и левую стороны. Такие животные называются двусторонне-симметричными или билатериями. Трудно переоценить, насколько важную роль этот план строения тела сыграл в эволюции движения животных на Земле. Двусторонняя симметрия может быть полезна, если вам приходится ползать, как пяденице, по твердой поверхности, приподнимая и вытягивая переднюю часть тела, а затем перенося ее чуть дальше вперед. Способность переместить свое тело «дальше вперед» подразумевает, что ваше тело вытянуто вдоль какой-то оси и относительно этой оси у него имеются правая и левая стороны. Первые ползающие существа, вероятно, напоминали современных плоских червей.

Преимущества двусторонней симметрии для движения животных настолько велики, что очень мало кто из животных не используют этот принцип. Если у вас есть передняя и задняя стороны, это значит, что вы понимаете, в каком направлении вы двигаетесь, и ваши органы передвижения (те же ноги) могут специализироваться таким образом, чтобы перемещать вас в нужном направлении. Лево-правая симметрия также открывает возможность особенно эффективной локомоции благодаря завораживающим волнообразным движениям конечностей. Манта (скат) и кальмар совершают такие движения плавниками, а многоножки скользят, волнообразно перебирая своими крохотными ножками. Ни одно животное, обделенное подобной симметрией, не может состязаться в скорости и эргономичности с теми, у кого есть правые и левые конечности, будь то ноги или хотя бы просто складки кожи.

Однако разобраться в исключениях из этого правила совершенно необходимо, если мы пытаемся определить, какие возможности могут существовать на других планетах и может ли в этих мирах появиться жизнь, по своему физическому строению полностью отличающаяся от той, что мы наблюдаем вокруг себя. Немногие виды, не относящиеся к билатериям, — это в основном кораллы и медузы. Кораллы вообще неподвижны, медузы же вяло плавают в открытом океане, питаясь планктоном и мелкими животными. Далеко не очевидно, что симметрия оказалась бы для медуз бесполезной. Они, безусловно, сталкиваются с опасными и (относительно) быстрыми хищниками, такими как морские черепахи, и, казалось бы, у медузы, способной извиваться вправо-влево, а значит, быстрее плыть, было бы больше шансов спастись. Но, очевидно, в той нише, которую занимают медузы, польза от более совершенного способа уплывать от хищников попросту не перевешивает преимуществ от сохранения примитивного плана строения тела и образа жизни. Одна из главных причин разнообразия жизни заключается в том, что отличаться от большинства сравнительно одинаковых форм — зачастую уже преимущество.

Любопытно, что некоторые виды изначально двусторонне-симметричных животных утратили этот тип симметрии тела и вернулись к более примитивному плану строения, надо полагать, потому, что в той среде, где они обитают, подобная геометрическая организация дает какие-то преимущества. Изучая подобные случаи, можно многое узнать о том, какие условия будут благоприятны, а какие неблагоприятны для возникновения двусторонней симметрии на других планетах. Эти отступники — наши старые знакомые, иглокожие со своими амбулакральными ножками. Они отказались от привычной двусторонней симметрии в пользу лучевой. О том, что изначально по своему происхождению морские звезды и ежи были двусторонне-симметричными, известно благодаря их мелким свободно плавающим личинкам, у которых явно имеются правая и левая стороны. Когда же они находят подходящее место, чтобы осесть и превратиться во взрослое животное, одна половина их тела почти целиком отмирает, и они приобретают заметно круглую или звездообразную форму. Зачем же они это делают?

Ответ, вероятно, связан с их ножками. В такой среде, где трубчатые ножки дают преимущество, — например, на неровной, пересеченной местности или скользкой поверхности в очень вязкой текучей среде — двусторонняя симметрия, оказывается, не так уж полезна. При опоре на множество независимо действующих ножек направленность теряет смысл. Иглокожие и, как я подозреваю, их инопланетные аналоги осторожно передвигаются на тысячах крошечных ножек, получая достаточное сцепление, в то время как быстроногое двусторонне-симметричное животное будет постоянно поскальзываться и падать.

