Путеводитель зоолога по Галактике. Что земные животные могут рассказать об инопланетянах – и о нас самих

Вопреки популярному заблуждению, мы, зоологи, занимаемся не только поиском, определением и классификацией животных. Как и представители всех других научных дисциплин, мы стремимся объяснить то, что наблюдаем в окружающем мире. Задача зоологии и эволюционной биологии в целом – предлагать гипотезы, объясняющие природу жизни. Почему львы живут прайдами, а тигры охотятся поодиночке? Почему у птиц только два крыла? Почему, если уж на то пошло, у подавляющего большинства животных есть правая и левая стороны? Одних наблюдений недостаточно. Нам требуется вывести целый ряд законов для жизни так же, как физики выводят законы для звезд и планет. Если биологические законы универсальны, они будут действовать на другой планете так же, как закон всемирного тяготения.

Однако биология, несомненно, представляется изменчивой и непредсказуемой областью. Физик обладает точным пониманием того, как мяч скатывается с горы, и способен выдать вам набор уравнений, предсказывающих движение мяча с горы в любой точке Вселенной. Физические эксперименты проводятся в упрощенных, надежно контролируемых условиях, которых просто не бывает в мире биологии. Есть известный анекдот о том, как физик пытался вывести уравнения, предсказывающие поведение коня, и в конце концов объявил, что это возможно, но только для сферического коня в вакууме. Настоящие кони вне компетенции «физики», и физик сказал бы, что они непредсказуемы. Но почему движение мяча предсказуемо, а поведение коня нет?

Живые системы как будто бы не подчиняются строгим правилам, поскольку они чрезвычайно сложны. С математической точки зрения сложная система – это такая система, которая состоит из множества взаимозависимых подсистем. Оказывается, достаточно небольшой взаимозависимости сравнительно простых подсистем, чтобы поведение системы в целом обрело заметную сложность и непредсказуемость – хаотичность, выражаясь профессиональным языком. Попробуйте-ка предсказать, как поведут себя все взаимодействующие органы вашего тела. Или еще лучше, представьте себе каждую клетку в каждом органе или каждый белок в каждой клетке каждого органа – и так далее… Мельчайшие изменения одного элемента могут повлечь за собой непредсказуемый каскадный эффект. Даже простейшие формы жизни, безусловно, сложны. А сложные системы труднопредсказуемы.

Одно из самых досадных свойств непредсказуемой сложной или хаотической системы – то, что, сколько ее ни изучай, постичь все до единого ее секреты невозможно. Мы привыкли к мысли, что, если изучить что-то достаточно основательно, мы достигнем полного понимания предмета. На этой идее, как может показаться, и основана наука. Но теория хаоса гласит, что в некоторых случаях, даже если изучить систему в сто раз тщательнее, точность предсказания повышается всего в десять раз. Можно вкладывать все больше и больше ресурсов в исследование сложной системы, но получать лишь незначительные результаты. Игра явно не стоит свеч. К счастью, у сложных систем есть и другие свойства, называемые эмерджентными: при невозможности сделать точное предсказание, как именно они себя поведут, все же можно представить себе это в общих чертах. Например, конь будет щипать траву, пусть мы и не знаем точно, какую именно траву. На практике знание, что «конь будет щипать траву», для меня как биолога полезнее, чем знание, что «конь съест именно эту травинку». Вместо того чтобы предсказывать, как будет устроена инопланетная жизнь с биохимической точки зрения или из каких элементов будут состоять глаза инопланетян, мы можем сделать более общие предсказания – например, что биохимические процессы должны обеспечивать их энергией, или поставить вопрос, есть ли у них глаза в принципе.

Каковы же универсальные законы биологии, на основании которых можно делать надежные предсказания о жизни на других планетах? Первый и важнейший из них: эволюция сложных форм жизни происходит путем естественного отбора. Трудно переоценить значение этого процесса, который служит краеугольным камнем биологического знания со времен основополагающей работы Чарльза Дарвина. Естественный отбор – не только единственный известный механизм, способный создать сложное из простого (если отбросить гипотезу, согласно которой некая божественная сила направляет развитие жизни по пути усложнения), это также закономерный механизм, действующий не только на планете Земля и не только для «известной нам жизни». Если мы встретим во Вселенной нечто сложное – того уровня сложности, который позволяет назвать это «жизнью», – то своим существованием оно будет обязано естественному отбору.

Об универсальном характере естественного отбора уже написаны другие замечательные книги[6 - Докинз Р. Слепой часовщик / Пер. с англ. А. Гопко. – М.: CORPUS, 2015.], но мои соображения заходят столь далеко, что в следующем разделе мне придется подробнее объяснить, как следует понимать мое утверждение, что «инопланетные формы жизни возникли благодаря естественному отбору». Как отметил философ Дэниел Деннет, естественный отбор и разумный замысел практически одно и то же: накопление полезных признаков и отбрасывание вредных[7 - Деннет Д. Опасная идея Дарвина: Эволюция и смысл жизни / Пер. с англ. М. Семиколенных. – М.: Новое литературное обозрение, 2020.]. Проектируя самолеты или канцелярские скрепки, мы сохраняем полезные идеи предыдущих моделей. Отбор и проектирование, однако, различаются тем, что в случае проектирования присутствует долгосрочная цель, тогда как отбор видит лишь на шаг вперед. Жираф не «знает», что длинная шея будет полезной, но тем не менее в ходе эволюции приобретает ее.

