Любовь и смерть в живой природе. Брачные игры животных, обряды прощания и другие причуды биологии

Все эти электрические процессы занимают миллисекунды, и вы их даже не замечаете. Черточки, которые вы расшифровываете, приобретают смысл автоматически благодаря сложной нервной системе, происхождение которой насчитывает более миллиарда лет. Историю мозга отличает один существенный факт. Самый невероятный факт на свете.

Назад в прошлое

Представьте себе безумного нейробиолога с ключами от машины времени. Что он увидит, отправившись прошлое? Ученый нажимает на кнопку, и – паф! – время бежит вспять. Первым делом биолог замечает, что мозг наших предков сужается. Объем мозга составляет 1350 см

, и он в два раза больше, чем у человека умелого (Homo habilis), который жил около двух миллионов лет назад. А его мозг в два раза больше, чем у нашего общего предка с шимпанзе – примата, который жил около восьми миллионов лет назад. Любопытный исследователь решает ускориться, и машина уносит его еще дальше в прошлое – на 550 миллионов лет назад. И он натыкается на нашего предка… который больше всего напоминает бесхребетного угря.

Ископаемые остатки наподобие пикайи (Pikaia gracilens) ученые обнаруживают и по сей день. Чтобы понять, как выглядел этот наш дальний родственник, достаточно посмотреть на таких ныне живущих существ, как ланцетник (Branchiostoma lanceolatum). Это небольшое мягкотелое морское животное отличается примитивной анатомией: подобие глаз и рот спереди, анус и плавник сзади.

Как и в случае с ланцетником – и впервые в истории эволюции, – пикайя обладала нервной системой, сдвинутой ближе к передней части тела, чем к задней. Образовался нарост – предшественник мозга. Процесс «цефализации» (от греч. kephale – «голова») произвел настоящую революцию.

Углубляясь все дальше в прошлое (уже примерно на 700 миллионов лет назад), наш путешественник во времени обнаруживает диффузные нервные системы: сеть скоплений нейронов – ганглиев, – равномерно распределенных по всему телу. Все они выполняют примерно одни и те же функции: позволяют ощущать окружающую среду и заставлять организм реагировать в зависимости от этих ощущений. Эти нервные узлы до сих пор обнаруживают у морских звезд или медуз. Биолог наблюдает эти первые наброски нервной системы и пытается проследить их будущее. Он решает, что, пожалуй, все-таки не станет ждать несколько сотен миллионов лет, пока эволюция не превратит эту примитивную нейронную сеть в мозг, способный читать научно-популярные книги. Но ученый любопытен и не собирается останавливаться на достигнутом.

Биолог отправляется в путь – к моменту возникновения самого первого нейрона, основы всей нервной системы. В эти самые секунды около 80–90 миллиардов нейронов, из которых состоит ваш мозг, коммуницируют посредством 100 миллиардов соединений[9 - Или 10

. Эта цифра приблизительна, но… да, в общем, это много. Сама эта «электронная картина» называется коннектомом. Исследователи приложили огромные усилия (как, например, пятилетнее исследование Human Connectome Project), чтобы попытаться составить карту сетей, из которых состоит человеческий мозг.] и координируются друг с другом, чтобы вы могли прочесть эту главу. Они отвечают и за дыхание, и за множество других жизненно важных физиологических процессов.

Путешествие нейробиолога еще далеко от завершения, ведь история мозга на этом не заканчивается. И действительно, гены, позволяющие нейронам приходить в состояние возбуждения и передавать электрический импульс, возникли задолго до того, как пикайя использовала свои ганглии, чтобы передвигаться наподобие волны. И даже задолго до того, как первые нейронные сети сформировались в студенистой плоти первых медуз. И, само собой, до того, как возникли многоклеточные организмы.

Гены путешествуют во времени, переходя от одной особи к другой на протяжении многих поколений, и некоторые ведут свой путь из глубин истории. Возраст горстки генов, необходимых для передачи электрического импульса нейронам, может насчитывать… четыре миллиарда лет.

