Рассказ предка. Путешествие к заре жизни. - Ричард Докинз

За немногими исключениями, такими как венерины мухоловки, растения не двигаются. За немногими исключениями, такими как губки, это делают животные. Почему такая разница? Это должно иметь отношение к факту, что растения поглощают фотоны, в то время как животные (в конечном счете) поедают растения. Разумеется, мы нуждаемся в этом «в конечном счете», потому что растения иногда поедаются через вторые или третьи руки, через животных, съедающих других животных. Но как насчет того, чтобы поглощать фотоны, что достигается с помощью хорошей идеи сидеть на месте с корнями в земле? Как насчет того, чтобы поедать растения, а не быть растением, что достигается с помощью хорошей идеи перемещаться? Что ж, я полагаю, что растения остаются на месте, животные должны перемещаться, чтобы съесть их. Но почему растения остаются на месте? Возможно, это имеет некоторое отношение к потребности пускать корни, чтобы высасывать питательные вещества из почвы. Возможно, существует слишком непреодолимое расстояние между наилучшей формой, необходимой, если Вы хотите двигаться (объемной и компактной), и лучшей формой, необходимой, если Вы хотите подвергаться воздействию большого количества фотонов (с большой площадью поверхности, следовательно, беспорядочно раскинувшейся и громоздкой). Я не уверен. Каковы бы ни были причины трех великих групп мегажизни, которые эволюционировали на этой планете, две из них, грибы и растения, стоят главным образом неподвижно, как статуи, в то время как третья группа, животные, большей частью стремительно движутся, большей частью активны. Растения даже используют животных, чтобы быстро перемещаться благодаря им, и цветы, с их прекрасными красками, формами и ароматами, являются инструментами этой манипуляции.

Странники, которых мы встречаем здесь, на Свидании 36, не все зеленые. Самое глубокое разделение среди них – между красными морскими водорослями с одной стороны и зелеными растениями (включая зеленые водоросли) с другой. Красные морские водоросли распространены на побережье. Так, каждая из разновидностей зеленых водорослей и зеленые морские водоросли также многочисленны в пресной воде. Однако самые знакомые водоросли, коричневые морские водоросли, состоят в более отдаленном родстве: они не присоединяются к нам до Свидания 37. Из тех, кого мы приветствуем в нынешнем свидании, самые знакомые и самые внушительные – земные растения. Растения завоевали сушу раньше, чем животные. Это почти очевидно, поскольку без растений, которых можно есть, какую пользу животные могли бы извлечь от пребывания там? Растения, вероятно, не перемещались непосредственно с моря на сушу, но, как животные, шли через пресные водоемы.

Как обычно, когда мы приветствуем большую армию странников, мы находим их уже идущими в сложных подгруппах, присоединившихся друг к другу, «прежде чем» встретиться с нами. В случае зеленых растений, я настоятельно рекомендую потрясающе хорошо сделанную компьютерную программу под названием «Deep Green», которая, когда я это пишу, доступна в интернете. Когда Вы запускаете «Deep Green», Вы видите корневое филогенетическое дерево. У некоторых из ветвей есть на конце название, название растения или группы растений. Некоторые из них не имеют никакого названия и указывают на растение «с листа». Красота этой программы состоит в том, что Вы можете ухватиться за дерево мышью и тянуть ею самым восхитительно естественным и интуитивным образом, чтобы увидеть еще больше дерева. Когда Вы тянете, Вы наблюдаете рост мелких веток на ваших глазах, и когда Вы поворачиваете это дерево, Вы видите, что на экране появляется много новых названий, вместе со многими новыми, неназванными ветвями. Вы поэтому исследуете дерево, как Вам нравится: это, кажется, может продолжаться бесконечно, и это говорит Вам о том, какое огромное разнообразие зеленых растений сформировалось. Когда Вы поднимаетесь по ветвям, кажется, так быстро и легко, как дарвиновская обезьяна на эволюционном небесном дереве, помните, что каждое разветвление, с которым Вы сталкиваетесь, представляет собой истинный пункт свидания точно в смысле этой книги. Было бы замечательно иметь также животную версию.

Если бы только у Дарвина и Хукера был компьютер. Дерево зеленых растений в программе «Deep Green», http://ucjeps.berkeley.edu/map2.html. Программа запускается на Mac или на совместимой версии PC (активируйте Java в Вашем браузере). Корень дерева в нижней части рисунка. 

Я закончил предыдущий рассказ замечанием, что восхитительно быть зоологом в такое время. Я мог бы сказал то же самое относительно ботаников. Какое удовольствие должен был бы доставить «Deep Green» Джозефу Хукеру в компании с его близким другом, Чарльзом Дарвином. Я почти плачу, думая об этом.