В действительности именно эта недальновидность естественного отбора значительно облегчает нам предсказания, касающиеся инопланетной жизни. Нам не требуется строить глобальные прогнозы о том, какими «должны» быть инопланетные виды, достаточно лишь учесть условия на данной планете в данное время, чтобы знать, какие признаки возникнут с большой вероятностью. Допустим, если нам известна планета, где есть высокие деревья (или их аналог), можно предположить, что у некоторых животных будут длинные шеи, длинные ноги или что-то подобное.

У эволюции путем естественного отбора имеется еще одно полезное свойство: для нее практически неважно, каким способом осуществляются размножение и сам отбор. Как известно, Ричард Докинз изобрел термин «мем», обозначающий социальное представление или идею (например, религию), которая воспроизводится через общественную коммуникацию и конкурирует с другими идеями, по сути, эволюционным способом[8 - Докинз Р. Эгоистичный ген / Пер. с англ. Н. Фоминой. – М.: АСТ; CORPUS, 2013.]. Естественный отбор можно описать в строгих математических категориях, без привязки к какой-либо конкретной биологической системе или типу размножения. Вот почему эта концепция необычайно продуктивна, и ее простота и универсальность означают, что любой вероятный путь развития сложной жизни во Вселенной так или иначе вписывается в рамки естественного отбора. Естественный отбор не зависит ни от ДНК, ни от каких-либо специфически земных биохимических процессов. Поэтому нам не нужны точные знания о биохимии пришельцев – как бы она ни была устроена, она является продуктом естественного отбора.

До недавнего времени астробиология, то есть наука о внеземной жизни, традиционно сосредотачивала внимание на нескольких очевидных областях. В основном астробиологов занимает проблема происхождения жизни: как зародилась жизнь на Земле и какие из этого следуют выводы о возможности возникновения жизни на других планетах. Появилась ли жизнь на нашей планете один раз или это происходило неоднократно? Произошло ли это чудесное событие в теплой мелководной лагуне, как предполагал Дарвин, или у жерл подводных вулканов, где горячая вода и изобилие минералов создают идеальную среду для странных и необычных бактериальных сообществ?

Другой существенный вопрос – какие могли бы существовать типы альтернативной биохимии? Возможно, жизнь на других планетах не использует ДНК для передачи наследственной информации, а возможно, инопланетная биохимия совсем непохожа на нашу – например, вместо воды в ней задействован какой-то иной растворитель. Этот вопрос особенно важен, так как многие планеты (включая некоторые и в нашей Солнечной системе) слишком горячие или слишком холодные, чтобы на них могла существовать жидкая вода. Однако в данной книге эти важные темы обсуждаться не будут. Мы собираемся рассмотреть вопросы, которыми редко задаются астробиологи, а именно: какой облик могли бы иметь сложные формы инопланетной жизни? Можно ли сделать какие-либо конкретные умозаключения об экологии и поведении инопланетных живых существ, опираясь на научный инструментарий и те подсказки, которыми мы располагаем на Земле?

Зоолог, смотрящий издалека на недавно открытый континент, будет переполнен идеями о том, какие существа населяют эти земли. И это, скорее всего, будут не праздные домыслы, а вполне обоснованные предположения, исходящие из знания огромного разнообразия уже известных нам животных, а также представлений о том, как адаптации каждого вида связаны с образом жизни: с тем, как животное питается, спит, находит партнеров для размножения, строит гнезда и т. д. Чем больше мы знаем об адаптациях животных, обитающих в «Старом Свете», тем правильнее могут быть наши догадки о тех, кто обитает в «Новом». Это и есть подход, который я собираюсь использовать при обсуждении инопланетной жизни: как бы она ни отличалась от земной, кое-какие сведения о ней можно получить из наблюдений за жизнью на Земле. Эволюционные процессы, характерные для нашей планеты, обусловлены силами и механизмами, которые с немалой вероятностью существуют и в других местах. Движение, коммуникация, сотрудничество – продукты эволюции, которые служат решением универсальных проблем.

Если у нас когда-либо состоится контакт с внеземной цивилизацией – разумными существами, а не просто микробами или медузами, – в некоторых вещах мы можем быть вполне уверены: они будут обладать теми или иными технологиями (в противном случае как бы мы с ними осуществили контакт?), а это подразумевает, что они способны к сотрудничеству и, следовательно, социальны. Но элементарное знание того, что такой-то вид социален, запускает каскад дополнительных эволюционных следствий. Подобно нам, инопланетяне могут быть жестокими и воинственными; но я готов поспорить, что социальность также невозможна без альтруизма. Если в центре Лондона приземлится корабль пришельцев, то, вне сомнений, члены его экипажа будут общаться между собой на каком-то языке, но какой может быть их речь – звуковой, визуальной или даже электрической, сказать заранее невозможно. Неважно, будет ли у пришельцев две ноги, много ног, или они вообще окажутся безногими, я полагаю, что главной общей чертой между нами и любой другой цивилизацией, которую мы встретим, будет речь.

