Необъятный мир: Как животные ощущают скрытую от нас реальность
Шрифт:
У человека два глаза. Они находятся на голове. Они одинакового размера. Они смотрят вперед. Ни одно из этих свойств нельзя считать эталоном, и даже беглого взгляда на остальное животное царство достаточно, чтобы убедиться: глаза не менее разнообразны, чем их владельцы. На одну особь может приходиться и восемь глаз, и сто. У гигантского кальмара глаза размером с футбольный мяч, а у насекомых из семейства Mymaridae – с ядро амебы{133}. И у кальмара, и у паука-скакуна, и у человека эволюция независимо создала глаз, работающий по принципу камеры: одна линза (хрусталик) фокусирует свет на одной сетчатке{134}. У насекомых и ракообразных глаз фасеточный, состоящий из множества отдельных собирающих свет элементов – омматидиев. Встречаются у животных и бифокальные глаза, и асимметричные{135}; хрусталик в них бывает и белковым, и минеральным{136}, а располагаться они могут
Это многообразие зрительных органов является причиной головокружительной чехарды зрительных умвельтов. Животные могут четко различать мельчайшие подробности с очень далекого расстояния, а могут довольствоваться размытыми пятнами света и тени. Могут превосходно видеть в том, что мы считаем темнотой, а могут мгновенно слепнуть при ярком, с нашей точки зрения, свете. Могут видеть в режиме замедленной съемки или покадровой экспозиции с долгими паузами. Могут смотреть в двух направлениях разом или единовременно получать круговой обзор. Зрение может слабеть и усиливаться на протяжении дня. Умвельт может меняться с возрастом. Как показал коллега Джейкоб Нейт Морхаус, паук-скакун при рождении получает пожизненный набор светочувствительных клеток, которые со временем становятся крупнее и эффективнее{137}. «Их мир делается ярче и ярче», – объясняет Морхаус. Для паука-скакуна взросление и старение «напоминают рассвет».
Сонке Йонсен начинает свою книгу «Оптика жизни» (The Optics of Life) с того, что зрение – «это прежде всего свет, поэтому первым делом, наверное, нужно рассказать, что он из себя представляет»{138}. И тут же с похвальной искренностью признается: «Но я этого не понимаю». Хотя свет окружает нас почти всегда, его подлинная природа не поддается интуитивному постижению. Физики говорят, что он одновременно существует как электромагнитная волна и поток частиц энергии, называемых фотонами. Но детали этой его двойственной природы нас сейчас занимать не должны. Нам важно, что ни ту ни другую его ипостась живые существа, по идее, улавливать не способны. С точки зрения биологии самое, наверное, поразительное в свете – то, что мы в принципе можем его ощущать.
Загляните в глаз пауку-скакуну, человеку или любому другому животному, и вы обнаружите светочувствительные клетки, называемые фоторецепторами. Эти клетки могут довольно сильно отличаться у разных видов, однако у них есть одно универсальное свойство: они содержат белки под названием «опсины». Любое зрячее животное видит благодаря опсинам, функция которых заключается в том, что они плотно обхватывают вспомогательную молекулу – так называемый хромофор, обычно производное витамина А{139}. Хромофор вбирает энергию одного фотона света и моментально меняет форму, вынуждая этим своим превращением измениться и опсин. Изменения в опсине запускают химическую цепную реакцию, которая заканчивается подачей электрического сигнала по нейрону. Вот так выглядит процесс восприятия света. Представьте себе хромофор как ключ замка зажигания, а опсин – как сам замок. Ключ вставлен в замок, свет поворачивает ключ, и двигатель зрения оживает.
Разновидностей опсинов у животных тысячи, но все они родственны друг другу[49]. В этом единстве кроется парадокс: если все зрение опирается на одни и те же белки и все эти белки улавливают свет, почему у животных настолько разные глаза? Ответ нужно искать в различных свойствах света. Поскольку на Земле он в большинстве своем исходит от солнца, наличие света может указывать на температуру, время суток, глубину погружения в воду. Он отражается от разных поверхностей, позволяя обнаружить врага, полового партнера или убежище. Он распространяется по прямой и блокируется непрозрачными препятствиями, порождая характерные тени и силуэты. Он почти мгновенно покрывает расстояния планетарного масштаба и потому распространяет информацию оперативно и повсеместно. Зрение разнообразно, потому что разнообразны извлекаемые из света сведения, а также причины, побуждающие животных их извлекать{140}.
Биолог Дан-Эрик Нильссон утверждает, что в своем эволюционном развитии глаза проходят четыре стадии усложнения{141}. Для первой достаточно фоторецепторов – клеток, которые всего лишь фиксируют наличие света. Так, гидре – родственнице медузы – фоторецепторы помогают различить низкую освещенность, при которой ее стрекательные клетки срабатывают активнее{142}. Возможно, это способ поберечь ресурсы до темного времени суток, когда добыча попадается чаще, а может быть, дело в том, что сигналом к срабатыванию служит тень проплывающей добычи. У гладких морских змей фоторецепторы находятся на кончике хвоста: змеи стараются прятать его от света{143}. У осьминогов, каракатиц и других головоногих крапинки фоторецепторов рассеяны по всему телу – не исключено, что именно с их помощью эти животные управляют своими потрясающими способностями к изменению цвета{144}.