Рассказ Цветной Капусты

Рассказы в этой книге служат для того, чтобы коснуться большего, чем частные проблемы рассказчика. Как у Чосера, они предназначены, чтобы поразмышлять о жизни вообще: в его случае о человеческой жизни, в нашем случае о жизни. Что может сказать цветная капуста огромному скоплению странников на большой встрече после Свидания 36, когда растения присоединяются к животным? Важный принцип, который относится к каждому растению и каждому животному. Он мог бы представлять собой продолжение «Рассказа Умельца».

«Рассказ Умельца» был о размере мозга, и в нем была попытка всесторонне обыграть логарифмический способ создания диаграммы разброса данных, чтобы сравнить различные виды. У больших животных, казалось, был пропорционально меньший мозг, чем у маленьких животных. Точнее сказать, наклон двойного логарифмического графика массы тела относительно массы мозга был довольно близок к 3/4. Он приходился, как Вы помните, между двумя интуитивно понятными наклонами: 1/1 (масса мозга просто пропорциональна массе тела) и 2/3 (площадь поверхности мозга пропорциональна массе тела). Наблюдаемый наклон для логарифма массы мозга относительно логарифма массы тела оказывался не просто неопределенно выше, чем 2/3, и ниже, чем 1/1. Он был точно равен 3/4. Такая точность данных, кажется, требует такой же точности от теории. Можем ли мы найти какое-либо объяснение для наклона 3/4? Это нелегко.

Усугубляя проблему, или, возможно, давая нам подсказку, биологи долго замечали, что много других вещей, помимо размера мозга, придерживается этого точного соотношения 3/4. В частности, использование энергии различными организмами – скорость метаболизма – придерживается нормы 3/4, и это было возвышено до статуса закона природы, закона Клайбера, даже притом, что для этого не было никакого понятного объяснения. График выше представляет логарифм скорости метаболизма относительно логарифма массы тела («Рассказ Умельца» дает обоснование для графика в логарифмическом масштабе по обеим осям).

Действительно, удивительно в законе Клайбера то, что он справедлив от наименьшей бактерии до наибольшего кита. Это приблизительно 20 порядков величины. Вам нужно перемножить 20 раз по десять – или добавить 20 нулей – чтобы добраться от наименьшей бактерии до наибольшего млекопитающего, и закон Клайбера справедлив повсюду. Он также работает для растений и одноклеточных организмов. График показывает, что наилучшее соответствие получено с тремя параллельными линиями. Одна линия для микроорганизмов, вторая для больших холоднокровных существ («большой» здесь означает что-либо более тяжелое, чем приблизительно одна миллионная грамма!) и третья для больших теплокровных существ (млекопитающих и птиц). У всех трех линий один и тот же наклон (3/4), но они имеют различную высоту: не удивительно, у теплокровных существ более высокая скорость метаболизма для каждого размера, чем у холоднокровных существ.

В течение многих лет никто мог найти действительно убедительной причины для закона Клайбера, пока не был представлен образец блестящей совместной работы между физиком Джеффри Уэстом (Geoffrey West) и двумя биологами, Джеймсом Брауном и Брайеном Энквистом (James Brown, Brian Enquist). Их вывод точной формулы для 3/4 является образцом математического волшебства, которое трудно описать словами, но это настолько изобретательно и важно, что попытка того стоит. 

Теория Уэста, Энквиста и Брауна, в дальнейшем УЭБ, исходит из факта, что у тканей больших организмов есть проблема снабжения. Именно этому всецело посвящена кровеносная система животных и сосудистые трубочки растений: транспортировке веществ к тканям и от них. Маленькие организмы не стоят перед этой проблемой в такой степени. У очень маленького организма столь большая площадь поверхности по сравнению с его объемом, что он может получить весь кислород, который ему нужен, через стенки своего тела. Даже если он многоклеточный, ни одна из его клеток не находится слишком далеко от внешней стенки тела. Но у большого организма есть транспортная проблема, потому что большинство его клеток расположены далеко от ресурсов, в которых они нуждаются. Они должны перекачивать вещества по трубочкам с места на место. Насекомые буквально закачивают воздух в свои ткани по ветвящейся сети трубочек, названных трахеями. Мы также имеем сильно разветвленные воздушные трубочки, но они ограничены специальными органами, легкими, имеющими соответственно сильно разветвленную кровеносную сеть, чтобы перенести кислород из легких в остальные части тела. У рыб для этого служат жабры: крайне важные органы, предназначенные, чтобы увеличить поверхность контакта между водой и кровью. Плацента делает то же самое для материнской и эмбриональной крови. Деревья используют свои сильно разделенные ветви, чтобы снабжать свои листья водой, полученной из земли и перекачивать сахар в обратном направлении, от листьев к стволу.