Kitabı oku: «Любовь и смерть в живой природе. Брачные игры животных, обряды прощания и другие причуды биологии»

Yazı tipi:

* * *

Посвящается моим бабушкам, которые наверняка довольно сдержанно отреагировали на все упоминания секса в книге. Или даже хуже – остались от них в восторге. О боже.

Всем тем, кто узнает себя в этих строках, поскольку вы попались мне под руку во время работы над книгой. Сочувствую вам, мне очень жаль (люблю вас, спасибо, что были рядом)

Пролог. Зачем читать эту книгу?

Вопрос явно не от французских читателей, но тем не менее вполне справедливый. В конце концов, существует множество занятных способов убить те мимолетные мгновения, которые отделяют вас от смерти¹. Итак, зачем же?

Во-первых, здесь много всяких шуток. Даже не знаю, ну если вас когда-нибудь увлекала тема половых органов чешуекрылых, то эта книга точно вам пригодится.

Во-вторых, благодаря таланту Алис Мазель здесь прекрасные иллюстрации. Но главное – эта книга изменит ваш взгляд на мир. Ну, во всяком случае она очень постарается.

Радости от взрыва мозга

Цель каждой главы этой книги – спровоцировать взрыв мозга. Поясню: это то самое чувство, которое вы испытываете, когда смотрите «Шестое чувство» и понимаете, что о боже да ведь Брюс Уиллис – привидение, или когда во время просмотра «Бойцовского клуба» до вас доходит – ДА ВЕДЬ ЭТО Ж НЕ ДВА ГЕРОЯ, А ОДИН, ДА ЛАДНО!² Короче говоря, понятие «майндфак» (увы, у него нет точного перевода на французский язык) в целом обозначает резкую смену перспективы, которая заставляет полностью пересмотреть все то, что мы считали само собой разумеющимся. Ну, здесь у нас все то же самое, только с поправкой на биологию.

До недавних пор эта наука, как мне кажется, отсиживалась на скамейке запасных. Все те великие и фундаментальные вопросы, которые напоминают нам о незначительности роли, отведенной нам в мироздании, оставались привилегией физиков или астрономов.

Мы – горстка атомов, большая часть которых зародилась во чреве звезд, которые носятся вокруг центра галактики на скорости 220 километров в секунду.

Или вот еще: ни один из этих атомов не остается неизменным с момента вашего рождения и до старости и на 99,9999999999999 % состоит из пустоты – настолько смехотворно мал объем ядра по сравнению с объемом атома. Ух ты, тут невольно задумаешься.

Почему произошел Большой взрыв? Как устроен квантовый мир? Что мы представляем собой в масштабах космических объектов Вселенной? Каждый из этих вопросов потенциально может взорвать мозг. Вероятно, физики продолжат ими заниматься, как они это благополучно делали и раньше³.

Шутки ниже пояса

Что касается биологов, то складывается впечатление, что они совершенно чужды этим сокровенным тайнам. У них просто нет времени! Ведь нужно измерить крылья синичке или рыть землю в поисках копошащихся там существ! И пусть все великие вопросы мироздания подождут! «А вы знали, что пенис утки имеет форму штопора?» – вот такие открытия, на взгляд биолога, гораздо больше напоминают откровение.

Ладно, я немного преувеличиваю. Тем более что некоторые бестселлеры от научпопа все-таки затрагивают биологию, но она вместе с тем часто рассматривается сквозь призму палеонтологии, то есть тех форм жизни, которые жили очень-очень давно и были очень-очень отличны от современных. Либо они опираются на игровые методы при помощи крайне странных примеров. Знаете ли вы, что некоторые лягушки держат свое потомство в желудке, пока оно не вырастет? Или что некоторые пауки из рода Xysticus умудряются взлетать, сплетая из собственной паутины парус и ловя им воздушный поток, который подхватывает и уносит их? Анекдотов хватает, а вот откровений, ставящих под сомнение отведенное нам место в космосе, – нет.

И тем не менее у биологии есть арсенал аргументов, способных взорвать вам мозг, и особенно – у эволюционной биологии.

1001 достоинство эволюции

Понадобилось несколько тысячелетий для того, чтобы люди поняли: все живые существа меняются с течением времени, и этот процесс подчиняется повторяющимся законам. Множество умов – начиная с натуралистических наблюдений Аристотеля в бухте Калони⁴ и вплоть до современных аспирантов, бросающихся в пучины геномных данных в поисках следов естественного отбора, – приложили огромные усилия, чтобы приподнять завесу тайны над тем, как функционируют кожаные мешки, набитые генами, то есть мы с вами. Благодаря их трудам сегодня эволюция – общепризнанная теория. Вся эта сумма объяснений позволяет нам осмыслить имеющиеся у нас данные о живом мире, а в некоторых случаях – даже предсказать его будущие метаморфозы. Короче, база заложена солидная.

Но главное – эта наука обладает удивительным свойством: она ставит под вопрос наше отношение к идентичности, к реальному или вымышленному характеру наших восприятий, к жизни, смерти, сексу, бабушкам, снова к сексу, к сознанию и оргазму. Этот потрясающий интеллектуальный инструмент не только объясняет нам, почему обитающие на Северном полюсе медведи – белые, а родственные им гризли – нет. Биология выносит мозг и по двум другим причинам, из-за которых эта книга делится на две части.

Во-первых, она заставляет задумываться о научных вопросах, о существовании которых вы даже не догадывались. Например, вы узнаете, почему для рождения ребенка нужны двое (почему не хватит одной особи? И почему 17 особей для этого дела – слишком много?), почему все мы однажды умрем и почему мы видим мир в цвете.