А как насчет инопланетян? Движение на Титане и Энцеладе

Теперь, когда мы рассмотрели эволюционные требования к движению, можем ли мы строить предположения насчет инопланетян и проверять их? На двух спутниках Солнечной системы, которые считаются наиболее вероятными кандидатами на наличие там жизни, есть весьма интригующие условия — большие объемы текучих сред, в которых могла бы существовать жизнь. На Энцеладе, спутнике Сатурна, под более чем 30-километровым слоем льда скрывается океан соленой воды. Недавний анализ данных с космического зонда «Кассини» показывает, что этот океан покрывает весь спутник и может достигать 30 км в глубину (для сравнения, Марианский желоб — глубочайшая впадина земных океанов — глубиной около 11 км, но большинство земных морей не глубже 3–4 км). Разница в температуре и давлении между океаническим дном на Энцеладе и ледяной поверхностью, должно быть, огромна; маловероятно, что все это разнородное пространство целиком населено живыми организмами.

Какие бы формы жизни ни возникли на Энцеладе, они обитают либо на границе океана и ледяной коры, либо на дне океана или плавают в самом океане. Если верно последнее, то нет причин, по которым стратегии, выработанные эволюцией на Земле, — перемещение с помощью гребных движений, реактивной струи или бьющихся ресничек — не оказались бы идеально пригодными и для Энцелада. Но на границе воды и льда возможно формирование другой экосистемы. В отличие от морского дна, на котором шла эволюция земной жизни, на Энцеладе твердое «дно» находится над жидким морем. Существам, осваивающим эту нишу, понадобится положительная плавучесть, чтобы не тонуть. Выталкивающая сила преодолеет силу тяжести и займет ее место, так что их «вес» будет тянуть их вверх.

Во многих отношениях вся эта экосистема будет напоминать морское дно, только вверх тормашками. Нет причин, по которым все сложные сообщества земного морского дна не могли бы существовать в перевернутом виде на границе воды и льда на Энцеладе. Инопланетные аналоги крабов могли бы бегать по нижней поверхности льда, черви и другие мягкотелые создания — рыть во льду ходы для укрытия, хищники с глазами, обращенными вверх, — плавать в воде, высматривая на льду существ, на которых можно наброситься снизу. Даже на Земле на нижней стороне айсбергов обосновалась простейшая экосистема из водорослей и организмов, ими питающихся. Впрочем, главная проблема подобной экосистемы в том, что мертвые животные, скорее всего, будут тонуть (так как твердые тела плотнее воды), лишая экосистему одного из главных источников пищи, поддерживающего жизнь на морском дне. Там не будет дождя органики из мертвого планктона — трупики там будут «возноситься» со «дна» и безвозвратно исчезать в глубинах!

У другого спутника Сатурна, Титана, на поверхности есть реки и озера, там идет дождь, размывающий горы и стекающий в море. Однако там чересчур холодно для жидкой воды — около минус 180 ℃. Жидкости на Титане — это углеводороды, которые на Земле были бы газами: метан и этан. Радиолокационные измерения, проведенные зондом «Кассини», показали, что, хотя там и нет бездонных глубин, подобных подледному океану Энцелада, некоторые озера Титана достигают в глубину 160 м, что сравнимо с озером Лох-Несс в Шотландии. Если в этих озерах есть жизнь, она основана на биохимии, столь непохожей на земную, что ее практически невозможно достоверно описать.

Однако механизмы, которые подобная жизнь может использовать для передвижения, вероятно, будут не слишком отличаться от тех, которыми пользуются животные озера Лох-Несс. О свойствах жидких озер Титана еще многое неизвестно, но считается, что они состоят в основном из метана, который в шесть раз более текуч, чем вода. Поэтому в обогащенном метаном озере стратегии движения, возможно, будут больше напоминать передвижение земных обитателей в воздухе, а не в воде. Эффективность гребных движений лапами или плавниками будет намного ниже, а движений микроскопических ресничек в текучей жидкости может оказаться вовсе недостаточно, чтобы удержать мелкие организмы на плаву в толще жидкого метана.

С другой стороны, тщательные наблюдения за отражениями солнечного света от поверхности показывают, что на Титане, скорее всего, не бывает волн выше нескольких миллиметров. Возможно, там практически нет ветра либо озера обладают большей густотой и вязкостью, чем представлялось ранее. Во время экспериментов в Лаборатории реактивного движения Калифорнийского технологического института были смоделированы условия, существующие на Титане, и обнаружилось, что там, вероятно, бензолы выпадают в виде снега, попадая в озера и образуя густой насыщенный раствор, наподобие солевого раствора Мертвого моря в Израиле. В такой среде реснички или реактивный сифон могут оказаться более полезными, а густая, липкая, как суп, консистенция жидкости будет крайне благоприятна для медленных, скорее даже роющих движений; там возможно даже появление трубчатых ножек. Но даже если относительные преимущества различных механизмов будут отличаться, арсенал техник движения останется прежним.