Строгий научный анализ возможности существования внеземной жизни не так часто, но все же встречается. Мы знакомы с представлениями об инопланетянах по современному научно-фантастическому сериалу «Звездный путь» (Star Trek) и ничуть не более убедительными домыслами Герберта Уэллса в его романе «Война миров» (War of the Worlds). С тех пор как было установлено, что планеты – это самостоятельные материальные миры, не прекращаются попытки определить, есть ли на них жизнь. В 1913 г. британский астроном Эдвард Уолтер Маундер[9 - Помимо этой книжки, написанной весьма доступным языком и предназначенной для широкого круга читателей, Маундер был известен своим стремлением популяризировать астрономию. Вместе со своей женой Анни Расселл, которая также занималась астрономией и окончила Гертон-колледж в Кембридже в эпоху, когда женщинам не разрешалось получать ученые степени, он основал Британскую астрономическую ассоциацию – в пику Королевскому астрономическому обществу, куда женщины не принимались.] издал брошюру под заглавием «Обитаемы ли планеты?» (Are the Planets Inhabited?). В ней он со всей научной строгостью анализирует возможность существования жизни в Солнечной системе, рассматривая одну за другой каждую планету, Луну и даже Солнце (вероятность возникновения жизни на Солнце допускал такой выдающийся ученый, как Уильям Гершель, первооткрыватель планеты Уран). Поочередно он отвергает такую возможность для Меркурия, Марса, Луны и Солнца, приводя веские доводы, основанные на современных ему наблюдениях и измерениях. К его рассуждениям трудно придраться даже по сегодняшним меркам.

Однако его выводы зачастую были ошибочны. Наши представления о Вселенной ограничены не только нашими способностями к логическому рассуждению, но также исследовательскими возможностями и пониманием механизмов, которые отвечают за физические и биологические процессы во всем окружающем мире. Мы можем просто ошибиться в расчетах из-за того, что в наших знаниях не хватает какой-то мельчайшей детали. Маундер считал Венеру самой вероятной кандидатурой на роль обитаемой планеты в Солнечной системе, поскольку, по оценкам астрономов того времени, температура ее поверхности составляла около 95 ?, и они считали, что закрывающие планету плотные облака состоят из водяного пара. В наши дни благодаря более точным измерительным приборам (не говоря уже о космических аппаратах, высаживавшихся на Венеру) известно, что температура на ее поверхности ближе к 450 ?, а красивые белоснежные облака на самом деле состоят из сернистого газа и капель серной кислоты. Недостаток надежных данных всегда мешает поиску объяснений, но для нас, как и для Маундера, несовершенство данных не повод отказаться от постановки задачи.

Мы все хотим знать, как выглядят инопланетяне, но едва ли стоит полагаться на фантазии голливудских режиссеров. Веками люди представляли себе инопланетян либо как некие пародии на людей, либо как утрированные версии земных животных, например гигантских пауков или червей, способные лишь вызывать ночные кошмары. Темнота и неизвестность пугают нас так же, как пугали наших предков до изобретения электрического освещения, мы боимся, что «где-то там» нас могут подстерегать затаившиеся звери и демоны. Но сваливать в одну кучу «неизвестное» и «страшное» хорошо лишь в кино, для серьезного исследования такой подход не годится. Возможны ли более научно обоснованные предположения о внешнем виде инопланетян? Увы, даже самые добросовестные попытки серьезного обсуждения этого вопроса пока еще выглядят несколько комично – или являют собой откровенные домыслы.

В то же время поведение инопланетян предсказать гораздо легче, чем их облик. Внешний вид в большей степени продукт эволюционной случайности и причуд эмбрионального развития; поведение – более фундаментальная реакция на окружающую среду. У нас две руки и две ноги в основном из-за эволюционного стечения обстоятельств – наши предки, напоминавшие целакантов, пользовались четырьмя плавниками для передвижения по мелководью, где они обитали 400 млн лет назад. Эти четыре конечности достались в наследство всем современным потомкам древних рыб: амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим. Но если бы наш предок был иным – например, каким-нибудь ракообразным, – мы могли бы стать обладателями шести или восьми ног. А могло бы у нас оказаться нечетное число ног? Решайте сами после того, как прочтете раздел 4, – а заодно поразмышляйте, согласны ли вы с тем, что инопланетянам обязательно нужны ноги.

Поведение служит выполнению общих задач. Например, социальность (о которой пойдет речь в разделе 7) решает проблемы, возникающие во всех мирах, – проблемы, с которыми невозможно справиться в одиночку, такие как охота на животных крупнее себя или сооружение защитных жилых построек. Если инопланетные существа сталкиваются с проблемами, которые невозможно решить одному, то есть вероятность, что некоторые из этих существ станут социальными. Конечно, наше социальное поведение в целом специфично, и необязательно ждать от инопланетян, что у них будет религия, подобная нашей, или рыночная экономика, но существуют признаки социальности, которые должны носить универсальный характер. Само существование социальности обусловлено такими явлениями, как взаимовыгодное сотрудничество, альтруизм и конкуренция; это движущие факторы эволюции социального поведения, и они должны присутствовать у всякого по-настоящему социального вида.

