Инопланетяне и инопланетные общества. Руководство для писателя по созданию внеземных форм жизни
Шрифт:
Сходство становится ещё более поразительным, если разделить «пловцов» на подклассы в зависимости от того, каким образом они плавают — например, все «галанщики»[11] типа морских свиней, ихтиозавров, меч-рыбы и акул, плавают, шевеля плавником в задней части тела, и при этом рулят и стабилизируют положение при помощи других плавников. Де Камп выделяет три таких способа плавания и указывает, что практически все крупные водные животные используют один из них и обладают общим типом формы тела, соответствующим этому способу.
Подобных примеров великое множество; иногда здесь участвуют целые комплексы признаков, которые могут быть явно взаимосвязанными, а могут и не быть. В Южной Америке есть семейство птиц под названием якамары; в Африке есть другое семейство,
Почему так должно быть? Почему все многочисленные животные, которым приходится перемещать массивное тело в воде, должны делать это всего лишь несколькими способами? Почему обитающие вдали друг от друга семейства птиц должны выглядеть и вести себя одинаково во многих отношениях?
В случае с якамарами я не знаю ответа. Мне не ясно, почему должно существовать так много параллелей. Почему, например, тот тип окраски, который благоприятствует щуркам и якамарам, так часто идёт в связке с их образом жизни? Вероятно, существует такая причина, которая просто не приходила мне в голову; якамары, щурки и, вполне возможно, некоторые люди, которые написали о них докторские диссертации, знают о том, чем они занимаются, больше, чем я.
Случай с плавающими животными менее замысловатый; он подводит нас к другой линии рассуждений, которая подтверждает ожидание того, что сходные условия порождают сходные формы жизни. Первой линией было простое наблюдение того, что конвергентная эволюция действительно имеет место. А вторая — это причина, по которой она должна происходить: в ходе эволюции жизнь подчиняется тем же инженерным принципам, что и любая машина, сконструированная человеком.
Эволюция — это не самый лучший инженер; она зависит от метода проб и ошибок гораздо сильнее, чем было бы позволено какому-нибудь инженеру из числа людей. Но конечное требование в обоих случаях одно и то же: результат должен работать. Он не обязательно должен работать идеально — просто достаточно хорошо, чтобы успешно конкурировать с чем-либо по соседству. Несомненно, вы с болью осознаёте, что это справедливо и в отношении промышленного дизайна: сколько продуктов из тех, что вы покупаете, представляют собой действительно оптимальные дизайн и конструкцию? В отношении эволюции это особенно справедливо. Организму, который уже может использовать доступный источник пищи успешнее, чем кто-то ещё, кто пытается это сделать, нет необходимости делать это ещё лучше. (На самом деле эта способность в итоге может превратиться в его эволюционный недостаток. Если он эксплуатирует свои ресурсы слишком успешно, то он может уничтожить весь их запас, а значит, и самого себя. Ярким примером этого может стать наш собственный вид, если не будет вести себя более осмотрительно.)
Кроме того, из-за того, что эволюция протекает так медленно, в её реакциях на изменения окружающей среды всегда существует «отставание фазы». В начале ледникового периода многие живые организмы будут бороться за выживание при помощи экипировки, предназначенной для более тёплых условий. Если ледниковый период будет достаточно долгим, со временем эволюция может породить флору и фауну, хорошо приспособленную к холоду, но в дальнейшем, когда ледниковый период закончится, они окажутся плохо приспособленными к теплу.