Мы не можем с уверенностью утверждать, что представленный обзор стратегий передвижения на Земле полностью исчерпывает все возможные стратегии во Вселенной. Но, начав разговор с физических характеристик движения, мы убедились, что практически все мыслимые механизмы уже реализованы на Земле. Если физическая среда иной планеты хотя бы отчасти напоминает земную, можно не сомневаться, что, по крайней мере, некоторые способы передвижения обитающих там животных покажутся нам очень знакомыми. Конечно, должны существовать и весьма странные планеты, населенные странными существами, передвигающимися странными способами, но в большинстве иных миров будут наблюдаться ограничения, близкие к земным, и, соответственно, похожие решения. Механика движения слишком однозначна, слишком последовательна, чтобы допускать возникновение совсем уж невероятных стратегий передвижения. Живые организмы, обитающие во Вселенной, скорее всего, передвигаются так же, как земные.

Разумеется, может оказаться, что инопланетные создания физически резко отличаются от тех, что окружают нас. Возможно, они могут беспрепятственно проходить сквозь твердую породу, потому что сами не твердые. Могут ли существовать газообразные существа? Мы не можем полностью исключать такой возможности, но считаем ее маловероятной, потому что жизнь по своей природе, по-видимому, связана с концентрацией энергии в одном месте, а не с рассеиванием ее. Но даже если допустить возможность существования газообразных инопланетян, можно не сомневаться в том, что они встречаются редко по сравнению с заключенными в некую оболочку существами вроде нас, чей выбор ограничен элементарным набором стратегий передвижения, как это происходит на Земле.

Таким образом, мы можем быть уверены, что большинство инопланетных животных окажутся двусторонне-симметричными. У многих обитателей границы между твердой и текучей средами непременно будут ноги, которые, вероятно, не сильно отличаются от знакомых нам. Инопланетянам, живущим в неплотной текучей среде наподобие воздуха, придется парить, словно аэростатам, или использовать воздушные потоки для создания подъемной силы, чтобы не упасть. Обитатели более плотной текучей среды, такой как вода, могут обладать нейтральной плавучестью, при этом двигаться вперед за счет гребли, изгибания тела или реактивной струи. Как это ни удивительно, инопланетный ландшафт скорее всего покажется нам узнаваемым с первого взгляда, всего лишь благодаря знакомым способам передвижения обитателей этого мира!

5. Каналы коммуникации

Выйдите прогуляться в лес, и вы окажетесь среди животных — чирикающих, шуршащих, пищащих. Невозможно не заметить звуков, которые издают мириады существ вокруг вас. Но о присутствии этих животных вам расскажут и другие органы чувств: вы видите черного дрозда, который прыгает по земле, задрав хвост; вас раздражает прикосновение комара к вашей коже; а возможно, вы чувствуете запах лисьего семейства или, что еще вероятнее, кучи конского навоза на ближайшей тропинке для верховой езды. Ясно, что у нас не одно, а целый спектр чувств — зрение, слух, обоняние, осязание и вкус, но мы редко задумываемся о том, как различные чувства дополняют друг друга, давая нам информацию об окружающем мире, в том числе о животных, занятых своей повседневной жизнью. Некоторые из этих знаков и сигналов, воспринимаемых каждым органом чувств, адресованы либо нам, либо другим животным, иные — всего лишь побочный продукт обычной деятельности животного: пчела жужжит, когда машет крылышками в полете, буковые орешки сыплются вниз, когда белка мчится по деревьям.

[55] Стивен Джей Гулд. Удивительная жизнь.

[56] Скорость движения морских ежей на амбулакральных ножках (некоторые «шагают» и на иглах) — несколько сантиметров в минуту, но двигаются они очень мало. Морские звезды чуть шустрее, особенно если их потревожить, — несколько десятков сантиметров в минуту. — Прим. ред.

[58] В оригинале fearful symmetry — метафора из стихотворения Уильяма Блейка «Тигр», отсутствующая во всех его русских переводах. — Прим. пер.