Семантическое отступление

Итак, прервемся на паузу. Читая эти строки, вы можете решить, что за этим неотвратимым движением от простого к сложному кроется чья-то невидимая рука, но в природе дело обстоит иначе. С одной стороны, эволюция не всегда стремится к сложности. Анатомия паразитов, которые представляют 40 % всех видов, существенно упрощается на протяжении поколений, как и их нервная система. С другой – и мы в этом еще убедимся на страницах книги – эволюция всегда движется методом проб и ошибок, это череда слепых процессов, которые в итоге разрешаются организованными системами только по той причине, что все это действо растягивается на очень продолжительное время.

Проблема в том, что наш язык укоренен в нашей повседневности, которая ориентирована на то, чтобы достичь целей: мы действуем с целью получить что-либо взамен, почти за каждым нашим действием стоит какая-то причина. То есть наша речь не очень подходит описывать те слепые процессы, которые не «знают», к чему они движутся, хотя в этой книге вы часто будете встречать формулировки с оттенком некой завершенности: «с течением эволюции возникло такое-то свойство…» или «этот организм в своем развитии движется к тому-то…»

Хотя я стараюсь по возможности избегать этих формулировок, не забывайте, что это скорее те ограничения, которые отличают наш способ выражать мысли, чем истинное описание процессов в природе! Гены не развиваются для чего-либо, бактерии ничего не хотят, но гораздо проще написать именно это, чем выдумывать витиеватые перифразы. На этом покончим с отступлением.

Электрические бактерии

Гюроль Сюэль – исследователь Калифорнийского университета в Сан-Диего, он изучает биопленки из бактерий. В последние годы взгляд на бактерии как на обособленные организмы уступил место новой интерпретации: теперь мы знаем, что они способны организовываться в сообщества, в так называемые биопленки. Эти тонкие слои, состоящие из миллиардов особей, находятся повсюду: в океане, в нашем водопроводе, на листьях деревьев и даже на зубах в виде налета[10 - Кстати, отличная идея – почистить зубы в промежутке между двумя разделами.]. Сообща бактериям проще противостоять враждебной среде с помощью разделения труда: бактерии на поверхности выполняют функции защиты, а бактерии под ней берут на себя питание. Но любое сообщество требует коммуникации, и в 2015 году команда во главе с Гюролем открыла, что в пределах пленки бактерии способны общаться посредством электрических импульсов.

Бактерии вырабатывают ионы калия благодаря каналоподобным белкам, расположенным в их стенках. Затем ионы калия перемещаются к бактериям по соседству, которые выделяют еще больше ионов калия, и сигнал постепенно доходит до клеток на периферии.

Благодаря этому электрическому сигналу они передают информацию, которая используется, чтобы заморозить механизмы дупликации их сестер, когда запасы пищи подходят к концу. Эта система коммуникации бактерий является прообразом механизмов, действующих в нейронах[11 - Причем весьма неторопливый, поскольку калий передается со скоростью несколько миллиметров в час. Для сравнения: некоторые нейроны в вашем теле передают электрические сигналы на скорости свыше 100 метров в секунду!]: в мозге человека они передают электрические сигналы, высвобождая (среди прочего) ионы калия за пределы клетки! Это создает разницу в электрическом заряде между внутренней и внешней частями клетки, и эта разница в полярности проходит через мембрану от одного конца нейрона к другому.

Этот сложный механизм, потенциал действия, работает благодаря каналам, похожим на те, которые высвобождают калий у бактерий. Эти каналы встречаются у всех живых организмов на планете: растений, грибов, животных, бактерий и так далее.

Биопленка глазами художника

Другими словами, эволюционное происхождение механизма в основе процесса чтения, которым вы заняты прямо сейчас, восходит к нашему общему с бактериями предку, который существовал несколько миллиардов лет назад.

Если взглянуть на этот факт с такого ракурса, то он заслуживает восклицания «Эврика!», как и любое откровение: вы же вот прямо сейчас читаете буквы, которые создают целую фразу! Ваши нейроны, объединенные в сложные специальные зоны, каждую секунду высвобождают ионы калия, как это делали наши предки миллиарды лет назад… и все это происходит при помощи тех же самых белков.