Другие разделы этой книги посвящены столь же необходимым видам поведения, их эволюционному происхождению и вытекающим из них следствиям: коммуникация, разум, даже язык и культура играют важную роль в наших представлениях о том, что такое человек. Но даже эти «специфические» особенности человеческой природы не настолько уникальны, как представляется на первый взгляд. Эти черты нашего вида, возможно, окажутся общей почвой, сближающей нас с инопланетянами. Какая разница, зеленые они или синие, если у них, как и у нас, есть семьи и домашние животные, если они, как и мы, читают и пишут книги, заботятся о детях и родственниках?

В каждом разделе книги рассматривается тот или иной аспект поведения земных животных, который не уникален для Земли и попросту не может быть таковым. Мы всегда были склонны приписывать инопланетянам странную внешность, но нам нет нужды выдумывать для них необычное поведение – разнообразие форм и видов поведения здесь, на Земле, таково, что среди них обязательно найдутся те, которые будут общими с обитателями других планет. В разделе 2 я знакомлю читателей с этой идеей – объясняю, почему мы вправе судить о жизни на других планетах, опираясь на земные примеры. В разделе 3 обсуждается вопрос, что такое животное – применимо ли это определение лишь к земным существам или также к организмам, вообще неродственным земным. В разделах 4 и 5 речь идет о том, как животные – наши или инопланетные – передвигаются и общаются между собой. Эти две формы поведения предположительно можно встретить на любой планете, и они в достаточной степени ограничены физическими законами, чтобы можно было строить правдоподобные гипотезы о том, как они там будут проявляться. Раздел 6 посвящен трудно поддающемуся определению (и высоко ценимому) признаку – интеллекту, а именно тому, как животные познают окружающий их мир и решают возникающие перед ними проблемы. Мы все хотим верить в разумных инопланетян, и, как я продемонстрирую в этом разделе, их существование, похоже, и в самом деле неизбежно. В разделе 7 говорится о других свойствах, которые мы надеемся обнаружить у инопланетян: способности к сотрудничеству и социальности. Очень многие земные животные объединяются в группы, и на то есть веские причины, которые характерны не только для нашей планеты. В разделах 8 и 9 затрагиваются вопросы обмена информацией и непосредственно языка – признака, который, как считается на данный момент, отличает людей от всех других земных существ. В разделе 10 я обращаюсь к непростой проблеме искусственной жизни и рассматриваю, насколько сильно отличались бы иные миры от нашего, если бы их населяли не известные нам животные, а роботы или компьютеры. Наконец, в разделе 11 я попытался затронуть сложный философский вопрос: если разумные, говорящие, социальные инопланетяне на самом деле существуют, что это может рассказать нам о природе и уникальности человечества?

Возможно, мы делаем лишь первые робкие попытки понять природу внеземной жизни, но им предстоит сыграть важную роль в развитии астробиологии как научной дисциплины, в понимании науки о жизни как таковой и в подготовке к тому моменту, когда человечеству придется свыкнуться с осознанием того, что мы не одни во Вселенной. Вопросу о том, как наш вид отреагирует на обнаружение инопланетной жизни, пока еще уделялось недостаточно внимания[10 - Стивен Дик [ред.]. Последствия открытия внеземной жизни (The Impact of Discovering Life Beyond Earth by Steven J. Dick (ed.)).]. Массовой истерией и погромами? Всплеском религиозного фундаментализма или повальным разочарованием в религии? Или, может быть, как пелось в шлягере шестидесятых «Водолей» (Aquarius)[11 - Песня группы The 5

Dimension, 1969. – Прим. пер.], «планетами будет править мир, а любовь – двигать светила»? В любом случае, подготовиться к такому событию уж точно не помешает.

История науки – это история того, как человека постепенно лишали титула царя природы, и открытие внеземной жизни еще больше подтвердит то, что мы, люди, далеко не уникальны. А вдруг не подтвердит? Если биологи-эволюционисты, и я в их числе, правы, то мы разделяем общее наследие со всей жизнью во Вселенной. Пусть мы разного происхождения, пусть наша биохимия совсем иная и у нас может не быть общего предка с жителями других планет. Однако процесс, лежащий в основе жизни, у нас общий. Наша эволюционная история может быть не совсем такой же, как у жителей других миров, но внеземные зоологи по крайней мере смогут распознать в нас разумных существ.

Если мы живем в обществе, основанном на сотрудничестве, и то же самое можно сказать об инопланетянах, то выявление общих эволюционных корней нашей социальности – уже немалый шаг вперед. А затем, возможно – всего лишь возможно, – мы сумеем применить термин «человечество» в более широком и важном значении, чем «потомки группы человекообразных обезьян, бродивших по саваннам в одном крошечном уголке одного континента на одной крошечной планете на краю всего одной из миллиардов галактик».

2

Форма vs функция: что общего у обитателей всех миров?