И эволюция, и инженерия будут стремиться создавать устройства (особым случаем которых являются живые организмы), которые, как минимум, достаточно хорошо делают ту работу, для которой они предназначены. Те, у кого это не получается, будут вытеснены другими, кто больше преуспел в этом; эволюция и инженеры постоянно испытывают новые конструкции. Будет ли работать конструкция, или нет, определяют те же самые физические принципы, которые управляют всем остальным в физической вселенной. Например, животные, которые ведут плавающий образ жизни, должны уметь быстро перемещаться по воде, не затрачивая слишком много энергии. У морской свиньи в форме морской свиньи это получится; у прямоугольного блока — нет. Так что вы не встретите прямоугольных пловцов, но обнаружите много обтекаемых.[13]
В качестве примера того, насколько глубокое влияние оказывает на жизнь инженерный принцип, давайте рассмотрим один особенно важный принцип и некоторые из его биологических последствий.[14]
ЗАКОН КВАДРАТА-КУБА
Если вы увеличиваете (или уменьшаете) линейные размеры какого-то объекта в определённое количество раз, то любая площадь, связанная с ним, увеличивается или уменьшается в это количество раз, взятое в квадрате, тогда как его объём увеличивается или уменьшается в это количество раз в кубе. Например, если вы возьмёте стеклянную сферу диаметром в один сантиметр, то у сферы из того же стекла диаметром в два сантиметра площадь поверхности будет больше в четыре раза, а объём — в восемь раз.
Само по себе это может показаться просто чем-то любопытным, но практические последствия этого для жизни довольно глубоки. Применительно к сфере всё, что пропорционально площади, также изменится на линейный масштабный коэффициент, взятый в квадрате, а всё, что пропорционально объёму, изменится на масштабный коэффициент в кубе. Например, количество краски, нужное для покраски двухсантиметровой сферы, будет в четыре раза больше, чем для сантиметровой, но двухсантиметровая сфера весит в восемь раз больше, чем сантиметровая.
Многие величины, важные для жизни, представлены связанными парами, одна из которых пропорциональна квадрату, а другая — кубу линейных размеров. Поскольку при изменении размера две величины в этой паре изменяются не в одинаковое количество раз, вы не сможете просто произвольно изменять размер организма, сохраняя всё остальное неизменным.
Рассмотрим, например, массу тела и силу. Люди часто удивляются тому, что некоторые насекомые могут совершать прыжки, во много раз превышающие длину своего тела, но мы тоже смогли бы это, если бы нас уменьшили до размеров насекомого. Рост мужчины может составлять 180 см, а длина сверчка — 1,8 см. Человек ростом 1,8 см, то есть, уменьшенный в сто раз, но в остальном сложенный в точности как обычный человек, обладал бы силой в одну десятитысячную (пропорциональной площади поперечного сечения мышц и костей рук и ног), но весом всего лишь в одну миллионную (пропорционально общему объёму) от исходного. Таким образом, он обладал бы в сто раз большей силой, доступной для подъёма каждого грамма его тела, и он, естественно, смог бы прыгнуть гораздо дальше.
Разумеется, если бы он вообще смог жить. К несчастью для нашего потенциального лилипута, сила и вес — это не единственные вещи, на которые влияют изменение размеров и закон квадрата-куба. Уменьшение объёма и, следовательно, массы тела в миллион раз означает, что нужно будет снабжать пищей и кислородом гораздо меньший объём биомассы; но это также означает, что скорость потери тепла за счёт его излучения с кожи снижается лишь в десять тысяч раз. Таким образом, каждый грамм этого маленького тела теряет тепло в сто раз быстрее, чем каждый грамм тела взрослого человека. Поскольку для функционирования организма как человеческого существа требуется поддержание постоянной температуры 37°C, малышу, при прочих равных условиях, в пересчёте на один грамм придётся питаться и дышать в сто раз интенсивнее, чем вам или мне. Мы могли бы съедать за день одну пятидесятую часть веса своего тела; уменьшенным в сто раз, нам пришлось бы съедать вдвое больше собственного веса — и соответствующим образом ускорить частоту дыхания и пульса, чтобы получить достаточное количество кислорода для окисления всей этой пищи. Вот причина того, что у мышей, землероек и певчих птиц такая высокая скорость обмена веществ («есть как птичка» — это совсем не то, что мы имеем в виду в разговорной речи!), и ещё того, почему вы не найдёте теплокровных существ значительно меньшего размера, чем они.