На второй стадии усложнения фоторецепторы получают бленду – темный пигмент или какое-то другое препятствие, которое блокирует свет, падающий под определенным углом. Фоторецепторы с блендой не только фиксируют наличие света, но и улавливают направление на его источник. Это все еще довольно простое устройство – настолько простое, что многие ученые не расценивают его как настоящий глаз, – однако своим владельцам оно служит исправно. Кроме того, оно может располагаться где угодно. У бабочки под названием «парусник ксут» фоторецепторы находятся на гениталиях{145}. Самцу они нужны, чтобы не промахнуться, направляя половой орган к влагалищу самки, а самке – чтобы верно разместить свой яйцеклад относительно поверхности растения.
На третьей из описанных Нильссоном стадий имеющие бленду фоторецепторы объединяются в группы. Теперь их владельцы могут суммировать информацию о свете, льющемся с разных сторон, формируя единую картину окружающей действительности. Для многих ученых именно здесь проходит черта, отделяющая фиксацию освещенности от подлинного зрения, – рубеж, за которым простые фоторецепторы превращаются в настоящие глаза, а их обладателей уже можно признать видящими[50]. На этой стадии картина получается размытой и зернистой, поэтому годится такое зрение только для грубых задач, таких как поиск укрытия или возможность заметить нависшую над тобой тень. Но с добавлением фокусирующих элементов вроде линз зрение становится острее, и умвельты наполняются бесчисленными визуальными подробностями. Зрение высокого разрешения – это четвертая из описанных Нильссоном стадий. Переход к ней должен был немедленно интенсифицировать взаимодействие между животными. Вступать в конфликты и заниматься ухаживаниями теперь получалось на большем расстоянии, чем позволяли осязание или вкус, и быстрее, чем позволяло обоняние. Хищник начал замечать жертву издалека (как и жертва – хищника). В обиход вошли погони. Животные становились крупнее, стремительнее и подвижнее. Возникли защитные панцири, шипы и раковины. Возможно, именно появлению зрения высокого разрешения мы обязаны тем, что около 541 млн лет назад в животном царстве резко возросло разнообразие, в результате чего и сложились основные существующие сегодня таксономические группы. Этот фейерверк эволюционных инноваций называется кембрийским взрывом, и не исключено, что одной из вызвавших его искр послужило зрение четвертой стадии{146}.
Четырехстадийная модель Нильссона позволяет ответить на вопрос, беспокоивший еще Чарльза Дарвина: как в ходе эволюции мог сформироваться современный сложно устроенный глаз? «В высшей степени абсурдным, откровенно говоря, может показаться предположение, что путем естественного отбора мог образоваться глаз со всеми его неподражаемыми изобретениями… – писал он в "Происхождении видов" (The Origin of Species). – Разум мне говорит: если можно показать существование многочисленных градаций от простого и несовершенного глаза к глазу сложному и совершенному, причем каждая ступень полезна для ее обладателя… в таком случае затруднение, возникающее при мысли об образовании сложного и совершенного глаза путем естественного отбора, хотя и непреодолимое для нашего воображения, не может быть признано опровергающим всю теорию»[51]{147}. Градации, о которых Дарвин рассуждал умозрительно, и в самом деле существуют: у животных обнаруживаются все возможные промежуточные варианты развития: от простого фоторецептора до зоркого глаза. У разных групп животных в ходе эволюции многократно и независимо друг от друга возникали самые разные варианты глаз с использованием все тех же опсинов. У одних только медуз глаза второй стадии появлялись по крайней мере девять раз, а третьей – как минимум дважды{148}. Глаз не только не опровергает эволюционную теорию, но, наоборот, служит одним из лучших ее примеров[52].
Однако Дарвин ошибался, называя сложный глаз совершенным, а более простые – несовершенными. Глаз четвертой стадии – это не платоновский идеал, к которому стремилась эволюция. Предшествующие ему более простые варианты по-прежнему в ходу и прекрасно отвечают нуждам своих обладателей. «Развитие глаза шло не от плохого к совершенному, – подчеркивает Нильссон, – а от безупречного выполнения нескольких простых задач к отличному выполнению множества сложных». Как мы помним из введения, у морской звезды глаза располагаются на кончиках лучей{149}. Эти органы не различают цвета, мелкие подробности и быстрые движения, но от них этого и не требуется. Им достаточно распознавать крупные объекты, чтобы звезда могла медленно отползти под прикрытие кораллового рифа. Ей не нужна орлиная зоркость – и даже глаз паука-скакуна ей ни к чему. Она видит ровно то, что ей необходимо[53]. Первый шаг к пониманию умвельта другого животного – понять, как и для чего оно использует имеющиеся у него чувства.