В начале XIX в. легендарные ныне палеонтологи-любители Мэри и Джозеф Эннинги нашли на южном побережье Англии, на пляже в Лайм-Риджис, необычный скелет. Ученые, исследовавшие находку, затруднялись ее классифицировать: кости как будто принадлежали рыбе и в то же время рептилии. Это был ихтиозавр – морская рептилия, идеально приспособленная, чтобы быстро плавать, с удлиненным рылом и хорошо развитыми глазами. Большинству читателей это описание, скорее всего, напомнит современного дельфина, но, несмотря на явное сходство дельфинов и ихтиозавров, они столь же неродственны друг другу, как человек и тритон. Форма, то, как животное выглядит и ведет себя, неразрывно связана с функцией: с образом жизни животного, с тем, как оно получает энергию и как размножается. Эта связь – ключ к тому, как узнать что-то об облике инопланетян, не вдаваясь в художественные фантазии.

Я обещал, что мы будем опираться на законы биологии – те, что нам известны, – подобно тому, как опираемся на законы физики и химии в качестве фундаментальных, универсальных истин. Если природа Вселенной всюду одна и та же, значит, жизнь везде подчиняется одним и тем же законам. Но что собой представляют биологические законы? В этом необходимо как следует разобраться. Мы должны быть уверены, что не выдумаем несуществующий мир, населенный фантастическими существами, неверно экстраполировав земные наблюдения на другие планеты. Доверять собственным гипотезам – дело рискованное, ведь по большому счету они существуют только у нас в голове[12 - Дж. Б. С. Холдейн в своем эссе «Возможные миры» (Possible Worlds) писал: «Обычно философы, сконструировав нелепый мир, затем уверяются в том, что это и есть реальный мир».].

Вместо этого мы займемся поиском универсальных законов, абсолютных основ, задающих ограничения всему живому и определяющих его свойства. Тем не менее сохраняйте разумный скептицизм. Я могу и ошибаться. Однако на данный момент у нас накопилось достаточно знаний о биологической природе жизни и в особенности об эволюции живого, чтобы, на мой взгляд, можно было начинать экстраполировать это знание на другие планеты.

Наш основной метод, позволяющий сохранить связь с реальностью и не впасть в фантастические измышления, заключается в четком разграничении формы и функции. Все животные наделены определенными формами, которые поражают нас своим разнообразием. Мы восхищаемся яркой окраской бабочек и цветов, диковинной формой слоновьего хобота или бивня нарвала, воем волков и песнями горбатых китов. Многообразие форм животных проявляется как во внешнем облике, так и в поведении. Их телосложение, размер, цвет, наличие меха или перьев, хоботов, клыков, панцирей, щупалец и множества прочих приспособлений – вот что придает разным видам животных неповторимость. Их поведение – это способы добывать пищу, находить партнеров и взаимодействовать как с сородичами, так и с животными других видов. Но каждая из этих форм, облика или поведения, служит какой-то цели, играет определенную роль в эволюции. Иногда имеют место эволюционные «случайности», когда у формы нет функции, но она все-таки сохраняется – возможно, данная форма некогда была полезной (крылья у страуса), но больше не выполняет никаких задач, а эволюционных причин для ее изменения нет[13 - Пример не совсем удачный, крылья африканского страуса выполняют, по крайней мере, три функции: поддержания равновесия на бегу, демонстрации перьев при половом поведении и защиты кладки от солнца. Потому они и сохранились, а не редуцировались полностью, как у эму или киви. – Прим. науч. ред.]. Но большинство форм функционально: яркая окраска самцов птиц привлекает самок; хоботом слоны берут пищу и другие нужные предметы. Практически все наблюдаемые формы обеспечивают какие-то функции, благодаря которым у животного повышаются возможности жить, благоденствовать и выживать – даже если их преимущества не всегда очевидны.

Почему зебра полосатая? Ученые долгие годы спорили о возможных причинах. Сам Чарльз Дарвин подвергал сомнению популярное объяснение, согласно которому полоски служат маскировкой. В этой связи предлагались различные альтернативы: полоски сообщают противоположному полу о состоянии здоровья особи, сбивают с толку хищников психоделическим рисунком линий, которые кажутся подвижными, мешают кусачим мухам приземляться на животное или даже помогают охлаждаться благодаря микроскопическим воздушным вихрям, возникающим из-за разницы нагрева между черными и белыми полосами. И важно здесь не то, что кто-то был прав, а кто-то заблуждался. Суть в том, что всякое объяснение должно предполагать какую-то пользу, определенную функцию. Все известные нам формы жизни, которые мы наблюдаем вокруг, возникли в ходе эволюции потому, что обеспечивали конкретные преимущества.

Тем не менее иногда какая-либо форма жизни, не связанная со специальной функцией, может закрепиться просто благодаря случайности. Это особенно важно в тех случаях, когда популяция немногочисленна. Если люди будущего, осваивающие другую планету, или первые птицы, только начавшие заселять отдаленный остров, окажутся генетически близки между собой, этот недостаток генетического разнообразия отразится на будущих поколениях их потомков. В таких изолированных популяциях накапливаются случайные изменения, не полезные и не вредные, так что возникающие виды приобретают разный облик. При изучении новых видов – будь то на открытых планетах или на затерянных земных островах – нужна определенная осторожность, не следует считать, что всякая форма напрямую связана с конкретной функцией. Это явление называется нейтральным отбором, и его значение для эволюции все еще вызывает немало споров. Однако подобные типы форм, обусловленных случайностью, обычно заурядны и неброски, они не могут быть экстравагантными, ведь в конечном счете это может дорого обойтись их обладателям – как, вероятно, полосы зебр, из-за которых животные, что ни говори, лучше заметны для хищников.