От одной мутации к другой возникали всё новые свойства, некоторые из них проходили отбор, одноклеточные организмы становились многоклеточными, развивались новые нейроны и так далее.

И одновременно со всем этим один ледниковый период сменялся другим, метеориты опустошали целые континенты, а извержения супервулканов изменяли состав атмосферы нашей планеты. Затем образовались нейронные сети – сначала простые, а затем сложные, голова, мозг, специализированные области, – и вот все это наконец проходит перед вашими глазами при помощи замысловатых черточек на клочке бумаги…

Свойства старше нас

Все вышеизложенное – лишь попытка очертить ту глубину времен, из которой происходят такие свойства человеческого организма, как мозг или нейроны. На самом деле любая другая часть нашего тела может рассказать подобную историю. Наш пищеварительный тракт, наши глаза, кожа и зубы также следовали невероятными эволюционными траекториями, пока мы наконец не приобрели их в нынешнем виде. На самом деле то же самое можно сказать о любом признаке любого другого живого существа на планете. Листья папоротника, вомероназальный орган у рептилий и млекопитающих, который реагирует на феромоны, ротовые органы тихоходок в виде стилетов – все эти органы формировались постепенно, и их происхождение в большей или меньшей степени соотносится с нашим.

Изучая происхождение унаследованных организмами свойств, на самом деле мы проливаем свет на их родство. Наша нервная система делит свое происхождение с нервной системой позвоночных и еще шире – всех животных, но также восходит и к бактериям докембрия.

Урок эволюционной биологии, а особенно того ее раздела, который занимается построением родственных связей между всеми живыми существами (филогенетики), стоит того, чтобы задуматься над ним. Например, именно благодаря ему мы знаем, что бумага, на которой напечатана эта книга, является переработанной частью нашего дальнего родственника, с которым мы разошлись 1,5 миллиарда лет назад.

То же самое относится к организмам, которые прямо в эти секунды прыгают по вашим ресницам, – они тоже наши дальние родственники – или любому другому живому существу на планете. У вас есть общий предок с молотым кофе, который вы утром залили кипятком, с бактерией, ответственной за ваше последнее пищевое отравление, и так далее: в конечном счете, мы все имеем общего предка. Все живые существа принадлежат к одному гигантскому генеалогическому древу, корни которого уходят в саму жизнь – вплоть до универсального предка всех современных форм жизни.

Сопоставив гены, общие для всех организмов, мы можем не только представить себе, как выглядел этот последний универсальный общий предок (LUCA, Last Universal Common Ancestor), но и определить, когда он жил. По последним подсчетам, его возраст составляет 4,5 миллиарда лет назад, то есть он приходится на катархейское время.

Этот кошмарный период, когда поверхность Земли была изрыта метеоритами, окутана невыносимой жарой и пропитана всепроникающей радиацией, был родным домом для нашего нереально крутого предка – все эти условия совершенно не мешали ему процветать и размножаться. С тех пор его потомки приобрели множество биологических способностей (некоторые, например, позволяют нам читать), и я считаю, что уже просто быть звеном этой непрерывной цепи живых существ, участвовать в этой генной эстафете, которая не прерывается уже несколько миллиардов лет, – факт решительно невероятный.

2. Мы ничего не знаем о жизни

Что такое жизнь? Все просто: это все то, что живет, как и мы с вами. И тем не менее большинство ученых и по сей день продолжают ломать голову над этим вопросом.

Некоторым людям повезло освоить профессию с очень классным названием: офицер планетарной защиты. Их задача – следить за тем, чтобы различные объекты, которые мы отправляем на другие тела Солнечной системы (зонды, планетоходы и всякие накрахмаленные флаги[12 - На Луне астронавты оставили совершенно абсурдный набор предметов: мешки с экскрементами, мячи для гольфа, семейные фотографии, памятные предметы и, очевидно, техническое оборудование, которое они решили не забирать на Землю.]), не несли на себе земные организмы и не загрязняли их земными формами жизни. Поэтому большая часть их рабочего времени уходит на стерилизацию каждой детали тех объектов, которые отправятся «наверх», – особенно тех, что полетят к тем небесным телам, где могут обитать формы жизни, отличные от нашей: Марс, Энцелад[13 - Одна из лун Сатурна. Под толстой ледяной корой Энцелада находится жидкий океан.] или Европа[14 - Одна из лун Юпитера. Европа также обладает жидким и теплым океаном.].