А во-вторых, биология меняет наш взгляд на то, что мы принимали как должное, и это прежде всего касается биологии вида Homo sapiens. Действительно ли мы – представители рода человеческого? Что отличает нас от остальных животных? Есть ли у нас какие-то пока неизвестные биологические способности? Во второй части книги, посвященной этим вопросам, я постараюсь изменить ваше представление о себе, опираясь на последние удивительные научные достижения.

Короче, как к этой книге подступиться?

Попробую ответить на ваш вопрос: постарайтесь немного положиться на удачу. Откройте книжку и, если вам приглянутся картинки, переходите к буквам. Или попробуйте начать с названий разделов. В общем, эту книгу точно не нужно читать строка за строкой.

Кроме того, я не рекомендую вам читать ее за один присест: книга довольно запутанная⁵, а еще здесь много⁶, очень много⁷ сносок. Это утомляет⁸. Кто вообще мог такое написать? Как бы то ни было, книга может быть достаточно неудобоваримой, так что не пытайтесь проглотить ее сразу целиком.

Небольшое уточнение: даже если вы знакомы с Ютуб-каналом Dirty Biology и уже заметили, что некоторые главы книги соответствуют опубликованным там видео, то вы сразу заметите, что темы здесь рассматриваются в несколько ином ключе и гораздо более подробно. В этом и заключается преимущество книги – в ней больше места.

Ее недостаток в том, что я не смогу прочесть ваши комментарии, так что при случае обязательно пишите мне. Приятного чтения!

Часть первая. Большие вопросы

1. Самый невероятный факт

Знаете ли вы, что некоторые бактерии создают электрические провода, которые работают по тому же принципу, что и наш мозг? Чтобы проверить, так ли это, давайте вернемся в прошлое на несколько миллиардов лет назад…

Блип-блип.

Где-то в кромешных глубинах океана, куда не проникают солнечные лучи, электрический импульс вспыхивает в неподвижности бездны. На самом дне под тяжестью толщи воды температурой 4°C скрыт провод – настолько крошечный, что он не заметен даже вооруженным глазом. Он пропускает сквозь себя электрический ток.

Блип.

Эта пульсация создана не человеком. Если вы приблизитесь, то увидите, что поверхность провода состоит из белков, а внутри нее активизируются ферменты. Этот провод – бактерия, которая живет, пропуская сквозь себя электроны.

Блип. Блип.

Дышать через провод

Во время клеточного дыхания наши клетки крадут электрон у молекулы (этот процесс называется окисление) и отдают его атому кислорода (восстановление). В результате высвобождается энергия, которая поддерживает жизнедеятельность организма. У нас все это происходит в отделе клетки, который называется митохондрия, на расстоянии нескольких микрометров.

Но электрические бактерии на дне живут в грунте с очень низким содержанием кислорода. Они придумали, как справляться с этой проблемой: бактерии создают провода длиной в несколько сантиметров прямо в осадке на дне и выбираются наружу там, где есть кислород. Электроны, отобранные у молекул веществ, которые содержатся в иле на дне, проходят через этот органический провод и передаются кислороду в океане, высвобождая энергию, которая поддерживает жизнь в бактериях из провода.

Блип. Блип. До 10 000 бактерий работают вместе, чтобы образовать эти провода, которые, в свою очередь, создают чрезвычайно плотные сети. Только представьте – электрические сети бактерий, которые буквально питаются электронами. Когда ученые открыли такие провода из бактерий, они испытали настоящий шок: по нашим масштабам, это все равно, как если бы две части нашего метаболизма эволюционировали на расстоянии 20 километров! На самом деле эти электрические бактерии были открыты не так давно, и вполне вероятно, что впереди нас ждет еще много сюрпризов. Более того, ученые выяснили, что бактерии Geobacter, которые не формируют совместные провода, а прокладывают нанопровода вокруг себя, нашли и другое применение электричеству. Они встречаются во многих экосистемах, в том числе и у нас во рту. Блип. Блип. Блип.

Чтение выносит мозг

Вы читаете эти строки сидя или лежа. За это время ваши глаза передают мозгу невероятное количество визуальной информации. Сама книга перед вами, цвет бумаги или монитора, изящные иллюстрации на страницах – вся эта информация поступает прямиком в затылочную долю, в заднюю часть вашего черепа. Далее она направляется к веретенообразной извилине слева и к медиальной затылочно-височной извилине, где все эти закорючки превращаются в буквы. Эти зоны левого полушария, необходимые для чтения, не берут на себя всю работу: распознать смысл слов и вспомнить их произношение помогают лобная доля и височная доля. Посмотрите, как выглядит ниже идеограмма «мозг». Без информации, которая помогла бы расшифровать ее, вы увидите только рисунки – то же самое относится к буквам и словам в нашем языке.

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 см³, 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 соединений⁹ 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 налета¹⁰. 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 нейронах¹¹: 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.

1.Это не угроза, а факт.

2.Простите за спойлеры, но если до сих пор не видели эти фильмы, то с определением приоритетов у вас дела плохи.

3.Я имею в виду прекрасные книги «Космос» (СПб.: Амфора, 2015) Карла Сагана и «Краткая история времени» (М.: АСТ, 2021) Стивена Хокинга.

4.Крупнейшая бухта острова Лесбос. – Прим. науч. ред.

5.Как и сама наука, так что #биологиянашевсе.

6.Сноски изобрел Ричард Джугг, придворный печатник королевы Елизаветы.

7.Королевы Елизаветы I, которая жила в XVI веке.

8.Более того, они не всегда содержательны. Но вы всегда можете их пропустить!

9.Или 10¹⁴. 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.

10.Кстати, отличная идея – почистить зубы в промежутке между двумя разделами.

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!