Разграничение формы и функции – важный шаг, необходимый для того, чтобы избавиться от фантазий на тему облика инопланетян. Чаще всего воображаемые пришельцы принимают формы, подобные тем, что плодит Голливуд в кино и на телевидении, а это не более чем карикатурные люди с утрированными физическими чертами (глазами, зубами и т. д.), призванными подчеркнуть более абстрактные человеческие свойства (алчность, интеллект). Однако эта книга – не только о внешнем облике инопланетян, но и об их поведении. Законы биологии, общие для нас и внеземной жизни, имеют тенденцию ограничивать способы решения проблем, встающих перед живыми существами: как найти еду, как самому не стать едой и как оставить потомство.

В земных существах нас прежде всего поражают формы, а не функции: яркая окраска птиц, цветов и лягушек-древолазов; размеры синего кита; упорство льва, одолевающего буйвола. Но если задуматься, это разнообразие форм всего лишь отражение разнообразия функций. Животные так сильно отличаются друг от друга потому, что им приходится решать целый спектр разнообразных проблем: они ярко окрашены, чтобы привлекать партнеров или отпугивать потенциальных хищников; имеют крупные размеры, чтобы физически защитить себя от тех же хищников; обладают упорством, потому что им нужно добывать еду. Наши весьма общие и универсальные законы биологии, возможно, не позволяют конкретно предсказать, какие именно формы жизни существуют на других планетах, но мы можем в общем предположить, какие функции эти животные выполняют, и не сомневаться, что в пределах этих функций разнообразие форм окажется не меньшим, чем на Земле. Если на других планетах живут аналоги птиц, то эти птицы, как и на Земле, будут окрашены в самые разные цвета. Только мы не знаем, какие именно будут эти цвета и даже будут ли они теми «цветами», которые способен различить человек. На тот случай, если вас огорчает, что эта книга не даст вам ответа на вопрос, на самом ли деле инопланетяне зеленые, я скажу, что есть немалый плюс в том, чтобы начать разговор с функции, прежде чем перейти к форме. То, как инопланетные существа приспосабливаются к своей среде и задачам, которые та перед ними ставит, в конечном итоге куда интереснее, чем то, как они выглядят. По крайней мере, именно поведенческие адаптации с наибольшей вероятностью могут оказаться у нас и у них сходными, и, скорее всего, между нами и разумными инопланетянами будет больше общего в поведении, чем во внешнем виде. В этом разделе я надеюсь убедить вас в необходимости различать форму и функцию, а также постараюсь показать, почему функция гораздо важнее. Для этого нам придется заново обратиться к некоторым принципам естественного отбора и эволюции, а также объяснить, почему эти принципы должны быть общими для Земли и других планет.

Естественный отбор: универсальный механизм

Объяснить, как вообще могут существовать сложные формы жизни, гораздо труднее, чем представляется на первый взгляд. Сложная жизнь существует во Вселенной, где действуют самые неумолимые физические законы[14 - В частности, первый закон термодинамики, в соответствии с которым энергия не возникает и не исчезает («не бывает бесплатных обедов»), и второй закон термодинамики, согласно которому полезная энергия всегда убывает («без убытков не обойтись»).], согласно которым порядок стремится к хаосу, сложность – к простоте, информация – к бессмыслице. Капля чернил расплывается в стакане воды, дома ветшают, плоть разлагается. Философы бьются над определением жизни столько лет, сколько существует человечество, но любое определение, безусловно, должно включать эту способность противостоять всеобщему стремлению к хаосу: не изнашиваться, не разлагаться, не умирать. Если камень всегда стремится скатиться с холма, как поднять камень на его вершину? Если Вселенная представляется враждебной жизни, как тем не менее жизнь возможна? Необходимо рациональное объяснение, достаточно последовательное, чтобы показать, как жизнь может не только существовать, но и усложняться – явно вопреки неумолимым законам физики!

Вначале следует отбросить идею, будто сложная жизнь могла сразу возникнуть полностью сформированной, – это слишком маловероятно, разве что ей предшествовала еще более сложная форма жизни, сотворившая ее. Возможно, некое божество и в самом деле сотворило Вселенную в законченном виде, но в таком случае мы вообще не сможем судить о внеземной жизни. Все формы, краски и особенности поведения инопланетных существ будут не более чем прихотью их творца. Стивен Хокинг говорил, что замысел Бога постичь в принципе возможно, но только если изучить все законы физики во всей их полноте[15 - Хокинг С. Краткая история времени. От Большого взрыва до черных дыр. – М.: АСТ, 2018.]. До этого нам еще далеко.