Действительно, существует нравственный аргумент в пользу защиты космических объектов от потенциального загрязнения земными организмами. Некоторые даже считают, что для того, чтобы избежать малейшего риска, стоит вводить космический карантин[15 - Согласно так называемой гипотезе зоопарка, инопланетяне (более развитые, чем мы) отправили Землю на карантин. Этим аргументом пытались объяснить отсутствие контакта с этими существами издалека, которыми должна быть населена такая обширная вселенная. По логике этого космического зоопарка, за нами будут наблюдать без попыток вмешаться в ход истории до тех пор, пока мы не будем готовы к встрече с более развитой цивилизацией. До тех пор сохраняется вероятность, что такой контакт может нас уничтожить.] наподобие «Первой директивы» в сериале «Звездный путь». Она подразумевала бы запрет на отправку зонда до тех пор, пока мы не будем на 100 % уверены, что мы не вмешиваемся таким образом в развитие других форм жизни. Персонажи «Звездного пути» столько же раз отстаивают это правило, сколько и нарушают его, и мы тоже не колеблемся перед отправкой в космос самых разных роботов. Но нас должен беспокоить другой, более земной вопрос: а сможем ли мы распознать иную форму жизни, если она окажется прямо перед нами?

Блюз астероида

В 1976 году полозья аппаратов «Викинг-1» и «Викинг-2» коснулись красного гравия планеты Марс. Путешествие к красной планете заняло около года, после чего каждый робот приступил к четырем различным экспериментам. Однако у всех них была одна цель – собрать для исследователей достаточно информации для ответа на главный вопрос: есть ли жизнь на красной планете?

На борту обоих «Викингов» находились хроматограф и масс-спектрометр – инструменты для химического анализа грунта и обнаружения в нем органических молекул. Инструментами измеряли перенос газов между почвой и атмосферой (дышат ли марсиане?), способность этих гипотетических организмов к фотосинтезу, а также есть ли метаболизм у марсиан.

Результаты «Викингов» были отрицательными.

С тех пор другие роботы искали или продолжают искать следы биологической активности в марсианской химии, но пока инопланетяне предпочитают держаться в тени.

Жизнь? Ну это типа все живое…

Но достаточно ли точны эти измерительные приборы? В конце концов, если другие формы жизни развивались независимо от жизни на Земле, они могут радикально отличаться от нас.

Настолько отличаться от нас, что все наши измерительные инструменты вместе взятые не смогут их вычислить.

Если задуматься, то, когда мы отправляемся на поиски живого организма, мы строим гипотезы о его функциях, предполагаемом метаболизме, молекулах, которые он должен выделять в окружающую среду. И мы строим эти гипотезы на том основании, что все эти организмы сопоставимы с тем, что нам уже известно… а все наши знания могут оказаться ошибочными.

Ведь параллельная эволюция могла наделить марсиан совершенно иным метаболизмом, обнаружить который не могут все инструменты НАСА. Кто знает, может, спускаемые аппараты просто-напросто раздавили живые организмы, и никто этого не заметил, потому что наше представление о «живом» было построено по примеру земных организмов и применимо только к нашей собственной планете.

Короче говоря, если завтра мы споткнемся об инопланетянина, то вполне вероятно, что мы даже не поймем этого. И отсюда проистекает очевидный вопрос: а есть ли у нас точное всеобъемлющее определение жизни?

Ответ очевиден: нет. Ну вот, пожалуйста.

Странное утверждение. В конце концов, на интуитивном уровне мы знаем, когда перед нами находится живой организм, и можем описать его свойства: он состоит из клеток, растет, движется, размножается, осуществляет обмен веществ, является термодинамической системой, которая тратит энергию на создание локального порядка, он эволюционирует по дарвиновскому принципу с течением времени и так далее.

Сайгак сильнее тебя