Следовательно, жизнь начинается с чего-то простого. Как простая форма жизни может усложниться? Знает ли она, какие именно усложнения ей нужны? Мы можем представить себе, как человек решает, что неплохо бы изобрести бионическую руку, но трудно вообразить подобную прозорливость у примитивной клетки или молекулы (подробнее об этом пойдет речь в разделе 10). Мы ищем «подходящее» объяснение сложности живого, а подходящее объяснение должно быть исчерпывающим и не обращаться к внешним, трудно поддающимся определению явлениям (наподобие Бога) либо к явлениям, в возможность которых мы не верим (например, «знанию» молекулы о том, во что она хочет превратиться). Усложнение должно происходить само собой, поэтому необходимое условие полноценного объяснения – отсутствие в нем идеи предвидения, иначе мы не сможем применить его к древнейшим и простейшим формам жизни.

Даже если смириться с тем, что мы не знаем, как возникли первичные формы жизни, стоит объяснить, каким образом они могли усложниться. Как и подавляющее большинство современных ученых, я утверждаю, что естественный отбор, скорее всего, является универсальным и повсеместно применимым объяснением того, что жизнь стала гораздо сложнее с тех пор, как возникла 3,5 млрд лет назад. Но что такое естественный отбор и почему он должен быть универсальным объяснением сложных форм жизни?

На элементарном уровне принцип естественного отбора понять легко. Полезные признаки накапливаются. Одни новые признаки сохраняются, другие нет, но удачные идеи, разработанные предыдущими поколениями, не забываются. Ричард Докинз дал этому процессу простое и элегантное объяснение в книге «Слепой часовщик» (The Blind Watchmaker). Представим себе случайную последовательность из 20 букв, например SDFLKJFGOSDIFHGSOFGH. Шансы получить из них осмысленную последовательность, скажем The Blind Watchmaker, астрономически малы: примерно 1 к 42 миллиардам миллиардов миллиардов[16 - Для последовательности в 20 букв, если использовать 26 возможных букв латинского алфавита плюс знак пробела, количество возможных комбинаций 27

= 42 391 158 275 216 203 514 294 433 201.]. Никто не поверит, что порядок может возникнуть из хаоса случайным образом. Но если каждый раз при внесении случайных изменений в эту последовательность сохранять те изменения, которые соответствуют искомой последовательности The Blind Watchmaker, результат будет совершенно иным. Удачные нововведения – скажем, замена начального S (которого нет в конечной последовательности) на T (первую букву артикля The) – не исчезают, поэтому постепенно проявится наилучший, то есть «правильный» вариант. Примечательно, что при использовании такого метода «отбора» правильная последовательность получается примерно после 540 попыток – шансы улучшаются в 80 миллионов миллиардов миллиардов раз![17 - На «исправление» одного знака требуется в среднем 27 попыток (так как нужный знак – один из 27), поэтому ожидаемое суммарное число попыток 27 ? 20 = 540.]

Разумеется, у природы нет предвидения. «Правильной» последовательности не существует. Но бывают более удачные последовательности и менее удачные. Если удачные изменения накапливаются, наша последовательность улучшается. Можно вкатить камень на холм, если холм ступенчатый и есть возможность передохну?ть на каждой ступени. Продвигаемся каждый раз на одну ступень и дожидаемся возможности подняться на следующую. Вот суть естественного отбора, простая, элегантная и очевидная.

Но существуют ли еще какие-нибудь, альтернативные объяснения?

Примечательная особенность теории естественного отбора состоит в том, что ученые теряются, когда заходит вопрос о правдоподобных альтернативах. Обычно, когда объяснение природного явления вызывает сомнения, рассматривается и сопоставляется множество различных альтернативных гипотез, после чего предварительно останавливаются на самой убедительной из них (до тех пор пока в свете новых данных представления не изменятся). Например, свет может быть излучением видимых объектов или сенсорным лучом, исходящим из наших глаз (как полагали некоторые древнегреческие философы). Обе гипотезы могут считаться правдоподобными – пока не проведены надлежащие эксперименты, чтобы их проверить. На протяжении большей части классического периода истории сосуществовали идеи плоской Земли и шарообразной Земли, у каждой были свои сторонники и противники, пока в 240 г. до н. э. Эратосфен не провел свой блестящий эксперимент по измерению радиуса Земли (и в самом деле шарообразной).

Интересно, однако, что в случае с естественным отбором других серьезных альтернативных гипотез, объясняющих существование сложных организмов, не находится, если не считать нескольких совершенно неудовлетворительных и ненаучных версий.

Возможно, нам нужно подумать как следует; возможно, мы недостаточно сообразительны. Ответ: «Это единственное, что мне приходит в голову», – не отличается научной строгостью. Но, хотя отсутствие альтернатив не доказательство, это как минимум признак того, что естественный отбор – самая вероятная кандидатура. Все другие гипотезы, выдвигавшиеся для объяснения происхождения сложных форм жизни, в основном скорее описательные, чем объяснительные.

Например, можно допустить, что всемогущее Божество «руководит» конкретными изменениями формы и поведения живых существ, направляя их по эволюционному пути. Или же – что существует пока еще не открытая «жизненная сила», движущая видовыми изменениями. Или, быть может, при сотворении живого в него уже была заложена матрица его будущего развития, и «готовый план» человека ждал своего часа внутри бактерии. Все, что нужно, – это снять внешние слои, и вот они – мы. Но это лишь описание, а не объяснение того, как возникает сложность. У каждой человеческой культуры имеется своя история сотворения мира, и ни одна из них объективно не лучше другой. Истории ничего нам не объясняют, а мы очень хотим понять механизм, а не просто услышать историю.

Математический анализ дает нам весомые основания полагать, что естественный отбор может быть единственным объяснением жизни во Вселенной, и немалая доля наших представлений о том, что без естественного отбора эволюция жизни обойтись не могла, обусловлена математикой. Сами уравнения, возможно, несколько скучноваты, но только не стоящие за ними идеи. Одно из самых полных математических описаний того, как и почему происходит процесс эволюции, составил Джордж Прайс, замечательный, хотя и малоизвестный ученый XX в. Он был химиком, а не биологом и не математиком, но в сотрудничестве с двумя титанами эволюционной теории, Джоном Мейнардом Смитом[18 - Джон Мейнард Смит. Теория эволюции (The Theory of Evolution by John Maynard Smith).] и Биллом Гамильтоном, создал самое полное математическое описание причин эволюции. Рассказывают, что неотвратимость эволюционных сил произвела такое впечатление на Прайса, что он, бывший прежде убежденным атеистом, обратился в христианство, раздал все свое имущество, посвятил остаток жизни помощи бездомным, впал в глубокую депрессию и умер в нищете в трущобах[19 - Орен Харман. Цена альтруизма: Джордж Прайс и поиски истоков доброты (The Price of Altruism: George Price and the Search for the Origins of Kindness by Oren Harman).].

Один из ключевых элементов уравнения Прайса состоит в том, что и количественные характеристики какого-либо признака животного – например, длина его зубов, – и преимущество, которое дает это признак, изменчивы. У одних животных зубы длиннее, у других короче. Хотя более длинные зубы действительно могут быть преимуществом, это не всегда означает, что зубы в два раза длиннее окажутся для животного в два раза полезнее. Скорее, существует общая тенденция – чем длиннее зубы, тем больше преимущество. Прайс математически доказал, что скорость изменения признака в популяции со временем (скорость, с которой у потомков животных удлиняются зубы) зависит от так называемой ковариации между признаком и преимуществом, которое он обеспечивает, иными словами, от того, насколько тесно взаимосвязаны признак и его полезность. Если с удвоением длины зубов польза всегда удваивается, то длинные зубы распространятся в популяции как пожар. Если эта связь слабее – например, если удвоение длины зубов дает прирост пользы только на 10 %, и притом только в 50 % случаев, – то темпы эволюции будут гораздо медленнее.

Невозможно переоценить значение того, что на вооружении ученых появилась модель, позволяющая предсказывать ход эволюции. И эта модель не опирается ни на какие исходные данные, привязанные к Земле. Уравнение Прайса точно так же будет работать для любой экзопланеты в Галактике. Британский философ Бертран Рассел говорил: «Я люблю математику прежде всего за то, что в ней нет ничего человеческого, за то, что с этой планетой, со всей случайной Вселенной ее, по существу, ничего не связывает – за то, что, подобно Богу Спинозы, она не полюбит нас в ответ».

Некоторые из этих математических моделей можно представить наглядно. Вообразите, что вас высадили посреди гористой местности в густом тумане и велели добраться до вершины горы. Ландшафт вокруг вас называется ландшафтом отбора или адаптивным ландшафтом[20 - Графическая модель эволюции в виде карты. Термин и модель предложены американским биологом С. Райтом (1931) (БСЭ). – Прим. ред.]. Речь идет не о вашей приспособленности к жизни в горах, здесь имеется в виду совсем иное. В эволюционном смысле «приспособленность» определяется тем, насколько эффективно вы передаете свои гены будущим поколениям. Дело не только в вашей способности успешно выживать, но и в том, сколько у вас детей, сколько из них, в свою очередь, выживет, чтобы обзавестись собственными детьми, и так далее, поколение за поколением. В случае нашей наглядной аналогии – чем выше вы поднимаетесь, тем лучше вы приспособлены к своей среде и тем выше ваша эволюционная приспособленность; чем выше вы забрались по склону горы, тем больше потомства вам удалось вырастить. Сколько разных методов можно использовать, чтобы отыскать вершину горы? Хорошо, если у вас есть карта или вы можете разглядеть вершину горы и двигаться в этом направлении. Но если такой возможности нет, единственный способ найти дорогу – оглядеться вокруг, определить, с какой стороны рельеф повышается, и все время идти вверх. А если бы вам сказали, что нужно не идти вверх по склону, а придумать какой-то альтернативный способ добраться до вершины горы, вы бы справились с этой задачей? Других способов-то на самом деле и нет. Можно попробовать, например, перепрыгивать с места на место случайным образом, но математически нетрудно доказать, что этот способ неэффективен. Единственный доступный способ – маленькие шажки, локальные усовершенствования. А это и есть естественный отбор.